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逃げ水は下位蜃気楼で,光の屈折ではなく全反射!?

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材料

双眼鏡 デジカメ(ビデオ) 三脚

内容

・逃げ水と逆さ車を調べる。
・逃げ水・逆さ車を観察し,見える条件を調べる。
・目の高さが低い方が,逃げ水・逆さ車が見やすいことが分かる。

詳細

車で信号待ちをしていて,不思議な現象を目にしました。遠ざかる車の下に,上下逆転した車の像が現れたのです。まずはタイヤ,続いて車体という順に。 信号を渡って車を降り,長く続く直線道路を見渡しました。しかし,何も見えません。少しかがむと,数百m先に「逃げ水」が見えました。逃げ水は,地面が鏡のようになることから「地鏡」とも呼ばれています。 「逃げ水」は,炎天下のアスファルトの路面で,遠くに水たまりがあるように見える現象です。近づいても水たまりが離れていき,まるで水が逃げていくように見えることから,このように名付けられました。「下位蜃気楼」の一種で,実物の下に逆さになったもう1つのもの(この場合は空など)が見えます。もちろん本物ではなく,目の錯覚です。 見えた逃げ水は数本あり,横に長細いものでした。複数見えたのは,路面が凸凹しているからだと思われます。しかし,逆さ車が見えた時は,全面大きな水たまりのようには見えました。何が違うのか試行錯誤するうちに,目の位置・高さによって,逃げ水の見え方が変わることに気づきました。 少しかがむと,逃げ水の縦の幅が大きくなります。さらにかがんで見ると,縦幅がさらに大きくなって全部つながり,鏡のように煌めいたのです。 全面鏡のように見える目の高さは,路面から50㎝ぐらい(太陽光度が低い朝夕はもっと低い)でした。これなら「地鏡」の名のごとく,反転した車全体が見えるのもうなづけます。 信号待ちしていた時はシートに座っていたので,目の位置はそれほど低くなかったのになぜ? その理由はすぐに分かりました。信号の手前と先では,路面の高さ自体が違っていたのです。手前が低いので,シートに座っている時の目の高さが,信号先に続く高い路面の50㎝ほど上と一致していたのです。逆さ車を見ることができたのは,たまたまだったのです。 信号先で,路面から50cmあたりでカメラを構え,横を通り抜けていく車の像を追いました。300〜400mあたりで見え始める「地鏡」に入ってしばらくすると,やはり,タイヤ→車の下部→車の上部と「逆さ車」が姿を現しました。その先では実像と虚像が合体して,長く伸びたような像になりました。 この現象の説明は,一般的に以下のようになっています。夏の風がなく晴れた暑い日,高温になった道路のアスファルトによって路面近くの空気が熱せられ,密度が下がります。相対的に,その上の比較的低い温度の空気の密度の方が高くなります。光が両者の境目を通る時に屈折して見えます。 しかし,経験的に,ひんやりした日でも,風が吹いている日でも,薄曇りの日でも見えました。どうも,思い込みによる誤認識があるようです。 当日の天気は晴れで,風がやや強い日でした。路面の温度は約42℃,気温は約31℃。この温度差による空気の屈折率の差は,ほんのわずかだそうです。300〜400m離れてはいますが,車1台分を反転させるほど,光が屈折するのでしょうか。 逃げ水が見える原理について,光の屈折ではなく,全反射によるものではないかという論文が,北海道大樹高等学校の石川昌司氏によって報告されています。 私の観察結果と石川氏の主張の共通部分は,路面からの目の位置が,ある高さ以下になると逃げ水(地鏡)が現れるという重要な法則性です。そのあとに物理的な考察があり,逃げ水現象は,光の屈折で説明するよりも,全反射の一例として説明する方が理解しやすいのではないかと,まとめておられます。 全反射によって,田の水面に倉庫が写っています。しかし,目の位置を下げても,像が縦方向に伸びることはありません。ただ,角度によって全反射が起こる点は,地鏡に通づるものがあります。一方,下位蜃気楼による現象だと説明されている「だるま夕日」では,縦方向に像が伸びる様子が観察できますが,海面が鏡状になることはありません。ただ,「だるま夕日」が見えるとき,決まって海面がユラユラと激しく揺らいでいます。これは,地鏡になった路面の上部の空間が,激しく揺らめく様子と似ています。 以上の観点から「逆さ車」は,全反射による地鏡と温度差による下位蜃気楼および陽炎が,合体して見えているのではないかと考えますが,いいかがでしょう。 いずれにしても,子どもたちには,下位蜃気楼という面白い現象が存在していて,それは海だけではなく,身近な道路で簡単に体験できることを,広く紹介したいと思っています。

基本情報

分野 分野2 育てたいもの 管理番号 季節 場所 難易度 危険度
物理 探究心 899 春夏秋
春夏秋

普通
普通
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