光の物理

質問

先日、百均にて、LEDが3個　横一列(横幅約5cm）に並んだ　懐中電灯を購入しました。
それを壁に照らしたときの　明かりの形状ですが、光源と壁の間隔が5cm位までは、楕円形状ですが、それ以上離しますと、1個の円形となります。

円形となる理屈が判りません。
光の干渉で説明できるのでしょうか。

御教示ください。

回答No.4

noname#175206 · ベストアンサー

これは、光源が作る影で考えたほうがいいかもしれませんね。

　太陽からの光は、基本的には平行光線です。朝日や夕日に当たって長く伸びた、2本の垂直に立てた棒の影の間隔は、どこまで行っても同じ間隔、元の2本の棒の間隔です。

　しかし、影は棒から離れるほど、ぼやけていることも気が付くはずです。

　実際に、たとえば正四角形の板で影の形を試してみると、近い時はきちんと四角形（ななめにできれば正四角形ではなくなる）ですが、離れるほど、ぼやけて円形に近づく感じに変わっていきます。

　これは、太陽がある大きさを持った光源だからです。太陽の端とその反対側からの光は僅かに角度が違います。これが、太陽という円形の光源全体で影に影響するので、四角かった影がぼやけて行くわけです。

　ここで、影を光に置き換えて、太陽の光が無いとして考えてみれば、今度は正四角形の光源が作る光の形と同じようなことが言えます（影の理屈とそっくり同じではありません）。
　面積を持った光源、つまり面光源が平行でない光を、まあLEDはある程度指向性はあるかもしれませんが、その面光源のどの点からも指向性の範囲内で広がるように光を放射しています。

　すると、太陽の影と同じような考え方で、壁に当たる光の形が、元の三つならんだ横長からぼやけて行くことになります。これが、楕円（このときも実は少しぼやけています）から円に近い形へぼやけ方を強めて行くわけです。

お礼

お忙しいところ有難うございました。
大変良く理解できました。

回答No.3

TT414

光の問題ではありません、単なる幾何学です。
壁が明るくなる部分のサイズは、横は光源の広がり+5cm、縦は光源の広がりです。
光源の広がりが5cm程度の時は横10cm、縦5cmです長円状に見えます。
光源の広がりが1mになると、横105cmと縦100cmなのでほとんど円です。

お礼

有難うございました。
理解することができました。

回答No.2

noname#150036

そうなるように作られた製品だからだと思います。
もし宇宙人のテクノロジーを使って作られた物なら
誰も説明はできないとおもいます。
メーカーのお客様相談室に問い合わせてみてください。
ワレワレワ　ウチュウジンダ　とか言われるかもしれないし
ぜひお問い合わせを！

お礼

いろいろな考えがることがわかりました。
次回もよろしくお願いします。

回答No.1

tetsuya_oki

一応、思ったことを書きます。私は理科の先生でも何でもありませんので、正解かどうかはわかりませんが、感覚的に感じたことを書きます。
結論は光の指向性というか、発散というか、そのようなことだと思います。
壁との距離が近い時は、光は光源からまっすぐ直線に進むものが最も明るく見え、３つの明かりの形状そのものを映し出します。この時、他方向にも光は進んでいるのですが、その明るさは弱く、ぼんやりとしています。
次に壁から遠ざけると、直線に進む光と他の方向に進む光の壁への距離がほとんど同じになり、明るさに差が感じられなくなり、結果、直線方向と他方向の光が一緒になったように見え、円形となるのだと思います。
合っているかわかりませんが、いかがでしょうか？

お礼

早速のご回答有難うございました。
理解することができました。