CDが虹色に見える仕組みを小学六年生でもしっかりと解るように教えてくだ

質問

CDが虹色に見える仕組みを小学六年生でもしっかりと解るように教えてください
自由研究で牛乳パックを使い簡単な分光器を作ったのですが仕組みが良くわからないのでできればそちらの仕組みも詳しく教えてください

回答No.4

hitokotonusi · ベストアンサー

＞ピットでは実際何が起きているのですか？

実際に反射が起きています。ただ、反射をちゃんと説明するのは結構むずかしいです。

幾つか説明の方法はありますが、ここではホイヘンスの原理というもので説明します。

まず、光が鏡を作っている金属表面に到達すると光によって金属中の電子が振動し、この電子の振動によって再び光が放出されます。このとき放出される光はいわゆる光線という一方向に進む光ではなく、放出された点を中心にあらゆる方向に進み、球面を形成します。この球面状の光は入射光が当たったすべての点から放出されるので、それをすべて加え合わせて反射光を形成します。（ホイヘンスの原理）

完全に平坦な普通の鏡の場合は、このようにしてすべての点から放出される球状の光を加え合わせた結果、強めあう方向が入射光と角度が等しい方向だけになります。

CDの場合も同様に各点各点から放出される球状の光を加え合わせればいいのですが、CDの場合、ピットがくぼんでいる分、周りと差が出てきます。その結果、平面鏡とは違って通常の反射とは異なる方向にも反射光が出てくることになります。

お礼

ありがとうございます！

私にもよく解りました

もやもやがなくなってすっきりしました。

回答No.3

sanori

こんにちは。
ブランコをこぐとき、勢いをつけるタイミングとしては、いちばん後ろに下がったときがよいですよね。
つまり、
１いちばん後ろ　⇒　２中央　⇒　３いちばん前　⇒　４中央　⇒　５いちばん後ろ　⇒　６中央　・・・
というサイクルの中で、１、５、９、１３、１７・・・のところで勢いをつければよいわけです。
逆に、３、７、１１、１５、１９・・・のところで勢いをつけようとすると、ブランコの振れは小さくなります。
つまり、
１、５、９、１３、１７・・・は味方のグループで、
３、７、１１、１５、１９・・・は敵のグループです。

実は光もブランコと同じで、タイミングが合えば強くなり、タイミングが合わなければ弱くなります。

次に、ブランコの例え話から離れて、歩く人間の例え話に移ります。
右足が地面につくタイミングを１、５、９、１３、１７・・・
左足が地面につくタイミングを３、７、１１、１５、１９・・・
とします。

図のＡさんに向かって、Ｂさん、Ｃさん、・・・、Ｔさんが一斉にスタートして歩いてくるとします。

Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａ
Ｃ
Ｄ
Ｅ
Ｆ
Ｇ
Ｈ
Ｉ
Ｊ
Ｋ
Ｌ
Ｍ
Ｎ
Ｏ
Ｐ
Ｑ
Ｒ
Ｓ
Ｔ

そして、ＢさんがＡさんのところにたどりついたとき、ちょうど右足が地面についていたとします（１のタイミング）。
すると、Ｂさんより少しだけしか距離が違わないＣさんの右足も、だいたい地面についています（味方、１のタイミング）。
これが、Ｄさん、Ｅさん・・・となると、だんだんタイミングがずれてきて「敵」になります（２～４のタイミング）。
ところが、Ｊさん、Ｋさんの辺りになると、また右足がついた状態でＡさんのところに到着します（５のタイミング、味方）。
そして、ＬさんＭさん辺りになると、またタイミングが合わなくなり（６～８のタイミング）、そしてまた、Ｒさん、Ｓさん辺りでまたタイミングが合います（９のタイミング）。

ここからが肝心です。
右足のタイミングが合うＢさん、Ｃさん、Ｊさん、Ｋさん、Ｒさん、Ｓさんだけを残して、ほかの人を消してみます。

Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａ
Ｃ

Ｊ
Ｋ

Ｒ
Ｓ

これが、Ａさんのところに到着したときに足のタイミングが合うという都合のよい人達だけを集めた「装置」です。
タイミングの合わない人はいないので、当然、お互いに強め合います。

では、図をちょっとだけ描き変えます。

｜■　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａ
｜■
｜
｜
｜
｜
｜
｜
｜■
｜■
｜
｜
｜
｜
｜
｜
｜■
｜■
｜

左側にあるものはなんでしょうか？
まさに、しましま模様の凹凸です。

ここまで来ると、もう簡単です。
赤い光は、歩幅の長い人間。
緑の光は、歩幅が中ぐらいの人間。
青い光は、歩幅が短い人間。
Ｂさん～Ｔさんの歩幅が長ければ、しましま模様の間隔が広い方が強め合う。
Ｂさん～Ｔさんの歩幅が短ければ、しましま模様の間隔が狭い方が強め合う。
つまり、
ＣＤの表面に届いた光のうち、ある歩幅（波長）の光だけが「えこひいき」されて反射するということです。

ちなみに、見る角度で違って見えるのは、
斜めにすることが、凹凸の間隔が狭く見えることと同じことだからです。

こんな説明でよいですか？

牛乳パック分光器については知りませんが、ネットで探してみると牛乳パックだけでなくＣＤも使うようですが、そうではありませんか？
だとすれば、原理は同じです。
蛍光灯やテレビの光を見ると面白いと思いますよ。
おそらく、太陽や電球の光とは違って、色が飛び飛びに見えるはず。
なぜならば、蛍光灯やテレビの光は、光の３原色だけを単に混ぜたものだからです。

お礼

ブランコ、人の歩幅を用いた丁寧な説明ありがとうございます

斬新な説明にとても驚きました！

CDを用いた牛乳パックの分光器です

蛍光灯、テレビの光を早速見せてみたいと思います！

回答No.2

hitokotonusi

小学六年生ってどこまで習ってるんですかねぇ・・・・

まず、

1.　波とはどういうものか？
2.　二つの波を重ね合わせたとき、山と山、谷と谷が合うと強め合い、山と谷が重なると弱め合う事
3． 山と山とが重なった状態から山と山の距離(波長)だけ片方をずらしても、やっぱり山と山が重なり強め合う事

という波の性質は理解しておく必要があります。習ってないなら説明してあげてください。

次にCDの表面にはピットと呼ばれる小さな鏡がほぼ等間隔に

●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　●　

と並んでいる事を説明してください。

以上を説明したら図のようにこの中の二つの隣り合った鏡を取りだして考えます。
ここに光線を入射すると光が反射して出てくるのですが、通常の反射とは異なり、
入射と反射の角度を変えます。すると、二つの鏡で反射された光線は赤の部分と青の部分の長さの差だけ通過する距離が変わるので、二つの光線がずれる事になります。

光線とは言っていますが、光は波です。そして、入射するときは同じ波ですから山と山が一致した状態と見ることができます。反射後は上で述べたようにズレる事になりますが、最初に書いた3．によって波長分(あるいはその整数倍)のズレであればやっぱり強め合ってその方向に反射する事になります。

入射光線にいろいろな波長の光が含まれていたとしても条件に合うのは一つの波長だけですから、条件に合う波長の光だけがその方向に反射され、それに対応する色が見えます。

光源と観測者の位置を固定してピットの位置を変えていくと青と赤の長さの差が変わりますから、反射に対応する波長が変わり、また違う色が見えます。ピットの位置を連続的に変えていくと、対応する波長も連続的にかわり、虹のような色が見えます。

というのが非常に簡略化した(つもりの)説明です。文章にすると長いですが、図を書きながらの口頭での説明ならさして時間はかからないと思いますが、はたして小学生に理解できるかどうか・・・・

お礼

ピットを小さな鏡と考えるわけですか！

図を用いたわかりやすい説明ありがとうございます

また質問で悪いのですが、ピットでは実際何が起きているのですか？私自身が疑問に思ったのですが、解るように教えて欲しいです

回答No.1

noname#160321

ＣＤの虹色は「回折格子」に基づいているので、高校の分野ですからおたくのお子さんが大秀才でなければ理解不能です。

お礼

やっぱり難しいですよね

ありがとうございます！