水の中でのものの見え方

質問

子供が持っているスーパーボールなのですが、直径３ｃｍくらいで色は透明、中に赤いキノピオ（スーパーマリオのキノコ型のキャラクター）が入っています。これを水に沈めると中のキノピオがぐっと縮まって見えます。これはどうしてなのでしょうか？外側の透明部分と水がレンズの役目を果して凝集された光がどこかで点を結び私達の目に届くときには、望遠鏡を逆に覗いたようになってしまうのでしょうか？？？私にも子供にも分かるようにどなたか説明していただけないでしょうか？どうかよろしくお願いいたします。

回答No.1

noname#160321 · ベストアンサー

球状のボールの中に入っているキノピオの本当の大きさは水の中に入れたときの大きさです。
ボールの球面が凸レンズの働きをして大きく見えます。
ボールのプラスチックと空気の「屈折率」の差が大きいためレンズの効果になるのです。
ところが水の中ではプラスチックと水の「屈折率」の差が小さいので凸レンズの効果がなくなり、もとの大きさに見えます。

お礼

ご回答ありがとうございます。
そうか、水に入れたときの大きさが元の大きさに近いのですね。（目から鱗です。）空気の屈折率が1.00、プラスチックが1.52～1.54、水が1.33とすると、それでも水の中で見えるピノキオは実際よりまだ大きいということですか。もちろん球体の屈折率というものも関係してくるのでしょうね。今度、スーパーボールを１つ割ってみようと思います。
もし、よろしければもう１つ、教えていただきたいのですが・・・。
水の中につけたスーパーボールの後ろに小さな人形を置くと、実際よりも大きく見えるのです。どうしてキノピオは小さく見えて、後ろの人形は大きく見えるのでしょうか？もしかして、キノピオは思っている以上にすごく小さいということなのでしょうか？

回答No.2

sanori

こんにちは。

人形が小さく見えたとすれば、それは、人形より手前に凸レンズの逆の働きをするもの、すなわち、凹レンズがあったということになります。
（虫眼鏡は凸レンズですが、レンズより向こうにあるものは大きく見えます。）

私は、スーパーボールの材料の屈折率は知りませんが、
おそらく、
スーパーボールの屈折率　＜　水の屈折率
という大小関係があって、
スーパーボールより手前にある水（＝スーパーボールを取り囲んでいる水）が凹レンズの働きをしているのだと考えられます。

（逆に、スーパーボールの屈折率が水より大きければ、スーパーボールが凸レンズの働きをして、人形が大きく見えます。）

形状のイメージとしては、たとえば、
最近の「チキンラーメン」は、卵が麺の上から落ちないように真ん中が凹んだ形状に改善されましたが、
その麺の形状が水の形状（凹レンズ）、落とした卵がスーパーボール、という感じです。
平らな粘土にボールをぐいっと押し付ければ、同様の形状が得られます。

以上、ご参考になりましたら。

お礼

ご回答ありがとうございます。
いろいろ考えさせられます。私なりにいろいろ調べてみました。
まだまだ調べている最中で、今度は水の中に沈めたスーパーボールの後ろに置いた人形が、実際より大きく見えることに疑問を抱いてしまいました。まだまだ頑張って考えます。分かりやすい例えをありがとうございました。