雨で濡れたアスファルトに移る信号機の光が長くなる現象について

質問

雨の日の夜、道路を車で走っていると、信号機の光や、自動車のテールランプの光が水に濡れたアスファルトに反射（？）して細長く映っている光景を目にします。

しかし光は道路の表面に向かって照射されているわけではなく、地面と平行に照射されているのに、なぜアスファルト上では細長い光となって映るのでしょうか？
この情景の視点は車の中から窓ガラス越しに道路を見ている運転手の状態の時です。

私はデザインを学んでおり、物理学など光の反射について基礎的な知識を持ち合わせていないため、簡単な現象なのかもしれませんがうまく理解できず困っています。
どなたか専門的でなくて構いませんので、お知恵を拝借できれば幸いです。

雨の日の道路に映り込む光の情景が美しく、この現象をうまくグラフィックの作品などへ盛り込んでみたいと思っております。よろしくお願いいたします。

回答No.1

Yosha · ベストアンサー

>光は道路の表面に向かって照射されているわけではなく、地面と平行に照射されているのに、なぜアスファルト上では細長い光となって映るのでしょうか？

光の主ビームは地面とほぼ並行ですが、それ以外の方向にも弱くはなりますが光は出ています。テールランプや信号機が横方向に少しずれても見えるのでわかります。もし路面が平らな鏡であったなら、鏡面で反射した(に映った)テールランプや信号機のがきれい(一か所)に見えます。

しかし、路面(道路の表面)は一見すると平らに見えますが多少の凸凹があります。また路面に溜まっている水の厚さも一様でなく波打った状態になります。
そのため、平らな面で反射して見える光の位置の前後や少し横でもテールランプなどの反射光が見えます。

通常、自動車の運転席は低いので、前方路面からの反射角は非常に小さくなります。例えば、運転者の眼高が1メートルとして、３０ｍ前方の路面を見たときの角度は約1.9度となります。
路面が波打っているため反射角度が0.2度増減したとします。(鏡の角度を0.2度変えたとします。)
30ｍ地点での左右のずれはそれぞれ約10ｃｍであるのに対して、前後方向に対してのずれは、手前約2.7ｍ、遠方3.7ｍとなります。
つまり、同じ角度のずれではありますが、角度が寝ていますので左右より前後方向が長くなります。

丸い棒を直角に切ると切断面は円ですが、斜めに切ると楕円となります。ずっと斜めの2～3度くらいに切った時の切り口は楕円というより線に近くなります。これと理屈は一緒です。

実際の雨にぬれた路面の反射角の変化量はある範囲内でまちまちですので、反射光は連続的なつながりを持った前後に細長い光となって見えることになります。

お礼

返信誠にありがとうございます。
諸事情で、いままでお返事をする事が出来ず、１ヶ月以上お返事ができない状態でいました事、深くお詫び申し上げます。

この度、Yosha様の「切断面をきゅうりにみたてる」という発想が問題を解決するにあたりとてもわかりやすく理解できたため、20ptとさせていただきました。
自動車の運転席の車高の件も視野にいれて回答してくださいまして、私自身でも納得がいきました次第です。
本当にありがとうございました。

回答No.3

noname#60215

同じような現象は、海、湖、川などの水面に、その向こうにある太陽、月、街の明かりなどが映っているときにも見られます。
　モネの「印象・日の出」、ゴッホの「星のある夜」などの絵画にもその情景が描かれています。
　海などの水面と水に濡れた路面との共通点は、その表面が平らではなく不規則な凹凸があることです。
　テールランプなどの光がその凹凸のある水面に当たると、特定の方向にではなく、
その当たった水面の傾きに応じて反射し、さまざまな方向に進んでゆきます。
　ですから、テールランプと観察者との間の水面のかなりの部分でランプの光が観察者に向けて反射されてくるので、
向こうから手前まで光って見えるのです。
　凹凸のある水面に当たった光は左右方向にも反射して行きますが、
それは観察者の目には入らないので、光っている部分は幅が狭く帯状に見えるのです。

お礼

早い返信誠にありがとうございます。
諸事情のため、いままで返信をすることができず、１ヶ月もの間お返事する事ができなかったこと、深くお詫び申し上げます。
同じような現象についても詳細にご回答いただきまして、実際に具体例を思い浮かべる事でさらに理解が深まりました。

アスファルトに水分が付着する事によって、波と似たような現象を引き起こし、光の帯を出現させるじことができる、
さらに、観察者の目には左右方向の光が入りにくいという説明も加えていただきまして、スッと胸のつかえがなくなりました。
絵画にも沢山描かれているように、芸術家の中でこの現象に興味を抱いた人は多くいたのですね。

本当にありがとうございました。重ねてお礼申し上げます。

回答No.2

walkingdic

>しかし光は道路の表面に向かって照射されているわけではなく
違います。
光が純粋に地面と平行の場合にはそもそも地面は照らしていないから、ライトをつけても地面は暗いままで見えませんよ。

>地面と平行に照射されているのに
平行ではありません。特にＬｏｗ　Ｂｅａｍのときはそうです。
Ｈｉ　Ｂｅａｍでは、主光線（光の束の中心）は平行に近いですが。

わかりやすく言うと、ヘッドライトの光は広がりを持たせています。
広がりのうち、下方向、つまり地面方向の光はさえぎるとはしません。
上向きの方向は、まぶしくないようにさえぎっています。

近い場所を照らす場合には光の強さは弱めでも良く見えますが、遠い場所を照らす場合には強めにしないと見えないので、ヘッドライトから出てくる光のうち、強い光は遠くを照らすようになっています。

>なぜアスファルト上では細長い光となって映るのでしょうか？
上記を考えれば自明ですね。

で、道路面が見えるという現象は、ヘッドライトの光が、道路面で、

Ａ．散乱して見える
Ｂ．反射して見える

の２通りがあります。道路が乾燥している場合には、大半はＡになります。
このとき、ライトは道路面全体を照射しているので、全体が明るくなり、特に光の筋にはなりません。
ところが雨でぬれていると、その表面には水があり、水はでこぼこがない平坦ですから、散乱よりもＢの反射が強く生じます。
つまり道路のでこぼこ面が水でならされて、平坦になるわけですね。

反射は、小学校か中学校の理科などで習ったように、入射角と反射角は等しいですから、丁度ヘッドライトの光が反射により目に入ってくる角度の光が見えるという形になります。これはヘッドライトから出た光を作図すれば幾何的に知ることが出来ます。

反射の光は散乱より強い光なので、光の筋になって見えるわけです。

お礼

早い返信誠にありがとうございます。
諸事情のため、いままで返信をすることができず、１ヶ月もの間お返事する事ができなかったこと、深くお詫び申し上げます。
文章一文一文を細かくご一読くださったうえでの回答をいただきましたので、お礼ポイントの方差し上げる形とさせていただきました。

光の帯は路面の反射率に加え、電気自体の性質によってもその広がりの幅が広がるという意見、見落としていたポイントで、なるほど。と思わず納得いたしました。

また、反射の光が散乱する光より強いというお話も、大変参考になりました。やっといままでの現象が納得いった次第です。

本当にありがとうございました。重ねてお礼申し上げます。