光の進み方と反射 ── 反射の法則と鏡の見え方

光の3つの大事な性質

光のふるまいは、大きく分けて3つの性質で説明できます。

光の直進と影

光がまっすぐ進むという性質は、影を見ればよく分かります。

• 光源（太陽・電球・ろうそく）から出た光が、不透明な物にぶつかると、その先に光が届かない場所ができる。これが 影。
• 影ができるためには、①光源 ②光をさえぎる物体 ③影が映るスクリーン（地面や壁）の3つが必要。
• 真っ暗な部屋では影は見えない。光が当たっているからこそ、光のない部分が「影」として浮かび上がる。光と影は対の関係。

太陽が低いとき（朝・夕方）に影が長くなるのも、光がまっすぐ進む証拠です。光源の位置と物体の位置を直線でつなぐと、ちょうど影の先端になります。

反射の法則

光が鏡や金属の面にあたって跳ね返るとき、その跳ね返り方には決まったルールがあります。これが 反射の法則 です。

鏡に映る像 ── 鏡の向こうにあるように見える

鏡をのぞくと、自分の顔が「鏡の向こう側」にあるように見えます。でも、実際にそこに自分はいません。なぜそう見えるのでしょうか。

答えは、光線の経路 にあります。物体（自分の顔）から出た光は、鏡で反射の法則にしたがって跳ね返り、目に入ります。ところが、私たちの脳は 「光はまっすぐ来た」 と思いこむクセがあります。だから、跳ね返る前の道すじを忘れて、目に入ってきた向きをそのまま延長した先に物があると感じてしまうのです。

その「感じてしまう位置」が、鏡の向こう側。これを 虚像（きょぞう） といいます。

光線の道すじを図で確かめる

図の右側を見ると、物体から鏡までの距離と、鏡から像までの距離が 同じ になっています。これは反射の法則から計算で導けることで、鏡の向こうに同じ大きさのものがあるように見えるのは、このしくみのためです。

全身を映すのに鏡はどれだけ必要？

意外な事実があります。全身を映すために必要な鏡の高さは、身長と同じ ではありません。

なぜでしょうか。反射の法則を使って考えます。

• 頭のてっぺんから出た光が、目に届くために鏡で反射する位置は、頭と目のちょうど真ん中の高さ。
• 同じように、足の先から出た光が目に届くために反射する位置は、足と目の真ん中の高さ。
• つまり、鏡に必要なのは「頭の半分くらいの高さ」から「足までの半分くらいの高さ」までの範囲。これは身長の ちょうど半分 になる。

鏡からどれだけ離れて立っても、この結論は変わりません。鏡を買うときの参考にもなる、入試にもよく出る話です。

乱反射 ── ふつうの物が見える理由

ここまで「鏡」の話をしてきましたが、私たちが本や机を見られるのも、実は反射のおかげです。ただし、鏡とは反射のしかたが違います。

乱反射のおかげで、私たちは どの角度から見ても その物を見ることができます。もし机がツルツルの鏡だったら、ある角度からしか机の表面が分からないでしょう。教室のどこに座っていても黒板の文字が読めるのは、黒板やチョークが乱反射しているからです。

逆に、夜の暗い部屋で本が読めないのは、本に光が当たっていないため反射する光がなく、目に届く光がないからです。「見える＝光が反射して目に届く」。これが見るという現象の正体です。

この章でつまずきやすいところ

まとめ

もっと知る ── 発展・実生活（出典つき）