中学校で自由研究で人気の科目は理科ですね。
実験のレポートは身近な事象と結びつけて書きやすいのでまとめるのも簡単です。
今回は光についての実験を行ってみます。
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やり方も装置もごく簡単なものですが、空の色々な現象を解き明かす研究にもなるので高い評価が得られるかもしれません。
光の中でも夕焼けと虹をより深く理解する実験を紹介するので普段から疑問に思ったり、きれいだなと感じたりしている人はやってみる価値ありです。
虹を作り出す実験
虹を作りだす、と言う事は光がどのようなものかを理解する基本になります。
それに虹が見える条件とはどのような時かも分かります。
先ず、最初は装置を使って、次に実際に晴れた日に外に出てやってみましょう。
◆用意するもの
・ペットボトル（透明のもの）
・白い紙
・ティッシュペーパーのから箱
・懐中電灯
◆実験の準備
先ず、装置を作りましょう。
ティッシュのから箱を裏返して真ん中に細いスリットをカッターで空けます。
そして、表の取り出し口から懐中電灯を入れます。
次にペットボトルに水を入れます。
ここまで出来上がったら部屋のテーブルの上にペットボトルを置きます。
画像のように白い紙の位置調整して、懐中電灯から出た光が当たるようにします。
部屋の電気を消して暗くします。
◆実験の方法
実験はとても簡単です。
暗い部屋で懐中電灯のスイッチを入れて、紙に映った光を見てみます。
◆どんなことが起きるのか？
白い紙に映る光は透明ではなくて綺麗な虹色になっています。
微妙なグラデーションで3色に見えることもありますが、透明の光ではなく色が分かれていますよ。
◆実験のネタバレ
光は普通は無色透明ですが、実は赤、橙、黄、緑、青、青紫、紫が合わさって透明になります。
絵具などの顔料は混ざると濃くなり、黒に近くなっていきますが、光は逆です。
そして光の色には
波長と言われる波があって、赤の波長は長く紫に近づくにつれて短くなります。
それぞれの色の波長は異なり、ガラスなどを通った時の屈折率も違います。
実験で水の入ったペットボトルを通過した時にそれぞれの色が屈折する角度が異なるために色が別れて紙に到達します。
七色の光が紙に映る理由がこれです。
この現象を光の分散といいます。
では実験が成功したところで外に出て虹を作ってみましょう。
外で虹を再現する実験
晴れた日に実際に外で虹を再現してみましょう。
中学校の夏休みは長いですし、晴れている日も多く、水を扱うにも苦にならない気温なので是非再現してください。
◆用意するもの
・ゴムホース
◆実験の準備
ゴムホースを水道の蛇口につないで水を出すだけです。
車を洗う時のシャワーノズル付きのものは手元で水を出したり止めたり出来るので便利です。
◆実験方法
ホースの先端を指でつぶすか、シャワーノズルを霧状に調整して水を出します。
太陽の方向から位置をずらしていきながら、どの角度で光を当てると虹が出るのかを観察します。
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◆実験のネタバレ
部屋で実験したときの同じように水滴を光がと通るときにも屈折率がそれぞれ異なるために虹が現れます。
画像にあるように赤の光が屈折する角度が40度、紫が42度です。
にじは常に空気中にある水滴の中で跳ね返った光を見ているのでその角度にいる人、正面の人にしか見えません。
いくら歩いても、虹の下に行けないのはこのためです。
この実験は簡単なので天気が良ければいつでもできます。
夕焼けの仕組みを調べる実験
昼間の空は青いのに夕焼けはなぜ空が赤くなるのか？という疑問を解決する自由研究です。
では早速始めます。
◆準備するもの
・傘袋（雨の日にお店の前にあるやつ）
・牛乳
・水
・ボウル
・懐中電灯
・じょうご（100均などで売っている
◆実験の準備
先ず、ボウルに水を入れて、その中に牛乳を５滴程垂らします。
うっすらと白いかな、と言うくらいの状態にします。
この時あまり濃くなりすぎると、光の状態を観察できないので注意。
この液をじょうごを使ってビニールに満タンになるまで入れます。
ビニールの口を縛って準備完了です。
◆実験の方法
部屋を暗くして、牛乳の混じった水を入れたビニールの片方の端から懐中電灯を当てます。
ビニールの真ん中の色と、反対側の色を観察します。
◆どんなことが起こるのか
先ず、ビニールの中間の色は青っぽくなっていませんか？
そして、ビニールの反対側の色は赤になっています。
◆実験のネタバレ
これは空の色に関する自由研究ですから、なぜ昼間の空が青くて、夕焼けが赤いのかを示す原理を考えます。
先ほどの実験で光の色は七色あって、紫から赤に行くに従って波長が長くなることに触れましたが、
波長の短い色は空気中の粒に当たると四方八方に拡がってしまい、波長の長い色は粒を通り抜けてしまいます。
光が空気中を通ってくる場合は無数の分子や粒に当たっています。
太陽の位置が真上かそれに近い状態の日中は空気中を通る距離が短いので散乱した青い色を見ていることになります。
太陽が沈む直前の夕方は光が斜めからさし、長い距離空気中を移動するため、最後まで散乱しない赤い色を見ているのす。
空の色は空気中の粒に当たって散乱する光の色を見ているのです。
ビニールに入った牛乳に光を通すのは空気中を進む光が距離によって違った色に見える事を確かめる実験です。
参考までに標高の高い山、エベレスト級の山で見る空は地上で見る空よりも青紫と言えるような濃い青をしています。
これは青よりも波長の短い青紫が先に拡散した色を見ているためです。
実験のポイント
この自由研究では中学校の理科でならう光の性質を少し進めて
光がどんなものか
光のそれぞれの色の波長とその性質
光が空気中を進む時に起きる現象
を観察します。
レポートも日常の現象の疑問からスタートして実験から光の性質へつなげて書いていくとスムースに描けると思います。
これらの実験はいつでもできますが、晴天が多く、気温も高い夏の方がやりやすいので空の色や気象に興味があれば是非やってみてください。
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2016-04-30 07:25
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