虹のでき方と仕組みをイラストでわかりやすく解説♪

昨日2時に虹🌈が見えた！

しょーもな

でもなんで虹って見えるの？

それは太陽の光を雨粒が反射するからだよ

どういうこと？

うん！じゃあ今回は虹🌈が見えるメカニズムをわかりやすく解説していくよ〜！

これで虹博士だ！

それじゃあ授業スタート！

この授業はYoutubeでも解説しています！

Youtubeの方が音声があってわかりやすいので、動画が見れる環境の方はこちらの方がおすすめです！

虹が見えるのはいつ？

虹のスタート地点ってどこにあるの？

いい疑問だね！スタート地点には辿りつくことができないんだ！

なんで！？虹を登るのが夢なのに！

虹が見えるのはいつ？

雨の後！！

残念だね〜虹は光でできているから追いかけても離れていっちゃうんだ

その秘密を教えてくれるんだね！

虹が見えるのはいつ？

雨の後！！

そうだね！それはこういう仕組みなんだ！

太陽の光が虹になるの？

うん！太陽の光は７色の光が混じってできているんだ！

太陽の光は白色に見えますが、この白色は赤から紫までの7色の色が混じってできています。

光は赤と青と緑を混ぜると白色になる光の三原色っていう原理があります。そのため7色の光を全部混ぜると白色になるんですなるんです！

ちなみに色の場合は全部混ぜ合わせると黒色になります。これを色の三原色って言います。絵の具を全部混ぜると真っ黒になりますよね。

おまけ

日本だと虹は7色と考えられていますが、他の国ではアメリカは6色、ドイツは5色のように地域によって虹の見え方は違います。

これは文化の違いが影響していると考えられています

変わった国だと、ナミビアは2色に見えたり、8色に分類されている国もあるそうです！

光は空気中から水中に入るときに屈折するんでしたね

前回の授業の内容だね！

＼前回の授業はコチラで解説しています♪／

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この実験で3色のレーザーポインターで光の屈折を調べると

青色の光が1番曲がることがわかったね

表にまとめると、こんな感じ

波の大きさが違うんだ！

かなり難しい話だけど、光は波で表現することができます。赤色の光は波長が長い→緩やか（波の数が少ない）だけど、青色の光は波長が短い→激しい（波の数が多い）と言う違いがあります。

この違いがあるから、光の色（波長の違い）によって屈折のしやすさが変わるんです。

人間が見える波長は、380nmから780nmの間、この領域の光のことを「可視光」といいます

太陽の光は７色の色が混じっているから、屈折すると屈折のしやすさによって分離されます

例えば三角形のガラスに太陽の光を当てると、下の図のように青色の方が曲がるから光が分かれます。

このような三角形のガラスのことをプリズムと呼んだりします

この分離が虹のメカニズム！

虹の場合は、太陽の光が空気中にある雨粒に当たることで、屈折→反射→屈折を行って、屈折するたびに光が分かれるから、2回の屈折で下の図のように7色の色に分かれる！

なるほど！完全に理解したわ！

でも実はこの説明は少し違うんだ

なんだと！！

よく見ると本当の虹と色が逆転しているよね

このモデルと実際の虹を見比べると、実際の虹は上が赤で下が紫なのに対して、このモデルの場合は色が逆転してしまっています。

確かに！

もう少しメカニズムを詳しくみてみよう！

この別れた色がそのまま虹になると言うわけではなくて、紫の光が来る地点では、紫の光を感じ、下のほうの赤い色光が来る時点では赤い色の光を感じるんです。

１つの雨粒から虹ができているってのは❌

1つの雨粒によって色は分散されるけど、実際虹は無数の雨粒によって作られている

詳しいメカニズムについて、イラストを交えて見ていきましょう！

虹が見えるメカニズム

イラストで順に説明していくよ！

まず、虹が見えるのは雨が降った後ですね

虹が見えるのは、このようなシチュエーションの時です。雨が降っている（降った後）時で、 この状態だと空気中に雨粒が漂っているから、太陽の光を反射できるからです。

また重要なのは、太陽と自分と雨粒の位置関係です。

人間が雨粒の方を向いていて、その後ろに太陽がある位置関係の時に虹は見える！

確かにこうだったかも！

この位置関係の時に、太陽の光をさっきの説明のように雨粒が反射して、私たちの目に入ることで、私たちは虹を認識しています。

雨粒に反射して、私たちの目に入ってくる光の角度は、赤色の光の場合は42°で私たちの目に入ってきます。

赤色の光は反射＆屈折して42°で目に入ってくる

しかし、さっきの説明の通り、光の色によってこの反射&屈折の仕方は違います。紫色(屈折しやすい)の光の場合は、40°で私たちの目に入ってきます。

紫色の光は40°で目に入ってくる

この角度の差が虹が見える理由なんだ！

目に入ってくる角度が違うから、赤い色の光は上の方から紫色の光は下の方から来ているな！と私たちの目は感じます。 そのため上が赤色で下が紫色の虹が見えるってわけ。

だから、虹の根元には行くことができない！

虹は雨粒の反射によって私たちの目に入ってくる光を認識しているだけだから、虹の根元を目指して歩いて行っても角度が変わってしまい、虹は見えなくなります。

虹がアーチに見える理由

次は虹がアーチ状に見える理由について考えていきます

私たちの目に42°で入ってきた光は全て赤色に見えます。これは雨粒の上の 方から反射してきた光でも、端っこの方から反射した光でも目に入ってくれば赤色だから、 全部合わせるとアーチ状に見えるってわけです。

イメージしやすいイラストで考えると、下のイラストにある角度に対して42°になるのはちょうど腕を42°にしてぐるっと1周回した指の先と同じになります。

今回のイラストの場合は、地面に平行じゃなくて太陽から雨粒に向かった光に平行だから、下の図の黒い線を基準に42度ぐるっと回せば、その部分が赤色の光が来るエリアになります。

ちなみに、この基準の黒い線の弾き方は、 太陽でできる自分の影の頭の位置を向いて42°ぐるっと回したエリアになります。

42°になるところを繋げるとアーチになるね！

わかったような、わからないような。。。

今回の内容は中学生には少し難しいかも
YouTubeに動画があるから動くイラストの方が理解しやすいよ！

動画の方がわかりやすい！

これで虹について完全に理解したね！

うん！次の雨の日が楽しみだ♪

運がいいと二重の虹も見える時もあるから探してみてね♪

まとめ

今回のまとめクイズ！

次の光のうち屈折しにくいのは何色？

赤色

青色

緑色

紫色

次の光のうち屈折しにくいのは何色？

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次の学習も一緒に頑張ろうね！

次の学習

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