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虹の色は暗記しなくても説明できる!受験の光の単元は虹の原理だけで十分!

虹と青空

虹の原理はよく受験のネタになる

虹の外側が赤か、内側が赤か。

これは特に中学受験ではよく見られる問題で、日常生活に興味関心を持って生活しているかのちょっとしたテストとして使われます。

もっとも、あまりによく出るため、覚えろと言ってしまっている塾も多く、残念ながら知っていれば解ける問題と化しています。

しかしながら、こんなのは覚えるものではないのです。

日常生活のちょっとしたことから、すぐにどっちか想像できます。

そして実は中学受験、高校受験ともに、光の原理は反射と屈折しかありません。

ということは、虹の原理が説明できれば、受験程度の光の単元は全て説明できていしまう、ということです。

そんな勉強の仕方を紹介致しましょう。

今回も実際にファイの塾生から出た質問を基に解説していきます。

虹が二重に見えるのはどうして?

ダブルレインボー(主虹と副虹)
ダブルレインボー(主虹と副虹)

これは塾生が送ってくれた虹の写真。

よく見ると、このように時々虹が二重に重なって見えることがあります。

これをダブルレインボーといって、毎回見られるわけではないため、幸運が訪れるサインと言われます。

が、もちろん偶然ではなく、条件さえそろえば見ることができます。

ということは、これも受験のネタになるということです。

今回はここまで解説しましょう。

虹の外側が赤なのはなぜ?

これを説明する前に、まず夕焼けの色が何色かお分かりになりますか?

もちろんこれがわからない人はいないでしょう。

夕焼けの色は赤です。

ではなぜ夕焼けが赤なのでしょうか

この原理がわかっていれば、虹の外側が赤なのは説明できてしまいます

お子様にちょっと聞いてみて下さい。

なぜ夕焼けは赤なのか。

なぜなら、大気で屈折した時に、一番よく曲がるのが青い色で、あまり曲がらず地平線まで飛んでいくのが赤い光だからです。

虹はなぜ内側が青、外側が赤なのか?

これはオンライン授業で指導したときの説明の図です。

このように、太陽の光が地球の大気の層に入ると、プリズムと同じように青い光は良く曲がり下へ、赤い光はあまり曲がらずに地平線すれすれの方へ飛んでいきます。

地平線すれすれということは、地球から見れば夕方日が沈むときの光ということ。

だから夕焼けは赤いのです。

光の曲がり方、色の別れ方は夕焼けと一緒

虹の屈折と反射の原理

夕焼けは赤。

これがわかれば虹も同じですから簡単にわかります。

虹というのは、太陽の光を空気中の水滴が屈折、反射して目に届く光。

まず太陽の光が水滴に入ると、先程のプリズムと同じように、光が分かれます

この時、左上から入った光は、上が赤、下が青になるように分かれます。

この分かれた光が水滴の奥で反射して、目に届きます。

だから虹は上が赤で、下が青になるのです。

虹の原理を説明したテキストでは、青が上、赤が下になってるけど?

主虹と副虹が見える原理

水滴の中の反射の様子を厳密に言うと、屈折した後、反射して赤と青が入れ替わり、水滴から抜けています。

サピックスや四谷大塚のテキストではそうなっていますね。

これは水滴1つを取り出してみると、こうなっているということです。

水滴の左上から入って屈折したた光は、反射により色の上下が逆転します。

実際には水滴がカーテンのように大気全体を覆っているので、これを縦にずらーっと並べてみて下さい

そして離れた左下に観察者を書いてみて下さい。

そうすると、観察者に上の方から届く光は赤、下の方から届く光は青になることがわかります。

1つしか書いていないからわかりにくいのです。

主虹と副虹って?

虹の屈折と反射の原理

虹は赤が外、青が内側だと暗記している人が意外と知らない虹。

それが副虹(ふくこう)。

一般的な主虹とは逆に、赤が内側、青が外側になっている虹が存在するのです。

これは水滴の中で反射が二回起きたために起こります。

反射が2回という事は、上下逆転が2回起きるということ。

だから色も反対になるのです。

なお、主虹と副虹の間はやけに暗く見えるのですが、これはアレキサンダーの暗幕と呼ばれており、光が屈折してどこかへ逃げている状態。

観察者である人の目に光が入って来ないので、暗く見えるというわけです。

なんで虹は昼に見えないの?

これに気付いている子はいるでしょうか。

実は虹が見える時間には条件があります。

いつでも見えるわけではないのです。

昼に見えないと気付いたら大したものです。

さて、なぜ昼に見えないのか。

なぜなら昼は太陽の高度が高いからです。

先程の図を見てわかる通り、太陽光に対して、40~42°の角度が確保できなければ虹は見えません。

仮に40°として図にすると、このようになります。

虹が見える角度

つまり、理論上太陽の高度が40°の時に地平線ギリギリに見える程度。

太陽の南中高度は、東京(北緯35°)の場合、春分秋分の時で

90-35=55°

太陽の高度が低くなる冬至でも

90-35-23.4=31.6°

よって、昼に虹が見える可能性があるのは、冬。

ところが冬は乾燥しているため、水滴が少ない。

もしくは厚い雲に覆われているため太陽の光自体が少ない。

だから昼の虹は滅多に見ることができないのです。

この辺りは小学生でも角度の計算ができればわかりますので、考えさせてみるといいでしょう。

虹の色はなんで七色なの?

これに疑問を持ったことはあるでしょうか。

虹は七色と当たり前のように小さい頃から吹き込まれていると、疑問にも感じないでしょう。

そのため、この疑問に気づくのはとてもすごいことなのです。

もしお子様がこの疑問を持つようなら、勉強のセンスがある証拠です。

大いに褒めてあげて下さい(^^)

さて、虹が7色というのは日本の話であって、世界の標準では7色ではありません

アメリカは6色、ドイツは5色、アフリカでは2色という所もあります。

日本は色に対する感性が豊かなため、色の数はどこよりも多いと言われています。

そしてその7色は、

赤・橙・黄・緑・青・藍・紫

となっています。

受験で問われることが多いのは、赤と青。

この二色さえ押さえておけば、あとはちょっと考えれば導くことができます。

何でもかんでも暗記せずに、しっかり考えられる子にしたい所ですね。

暗記に限界を感じているようならファイへご連絡下さい。

ファイではこのように子どもの興味を基に、原理原則から徹底して指導しているため、丸暗記しなくてもどんどん頭に入っていきますよ(^^)/

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学習法診断士。東京、千葉、埼玉を中心に独自の教育論、常識外れの教育手法を用いて大手進学塾や個別指導塾、家庭教師といった教育機関で多数のミラクルと言われるような合格を打ち出す。2013年に株式会社学習法指導塾PHIを設立し、子供たちへ勉強のやり方の指導を始め、親への接し方の指導、セミナー活動、高校や大学での指導、塾や学校の先生などの教育者に対する指導、動物介在教育など多岐にわたって教育業に携わる。

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