水の中ではなぜ短く見えるの？

(13380) 水の中ではなぜ短く見えるの？
リゲル
2006年01月31日(火) 20時39分

小６です。お風呂の中に手を入れてパーにして水面指先がでないようにに立てると手全体が太くなるのはなぜですか？また、そのパーにした手を横にしたら、手が長くスマートに見えるのはどうしてなのか教えて下さい。

(13386) (Re:13380)
Re:水の中ではなぜ短く見えるの？
桑嶋幹
2006年02月01日(水) 01時36分

桑嶋です。

これは光の屈折によるものです。小学校６年生では難しいかもしれません。
実際には指が太く見えているのではなく、短く見えているのです。横にし
たときには手の幅が狭く見えるので横長に見えることになります。中学校１
年になると、光の屈折について勉強しますが、もし今もう少し詳しい話を
勉強したいということであれば説明します。

(13388) (Re:13386)
Re:水の中ではなぜ短く見えるの？
リゲル
2006年02月01日(水) 07時40分

桑嶋さんへ
　ありがとうございます。光の屈折ですが、空気中から水の中に光が入るとき折れ曲がることはわかるのですが、なぜそれで手が短くみえるのかもう少し詳しく教えて下さい。
また、真上から光が入ってきたら直進するということは手はどんなふうにみえるのでしょうか？

(13396) (Re:13388)
Re:水の中ではなぜ短く見えるの？
桑嶋幹
2006年02月01日(水) 19時50分

桑嶋です。

小学６年生でもう屈折のことを勉強しているんですね。

おっしゃる通り、光は空気から水に入るとき、水から空気に出て行くとき
に折れ曲がります。たぶん、この図を見たことはあるでしょう。

手を立てて目線よりやや下に置いて、普通に見てみましょう（手
を水の中に入れない）。指の長さって何でしょうか。指の先から
出でまっすぐに進んで目に入ってくる光と、指の根本から出てま
っすぐに進んで目に入ってくる光で、指の長さがどれぐらいある
かを見ています。

手をそのまま水の中に入れてみましょう。手の先から出た光と、
手の根本から出た光は水面で屈折して目に入ってきます。それぞ
れの光の道筋がどうなっているか考えてみることはできますか？

>また、真上から光が入ってきたら直進するということは手はどんなふうにみえるのでしょうか？

こちらは、どのような状態なのかもう少し詳しく教えてもらえま
すか。

水面に直角に入る光は折れ曲がりません。水の中から出てくる光
も同じです。曲がらないということは、そのまま見えるといこと
です。となると水中の手を真上から見たときにはどうなるでしょう？

(13406) (Re:13396)
Re:水の中ではなぜ短く見えるの？
リゲル
2006年02月02日(木) 23時02分

桑嶋さん、やっぱり、屈折するとなんで短く見えるのかが
難しいです。
科学館に行って、屈折のことをもっと目で見て調べます。
答えてくださってありがとうございました。

(13407) (Re:13406)
Re:水の中ではなぜ短く見えるの？
リリーマルレーン
2006年02月02日(木) 23時18分

>桑嶋さん、やっぱり、屈折するとなんで短く見えるのかが難しいです。

水面から例えば、１０センチの深さにある指先からの光の通り道を考えて見ましょう。水がなければ、まっすぐ目に届くので（頭の中で）１０センチの深さだな、と判断します。
ところが水面で屈折する光の通り道を描いてみると分かる通り、指先からの光は水面で曲がってしまいます。
人間の頭は「屈折」のことは考慮せずに、水面から目までの光の通り道の『延長上に指先がある』と判断してしまい、本来の深さよりも浅いところにあると「勘違い」するわけです。

(13409) (Re:13406)
Re:水の中ではなぜ短く見えるの？
イルカ
2006年02月03日(金) 00時45分

イルカです。

　確かにわかりにくいですから、図を描いてみました。

　重要なことは、目は光が実際にはどこから来ているかは、まったく知らない・・知るすべがないということです。
　左の図で割り箸の途中が見えているのですが、目は超能力を持っているから箸のその点がそこにあるように見えているのではなく、単純にその方向から目に光が届いているから、そこにあるように見えているだけなのです。

　下の図では、光は密度の大きい水中から出るときに、屈折して図のように曲がります。
　そのとき目には箸の先端からの光も届いていますから、あたかもその方向に箸の先端があると見ていると言うことです。

＿＿＿＿＿＿＿＿＿イルカ 2006,Feb,03,(Fri),00:36 ＿＿＿＿
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(13434) (Re:13409)
Re:水の中ではなぜ短く見えるの？
リゲル
2006年02月03日(金) 20時03分

イルカさん、リリーマルレーンさん、ありがとうございました。
　図の解説がすごくわかりやすかったです。