底がレンズ状になっているガラス容器を水につけて

質問

凹面鏡として使えるようになりますか。水よりも屈折率の大きい液体でもよろしいのですが・・・。

回答No.5

staratras · ベストアンサー

No.3&4です。4の実験で老眼鏡をかけたときにレンズの目に近い側を水につけた場合です。凸面鏡になりますが大きい方の像が消えています。

お礼

私も追試させていただきます。

回答No.4

staratras

No.3です。水面にレンズをつける実験では次の興味深い結果が得られました。使ったのは百円ショップで以前に実験用に買っておいた税込み108円の老眼鏡の凸レンズです。

これを普通に（水面に触れずに）見ると、眼鏡のどちらを上側にしても天井の照明器具の大小二つの実像が見えました。これはレンズの上面と下面の両方で表面反射をしており、しかも上面と下面とでは曲率が異なるために、反射鏡としてみた場合の焦点距離も異なるためだと考えることができます。

ところがこのレンズの下面を水につけると、大小2つの像の片方が見えなくなります。大小どちらの像が消えるかはレンズの向きによって異なり、眼鏡をかけたときに目に近いほうを水につければ大きい方の像が消え、眼鏡をかけたときに目から遠い側を水につけると逆に小さい方の像が消えました。（下の写真）

老眼鏡のレンズは凸レンズなので、目から遠い方を下にすれば凹面鏡、目に近い側を下にすれば凸面鏡になりますが、どちらの場合でも説明できる必要があります。老眼鏡として使う際にレンズの目に近い側の方が曲率が小さいため反射鏡としてみた場合の焦点距離が大きくまた反射像も大きくなることと関係していると考えられます。

つまり目から遠い側を水につけると、凹面鏡として焦点距離が小さく像の大きさも小さい方の面からの表面反射が見えなくなるということになり、逆の側を水につけると凸面鏡として焦点距離が大きく像の大きさも大きい面からの反射がなくなるということですから、どちらの場合も水につけた側の面からの表面反射が見えなくなるということになります。

お礼

随分いろいろなことがあるのですね。ご教示をありがたく拝読いたしました。私も追試させていただきます。

回答No.3

staratras

実用になるかどうかは疑問ですが、ガラスの表面反射による凹面鏡にはなります。簡単な実験で試してみました。下の写真のコップは底面（上面）が凹面（放物面のように見える）になっています。これを水につければこの面の表面反射による凹面鏡となりますが、普通の容器に透明な水を入れると底面の下面による反射や他方向からの入射光もあって見にくくなりました。

そこで水の代わりに墨汁を入れ、水を入れた容器の外周やコップの内側を黒い光沢のない紙で覆って見やすくして撮影しました。（下の左側の写真）反射面の精度が良くないので歪んでいますが一応（この写真を撮影した）デジタルカメラが写っています。焦点より遠いところにカメラがあり、また焦点距離が小さいので小さな倒立像が写っています。（見やすくするため相当トリミングしています）

ただしこれはあくまでも表面反射を利用しているだけなので、別に水（液体）につける必要はなく、コップの底面の下面による反射や迷光を防ぐために黒い光沢のない紙でコップの外側と底面を除く内側を覆えば凹面鏡になります。（下の右側の写真）

光学機器、たとえば天体望遠鏡の反射鏡はガラスを高精度に研磨して表面にアルミニウムなどのメッキを施していますので反射率が高く、明るい像が得られますが、メッキなどをしない素通しガラスの表面反射は反射率が低く、さほど明るい像は得られません。ただしこれが役に立つ場合もあり、回答者が在籍した高校の地学部にはメッキをしない反射鏡（主鏡）にメッキをしないプリズムの表面反射を斜鏡にした「太陽観測専用」のニュートン式の天体望遠鏡を自作した先輩部員がいました。明るすぎてそのままでは危険な太陽を観測するために、主鏡も斜鏡も表面反射で反射率が低いことを利用して減光を図ったもので、1970年5月9日の水星の日面通過の観測に使用した記憶があります。

なお本来反射鏡ではないガラス製品や水面などがどこまで光学的に利用できるかは、反射させようとするものの明るさや必要とする精度次第です。20年以上昔、ヘール・ボッブ彗星という肉眼でも見える明るい彗星が出現したとき、農業関係の新聞に、水田の上空にあるこの彗星と、田の水面にできた彗星の反射像を同時に捉えた印象的な写真が掲載されていました。暗い彗星ならもちろん無理ですが、明るい彗星だったのでこのような写真も撮影可能だったのです。

お礼

色々な知らなかったことを教えていただき大変勉強になりました。私もご教示に従って実験してみたいと思います。

回答No.2

Ligandable

個人的には困難だと考えます
ガラス容器が全反射に近い反射率を得るには反射層が必要です。
一般のガラス容器にはこれがありません。

　それでも反射させる場合はkaitara1 様がご存念のように、屈折
率利用となりますが、面に垂直方向から観察した場合、屈折の効
果は得られません。半紡錘型のガラス容器を水に沈めると、像はと
もあれ 反射面は観察できるでしょうが、中央は悲しいこととなる
かもしれません　　　　　　　　　　ではでは

お礼

ご丁寧にご教示いただきまして、たいへんためになりました。

回答No.1

tetsumyi

ガラス容器は精度が高くないので、凹面鏡といえるような物にはなりません。

お礼

理想的なレンズ状だったらどうでしょうか。