光学と照明

光は物を見えるようにするエネルギーの一形態です。光は私たちが周囲の世界を見るのを助けます。晴れた日の明るい昼間を想像してください。光が物体に反射して目に入ってくるので、すべてがはっきり見えます。では、ライトが消えた夜を考えてみましょう。光がないため、何も見えにくいです。

光の特性

ここでは、光の重要な特性をいくつか探ります。

• 速度：光は非常に速く進みます。真空中では、その速度は約299,792キロメートル毎秒（km/s）または186,282マイル毎秒（mi/s）です。
• 移動経路：光は直線で移動します。これを光線経路ともいいます。
• 反射：光が表面に当たると跳ね返ります。これにより、鏡に映像を見ることができます。鏡の滑らかな表面は光を均等に反射します。
• 屈折：光が一つの媒質から別の媒質に進むときに方向が変わります。水の中のストローを考えてみてください。それは曲がって見えますが、実際にはまっすぐです。

反射

反射は、光が表面に当たった後に跳ね返る過程です。反射の主な点を考えてみましょう。

• 入射角（光が表面に当たる角度）は反射角（光が跳ね返る角度）に等しいです。これは、ボールが壁に当たって戻ってくるようなものです。
• 反射には2つの種類があります：
  • 正反射：滑らかな表面で発生します。これにより、鮮明な画像が得られます。
  • 拡散反射：粗い表面で発生します。反射が散乱し、鮮明な画像を形成しません。

例：鏡の反射

普通の鏡と懐中電灯を用意して、懐中電灯の光を鏡に向けて照らしてください。光が鏡に当たった後に跳ね返ることがわかります。これは正反射の完璧な例です。

懐中電灯を想像してください  光を反射
    

屈折

屈折は、光が一つの媒質から別の媒質に移動する際に曲がる現象です。これは、空気、水、ガラスのような物質間で光の速度が変わることで引き起こされます。

例：曲がったストロー

ストレートなストローをコップの水に入れて観察してください。屈折によりストローが曲がったり壊れたりして見えます。水中では光が空気中よりも遅く進むため、この効果が生じます。

光の特性

光にはいくつかの魅力的な特徴があります。

• 色：白色光は赤、オレンジ、黄色、緑、青、藍、紫の7色で構成されています。これは、白色光がプリズムを通過すると虹のような効果が生じることでわかります。
• 強度：光の明るさ。より強烈な光はより明るく見えます。
• 偏光：光の波は様々な方向に振動できます。偏光は光をフィルタリングし、特定の方向に振動する波のみを通します。

例：プリズムと虹

太陽光が空の雨滴を通るとき、プリズムのように働きます。光を色のスペクトルに分け、虹を作ります。

レンズと光学

レンズは、光を屈折させるガラスやその他の透明な材料です。レンズは眼鏡、カメラ、顕微鏡などのさまざまな装置に使用されます。主に2種類あります。

• 凸レンズ：中央が厚いため、光を一点に集中させる収束レンズを形成します。
• 凹レンズ：中央が薄いため、光を外側に広げる発散レンズを形成します。

例：眼鏡と視力矯正

人々は視力を矯正するために眼鏡をかけています。凸レンズは遠視を矯正し、凹レンズは近視を矯正します。

現実の例：我々はどのように見るのか

光が物体にぶつかった後に目に入ります。次のようにして見えます。

• 光は目の角膜を通過します。
• 光は次に

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