虹を作ってみよう!

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こんにちは、みなさん。   おもしろ!ふしぎ?実験隊です。

2015年2月『虹を作ってみよう!』の実験を行ったので、そのご紹介です。虹といっても、いろいろあるし、虹の定義もあいまいですね。
今回の流れは、
・いろいろな生活の場面で、虹をみんなは見ている。
・ニュートンがプリズムを使って、光を虹(スペクトル)の色に分けたこと
・虹ビーズを使って自分の虹シートを作り、虹を観察すること
・おまけとして、分光シートを使って、いろいろな光のスペクトルを観察すること
としました。
P1200651.JPG
===
みんなは、どんなところで、虹を見たことがあるかな?ってことで、いろいろ
お空の虹・シャボン玉・CD・ガソリンの虹
・・・出てきましたよ。
今の時期、太陽の高度が低いので、おうちの中に、太陽の光が入ってくることが多いです。
気を付けて、いると、楽しい虹観察ができると思います。
こちらに、少し載せているので、見てみてね。
虹が見えるわけではないけど、キラキラするものをいくつか持ってきました。
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観察してみたよ。
上の画像のまんなかのKUBOさんの大事なダイヤモンドを、懐中電灯(電球)で照らしています。
P1200664.JPG
ダイヤモンドは、ガラスと全反射の起こる角度が違います。そういったことでガラスよりもっとキラキラ輝いて感じるようです。ブリリアントカットはダイヤモンドの性質を生かすカットのようです。ああ、もちろんKuboさんのダイヤモンドは、ガラスです。100円ショップに売っていたよ。
2つ上の画像、下右寄りのお花のものは、サンキャッチャーです。太陽の光をキャッチするんですね。こんな感じできれいです。
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こういいた反射された光をよ~く、見ていると、虹色に見えるところもあります。
それで、持ってきた本のニュートンのプリズムの話につなげました。
P1200672.JPG
ニュートンは、KUBOさんが用意したキラキラグッズのようなものではなく、『プリズム』というものを使って太陽光を観察したようです。
本に載っていたように、光を当ててみました。
P1200654.JPG
500円くらいのプリズムに、ナリカさんの光源装置を使って光を当ててみました。
みんなに見てもらった時は、こんな感じ。
P1200668.JPG
よ~く見ると左上の光が途切れたところは、左はじが青っぽく・右端が赤っぽく見えているのがわかりますか?
赤色っぽい光の曲がり方(屈折)と青色っぽい光の曲がり方が違うからです。「波長が違うんだ」なんていったお友だちもいたね。
分光シートを使って、白っぽく見える蛍光灯を観察して、
P1200670.JPG
いろいろな光の集まりだということを確認して、その光がガラス(プリズム)に当たって、それぞれの色の光に分かれたんだと確認しました。
では、お空にできる虹は、太陽の光が何に当たって別れたんだろう?
ということで、みんな考えてくれたけど、『雨が降った後の雨粒』ということになりました。
P1200673.JPG
雲とかいってくれたお友達がいて、KUBOさんは、雨粒という言葉を出してもらいたかったので、雲という言葉を取り上げなかったのだけど、実は、雲でも、虹はできます。氷でも。こちらを見てね。
以前、KUBOさんのおうちから見た虹です。あっちゃん先生こと久保庭敦男さんに解説してもらっています。
P1100507 - コピー.JPG
ということで、みんなには、虹ビーズ(ガラスビーズ
を使って、
虹シート( ⇓ こんなのができるよ!)
P1200694.JPG
を作り、虹を観察してもらいました。
工作のテーブルは、こんな感じ。
P1200653.JPG
黒い折り紙(反射がないので白い紙より黒いほうがいい)の黒い方に、
スプレーのり(3M77)をさっと全体的に軽くスプレーして、
虹ビーズを入れておいた容器(上記画像真ん中の白いもの:コストコのティラミスが入っていたもので虹ビーズが白く見えています。ビーズは、ガラスなので、重いです)に、
スプレーのりをかけた折り紙をのりのついた面(黒)を下にして、入れます。
容器を、しゃかしゃかゆすると、虹ビーズが折り紙につきます。
ピンセットで取り出し、もう一つの空の容器に、同様に折り紙を入れて
再度シャカシャカして、余分の虹ビーズを落とします。
のりやピンセットは、大人がやりました。しゃかしゃかはお友だち。高学年のお友だちだったら、のりは自分でやってもいいかも知れません(失敗も経験!)。
容器から、ピンセットで、虹ビーズがついた折り紙を取り出し、
虹ビーズがついた面を下にして、虹ビーズがパラパラ落ちるので、安全のために新聞紙の上に置き
折り紙の裏に、両面テープを付けておいた割り箸をくっつけて、出来上がり。
割り箸の部分を持って、顔の前に折り紙(虹ビーズがついた面が前)を垂らし
頭の後ろから光を当てて、虹を観察します。
P1200705.JPG
虹が見えいているのは、わかりますか?
下記は、虹は見えずらいのですが・・・
P1200697.JPG
半円に白く見えている部分の上のほうに虹が見えますね。
半円に白く見えているのは、虹ビーズが均等に散らばっていなかったというわけではなく、ビーズの反射光が真ん中に集まっているので、白っぽく明るく見えるのです。
空に見える虹も、内側が明るいのですが、それと同じ原理です。
実際には、もっとクリアに2本見えていましたよ。
その後、ふくろ(透明度の高いクリアポケットA4サイズ25枚入り;100円ショップ)にストン!と入れ、
虹ビーズが袋から出てこないように、セロハンテープで留めます。
ふくろに入れると、若干ふくろの反射が邪魔ですが、虹の観察には、そう支障はありませんでした。
虹シートを作る時の注意点としては、
・スプレーのりを薄く全面に均一にかけること。これは、KUBOさんがやりました。
・虹ビーズは、均一につくように、容器の中できっちりシャカシャカすること
・黒い折り紙は、水で色落ちしにくいものなど、いく種類かあるので、若干虹の見え方が違うようにも思いますが、そう、気にするほどではないと思います。
・スプレーのりは、黒おり紙(15×15㎝)にかけるとしたら、一回で50人分くらいしかないです。
・虹ビーズは、ひと箱購入で、十分使える(たくさん余る)。
・容器に残った虹ビーズは、次回使うときは、茶こしなどで振って、のりがついて固まったものを取り除いたほうがいい。専用茶こしを準備したほうがいい。
・虹ビーズは、角膜などを傷つけるので、注意が必要です。
以前は、ゴーグル・手袋を使っていましたが、今回は、要所要所を大人が行ったので、お友だちには、ゴーグルなどはしてもらいませんでした。
・今回は、黒おり紙にしましたが、もちろん黒工作用紙で、もっと大きくしてもよいです。予算がなかったので、黒おり紙にしましたが、このくらいの大きさでも、十分虹は観察できます。
・折り紙は、工作用紙と比べ、ペラペラなので、割り箸を使ってしっかりさせました。工作用紙だけだと、両はじを持ったりして、虹シートとして使える部分が少なくなるので、折り紙・割り箸の組み合わせはいいかもしれません。透明袋に入れた後は、透明袋の部分に、割り箸をもう一本貼ると、ピシッとできます。ただ、転んだりした時、ちょっと割り箸だと危ないかな?と思いましたので、そのあたりは、安全面は気にしてあげてください。
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虹を観察するときの注意点ですが
・外で太陽を背にして、観察します。
外でできない場合は、
・500wのハロゲン投光器を使いました。
P1200692.JPG
ちょうど自分の頭の上の部分がシートに写るくらいにすると、上のほうに、虹が見えます。それも2本。
P1200677.JPG
上記は少し大きめのシートで演示している様子。ハロゲン投光器は、カメラの位置にあります。シートとの距離は、5・6mあると思います。
でも、実は、実験の途中で、この投光器のライトが切れたのですよね。これで、この実験は、できないな~。とショックを受けたのですが、なんと!電球型のライトでも、虹が観察できました。
いつも使っているこちらの電源。
P1200683.JPG
上記画像は、横から見ていますが、これを90度手前に倒して、後ろから当ててやります。
電球・電球型蛍光灯・電球型LEDどれでも虹は見えたのですが、一番きれいな色合いで感じられたのは、電球型LEDでした。こういった光源だと、ハロゲン投光器と違って、2m位はなれればよかったです。もちろん光源は、一つですよ。
この記事の中ほどの虹シートにうつった虹は、KUBOさんちの廊下の電球型のLEDを当てたものです。
ライトを当てる人は、観察者の後ろから当ててやり、お友だちの頭のてっっぺんの部分の影が虹シートの下の方に投影されるようにライトの向きを調整するといいです。
ずらっとお友だちを並べておいて、後ろから上記のようにライトをそれぞれのお友だちに順番に当ててやると、いっぺんに、早く観察できます。
当日は、曇りだったので、外での観察はしませんでした。
太陽が出ていて、自分の影が見えるようなときは、影を見えるようにして(後ろから太陽が当たるようにして)観察すると上手に虹が2本見えます。
お友だちには、主虹と副虹の説明もしました。
3つ見えることもあるの?なんて質問もありましたが、屈折と反射のことを最初に書いていたので、それを使って、説明しました。わかりやすかったみたいです。
お持ち帰り資料には、もっと詳しく書いているので、おうちで見てみてください。
話すのを忘れていたけど、今回の虹ビーズは、お空の雨粒と違うので、虹の大きさも違うし、かたちも違います。豆電球などで観察すると、まあるい虹が見えるよ(実は、お空の虹も丸いのですが)。お持ち帰り資料には、ロウソクで観察してねと書いていたけど、ろうそくやライターの炎では、見えにくかったかもしれません。
袋が敗れたら、虹ビーズが出てこないように、セロハンテープでふせたりして、気を付けて、観察してください。
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虹シートをつくる間や、観察する間、時間があるお友だちは、分光シートを使って、蛍光灯・LED・電球・などの光を観察してもらいました。
P1200679.JPG
おなじ白い電球の形をしていても、電球・蛍光灯・LED・太陽光では、違いがあったね。
こちらに少し画像を入れています。
もう一つ、おまけでおもしろい観察をしてもらったよ。
おなじ黄色青色の電球型(大きいもの2つ小さいもの2つ)のものなんだけど(右の小さな電飾は、違います)...
P1200646.JPG
分光シートを使うとこんな感じに見えます。
P1200650.JPGP1200649.JPG
左:大きい電球型のもの;青い方はよく見えませんが、黄色のでわかるように、黄色だけでなく、緑色などの色の光も観察できています。
右:小さい電球型のもの;どちらも、ほとんど黄色だけ・青だけの色の光です。
実は、大きい電球型のものは、電球の外のガラス部分に色を付けたもの。
小さい電球型のものは、電球ではなく、黄色と青のLEDです。
実は、大きい電球型のものは、このブログ記事の一番最初の画像の下の部分に写っています。
そして、その画像をよく見ると、小さい電球型のものは、右のほうに向きは90度回転していますがつるされています。

こういった違いも、分光シートでは、観察できるのです。
もっとおまけで言うと、本当は、触ってみると、大きい電球のほうは、とっても熱いので、そちらで見分ける方が、わかりやすいのですけどね。
今回KUBOさんは、「光の色」という言葉を使いましたが、本当は、スリットなどを使って、『スペクトル』を観察するところまでできたらよかったのですが、今回は、それは省きました。
また、お友だちには、『虹』というあいまいな言葉で説明しましたが、虹といっても、いろいろな原理でできていて、違いがあります。お持ち帰り資料をよく読んでみてね。
===
KUBOさんは、おうちの中で、虹を見つけた時、いまは、「どこかにガラスがあるのかな?」とか思って探すのですが、
自分が子供の時にも、こんな虹を見つけていたはずで、
でも、「この虹はどこから来たのかな?何が原因でできているんだろう?」と思った記憶はないのですよね。みんなはどうだろう?
虹って、とってもきれいな現象で、こういうことを教えてもらってから気付くのではなく、教えてもらう前に、自分で、いったいこれは何なんだろう?と考えることって、とっても素敵なことだと思います。
だから、KUBOさんは虹について、自分で考えなかったことが、とっても残念に悔しく思っています。
みんなはどうですか?
同じように思うお友だちもいるかもしれないけど、でも、そんなお友だちも、きっと他のとこで、「あれ~不思議だな」と思ったことがあるかもしれないね。
KUBOさんは、小さいときに、空の雲をず~っと不思議だなと思いながら、よく見ていました。だからといって、何がわかったのかは覚えてないけど、そういう風に、ず~っと不思議だなと思っていることって、とっても大事だと思います
お友だちも、そんな不思議に思えるものを、見つけてね!
今回は、子どもゆめ基金の支援で行いました。
次回は、3月2日。
ふしぎなペンを使って実験して、自分でも、色が変わるペンを作ってみます!
P1180195.JPG
【おまけ】
この実験が終わって、お友だちが後かたづけのお手伝いをしてくれました。
そして、こんな落書きをしてくれたよ!
P1200690.JPG
KUBOさんとっても嬉しかったです。これからもがんばって、お友だちと楽しく実験やっていきたいなと思いました。
みんな、いつもありがとうね。

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こんばんは。コメント失礼致します。
プリズムの実験非常に興味深く読ませていただきました。
当方、建築関係の仕事をしておりまして、プリズムを使用し
建築内に虹を作り出すというプロジェクトを行っております。
プリズムの原理は何となくわかったのですが、プリズムによって作り出す虹の大きさや強さ、角度等のコントロールをする方法があれば
ご享受いただきたいです。
お時間ございましたらよろしくお願いいたします。

小田さま。
コメントありがとうございます。
上記サイトの中にある、数種のリンク先にちょこちょこ書いているのですが、・・・
===
プリズムによって作り出す虹の大きさや強さ、角度等のコントロールをする方法があれば
===
という事ですが、
同じ三角柱のプリズムだったら、ガラスより、水晶やダイヤモンドのほうが、屈折率が大きいので、幅の広い虹ができると思います。
ただ、よい感じのものを自作するのは、難しいので、市販のものになるのではないでしょうか?そうすると、どのような虹をつくるかで、購入品が違ってくると思います。幅の広いスペクトル(虹)をつくるなら、よくあるプリズム(三角柱)がいいでしょうし、キラキラしたものでいいのでしたら、サンキャッチャーとして雑貨屋さんで売っているようなものでも、きれいだと思います。(サンキャッチャーで検索するとわかると思います)
角度についてですが、江の島プリズムでは、太陽光を使っていたので、低い角度で、部屋の中に入ってい来るようにしていたと思います。
光源についても、太陽光・蛍光灯・LEDなどで違いがあります。光源によって、細いスリットを通したほうがいいとか、考慮しないといけないことが出て来ると思います。
プリズムを購入(考える)前に、どのようなシチュエーション(光源・場所)でどのような虹(スペクトル・キラキラしたもの)を作りたいかを決められた方が、早いのではと思いました。
こんなお返事でよろしいでしょうか?もっと詳しいことでしたら、わたしより、専門の方をご紹介させていただきますよ。

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