0246 【光と音11】凸レンズの働き(3)　凸レンズの作る像・作図編

以前、凸レンズでできる像についてまとめましたが、今日は、作図でそれを再現することについてみてみたいと思います。

今日は、前回の実験を作図で再現してみましょう。

課題：凸レンズでできる像の実験を作図で再現してみよう！

作図のやり方に関してはａがどうであろうが

というルールを突き通します。

少し補足が必要なのは、作図ルールの３
３．この2つの光の線が交わったところに像はできる
について。なぜ、「2つの光の線が交わったところに像はできる」のか。

これはこういう説明ができます。
実物の先端からの光は、作図で示した２本だけではなく、四方八方に光を発しています。そのうち、レンズを通す光の線を１・２以外にも何本か次の図に描いてみました。

それらの線は、すべて１カ所、像のできる位置で交差するのです。そこにスクリーンを置けばきちんとした像ができるのです。
では、そこからずれたＰのような位置にスクリーンを置いたらどうなるでしょうか。実物の先端からレンズを通った光の位置がずれているので、それぞれの光が別々の位置で像をつくろうとします。こんなイメージでしょうか。

実際には↓の色はすべて同じですし、縦方向だけでなく横方向にも同じように↓ができますから、結果的にぼやけた感じになるわけです。
ところが、たくさんの光による↓が協力して同じ位置に来るとどうでしょう。はっきりした像になるのです。

それはさておき、やり方にしたがって作図したものが以下になります。
ａ＞２ｆ、ａ＝２ｆ、２ｆ＞ａ＞ｆ、ａ＝ｆ、ａ＜ｆと、下に行くほどａの長さが短くなっていきます。
赤で描いた線が、上の囲みの中の１．の線です。

４番目は、１・２の線が平行になるので、交わらない→つまり、像はできないということになります。
５番目は、１・２の線は図の右側に行けばいくほど広がっていきます。なので、逆に左側に伸ばしていくと交点ができます。そこに像ができるのですが、このような像を虚像といいます。「実像と虚像」については、また別の回に詳しく触れたいと思います。

どうでもいい話ですが…
作図ルールの２
２．レンズの中心を通る光は直進する
について。ぶっちゃけ、実際は違います。
だって、こうなって然るべきじゃないですか。

レンズを入る前の光と、レンズを出た後の光は平行ではありますが、ずれているはずです。レンズの厚さを０として近似的に考えたというか、作図に当たっての便宜上のルールなんでしょうね。