光– 光の『なぜ？』 –

ピンホールカメラがレンズなしで逆さまの像を作れるのは、小さな穴が物体各点から来る光線を選び、直進した光が穴の位置で交差してスクリーンへ届くためです。

影の大きさやぼやけ方は、光源・物体・投影面の位置関係で決まります。相似な三角形、本影・半影、光源の見かけの大きさ、太陽高度、日食・月食まで影の幾何学を解説します。

表面が濡れると反射の見え方が変わるのは、水が空隙を埋めて屈折率差と拡散反射を減らし、内部吸収を増やす一方、水膜の鏡面反射を強めるためです。濡れた道路・布・紙・石を例に解説します。

LiDARが光の往復時間から距離を測れるのは、レーザーパルスの飛行時間を精密に測り、既知の光速からR=cΔt/2で片道距離を逆算できるためです。

3D映画で偏光メガネが左右の目に別々の映像を届けられるのは、左右用映像に異なる偏光を与え、メガネで選別して両眼視差を作るためです。

光の吸収が身近な色・熱・発電・計測に役立つのは、物質ごとに吸収しやすい波長が異なり、吸収した光のエネルギーを熱・電気・化学反応などへ変えられるからです。反射・透過との違いも含めて分かりやすく解説します。

光の散乱でなぜ空は青く、夕焼けは赤く見えるのでしょうか。散乱の仕組みから、雲や霧の見え方、動的光散乱による粒径測定、LIDARによる大気観測まで、身近な現象と技術をつなげて解説します。

光の反射は、光という電磁波が性質の異なる物質の境界を通るとき、電場と磁場の境界条件を満たすために生じます。フレネル反射、反射の法則、鏡面反射と拡散反射まで解説します。

光が異なる物質へ斜めに入ると屈折するのは、媒質によって光の位相速度が異なり、波面の一部が先に速さを変えることで波面全体の向きが変わるためです。スネルの法則まで解説します。

光の分散は、同じ物質でも波長によって屈折率が異なるために起こります。プリズムで白色光が色に分かれる理由を、屈折率、共鳴、物質の電磁応答、正常分散・異常分散まで解説します。