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光の実験①ピンホールカメラからカメラ・望遠鏡の製作
この実験は、ピンホールカメラ、カメラ、望遠鏡と3つの実験を一コマで行います。生徒は、ぼんやりとしか映らない像がはっきりし、さらに遠く のものまで見ることができる。自作することで科学の進化を体感できます。ぜひ、レンズの発達の歴史や、顕微鏡までふれてください。
ウィキペディアより
実験１：ピンホールカメラを作ろう
材料：直径の違う筒（アルミホイルなどの筒）2本 トレーシングペーパー黒画用紙、凸レンズ（焦点距離の違うもの2つナリカ 凸レンズセットなど）
写真のように、大きい直径の筒に画用紙をつけて、中心にピンホールを開けます。小さい方には、トレーシングペーパー、薬包紙など、後ろから透かして見ることのできる紙をつけます。この二つの筒を重ねて明るい窓の方を見ると、外の景色が映ります。たったこれだけでピンホールカメラの完成です。原理的にはどの位置でも像が見られるはずです。しかし、ピンホールの大きさによりピントの合う位置が決まります。これは光の干渉が原因です。
画像がよく見えないとき：色画用紙の穴を少し大きくします。光が多くなり画像が明るくなりますが、ぼやけた感じになります。ピントの合う深さLは直径D深さL可視光の波長をλとすると D=√2λL との関係が知られています。普通は直径0.5mm程度でよいかと思います。
実験２：カメラを作ろう
大きい筒の黒画用紙を外して、凸レンズをつけます。焦点距離は10㎝程度の短めの凸レンズが良いです。
すると、凸レンズによって、光が集められて、外部の景色が格段とはっきり写ります。先程の、カメラ・オブスキュラとの違いに驚きます。像のできる位置は凸レンズの実像のできる位置になります。（焦点距離の少し後ろ）
実験３：望遠鏡を作ろう
両方に凸レンズをつけて下さい。筒は可動するようにします。焦点距離の長いレンズを物体側にし、焦点距離の短い方から見ます。この時、できるだけ焦点距離の短いレンズを使うようにしてください。焦点距離の商が倍率になります。（30÷10＝3倍）このように、2つの焦点距離の割り算の形で倍率が決定します。
実験４：ピンホールカメラで写真を撮ろう
材料 クッキーなどの缶、アルミ缶、印画紙、現像液
図１ 図２ 図３
クッキーの缶に穴を開けます。
アルミ缶を2x3ｃｍ位に切り、中央にピンホールを（直径0.3mm程度）開けます。
クッキーの缶にピンホールを開けたアルミ板を付け、缶の中に印画紙を固定します
もちろん、印画紙をテープで付ける時は、暗室で行ってください。缶の周囲もビニールテープで目張りしてください。ピンホールにもテープで目張りをして下さい。後は、写したいものの前で、ピンホールの前のテープをはがすだけ。
ピンホールの大きさの目安
缶の深さが4ｃｍ以下 直径0.2ｍｍ
缶の深さが4~9 ｃｍ 0.3ｍｍ
缶の深さが9ｃｍ以上 0.4ｍｍ
ピンホールの大きさは、小さすぎると光が回折し、干渉した光で画像が乱れます。また、大きすぎると光が広がることによって、画像がピンボケします。深さと直系の関係は実験1の数式を参照してください。
また、わざとピンボケをさせたり、印画紙を反らせて入れたりすることで、色々な風合いを出すこともできます。
ビニールテープを開けて、露光する時間が非常に問題です。晴れた日なら30秒、曇りなら2分を目安に実際にやってみることが一番です。暗室や薬品が必要になりますので、科学部向きですかね。
関連ページ：光の実験はまだ導入されてから年数がそれほどたっていません。その為に実験自体が練りこまれていないのが事実です。関連ページをご覧になり、参考にできる実験をぜひご覧ください。