虹ゅう丸(にじゅうまる)

上の写真は8月20日の大谷中学校・高等学校であった「サイエンス・フェスタ」での様子。
プログラムは「虹ゅう丸(にじゅうまる)」というもので、太陽光線が箱の中にあるCD-ROMに反射してきれいな丸い虹が写っている。
虹が二重に見えるので「虹ゅう丸」(にじゅうまる)と名付けているのがたいへんおもしろかった。

家に帰って家にあるダンボールで写真のような装置をつくってみたがだめだった。
虹が映るには映るが、上の写真のようにはっきりとしたきれいな虹にならない。
ぼやけた、そして大きな虹になり、二重の虹になっているのかどうかも判別できない。

「サイエンス・フェスタ」のホームページを調べ、この「虹ゅう丸」のことが乗っていないかを調べることにした。

https://www.pesj-bkk.jp/OSF/websf.php?memo=frompagelink&page=6&tag=all-2023

そこに「虹ゅう丸」のガイドブックが載せられていた。
しかしそこには箱の大きさや、太陽光線を取り込む穴の大きさ、CD-ROMをどのへんに置くのかなどの記載はなかった。
そこでガイドブックに書かれていた連絡先にメールを送って教えてもらうことにした。

しばらくして大商学園高等学校の科学研究部から詳細なお返事を頂いた。
それを元にして作ったのがこれ。

箱の中に光が入らないように、段ボール箱のフタの部分を使ってヒサシのようになるようにしている。

虹が映る部分の大きさは 縦 X 横=49X49(cm)
なるように大きめの段ボール箱を細工した。
*完成した段ボール箱は 49X49X29(cm)

太陽光線が入る穴は 6センチ、8センチ、10センチと試してみたが8センチが映る虹の大きさが適当に思えた。

CD-ROMと太陽光線の入る穴との距離・長さは、
科学研究部からの資料によると23センチから27センチぐらい。
私の用意したダンボールは29センチだったので、高さ4センチの小さな段ボール箱を用意してその上にCDを置くことにした。

最初は家にあったDVDをつかったが、どうもぼやけた感じになる。 科学研究部のアドバイスで、ダイソーで買った2枚110円の CD-ROM を使うと、写真のようにきれいな虹が投影された。またスクリーになる部分を白い紙にしたのも科学研究部のアドバイスである。私はついでに黒い画用紙をダンボール箱の内部をはることにした。
(おかげで写真写りの良い二重の虹の写真が取れた・・・と思う)

どうしてCDに太陽光線が反射して虹が見えるのか?
この理屈は私にはむずかしい。光の回折と干渉の結果ということだ。
サイフェンス・フェスタのホームページから説明の部分を引用すると、

https://www.pesj-bkk.jp/OSF/pdfdoc.php?gbsr=&memo=sam_regular&id=34eKEGWfFq

説明の部分を引用すると、 「太陽の光は色がついていないように見えますが、実はたくさんの色が混じっています。
CDの裏面には細かい凸凹が渦巻き状に並んでいて、光が当たると色分けします。
CDの凸凹は内側と外側に光を色分けしながら反射するので、丸い虹が2重に見えます。・・・後略・・・・」

光の干渉と回折、高校のときに習ったなあと思いながらこの説明を読む。

この実験には続きがある。 CDの半分を写真のようにモノで隠すとどうなるか?
なんと大きな半円と小さな半円が映る。
これは上の説明図のCDを半分隠した場合を考えると、説明にあるように反射が大きい円と小さい円にわかれているので、半分ずつになると考えればいいのだと思う。

外で写真を取っていると、近所の小学生が興味津々に見ている。
虹が写っているのを見て、びっくりしている。
大人の人が「何をしているのですか?」と尋ねられる。
「虹の実験です・・・」

ちょっと面白い体験だった。

この「虹ゅう丸」作成のために詳しいデータを送っていただいた大商学園高等学校の科学研究部にお礼を申し上げます。ありがとうございました。