大阪市立科学館研究報告 23, 65 - 68 (2013) サイエンスショー「光のヒ・ミ・ツ」実施報告 小野 昌弘 ＊ 概 要 2012 年 9 月～12 月 において、光の 3 原色やその補色そして、ナトリウム灯下での色彩の確認等、光 に関 するサイエンスショーを実 施 した。ここではその内容について報告する。 １．はじめに テレビの番組でよねむらでんじろう氏が紹介していた 当館では、これまで光 に関 するサイエンスショーとし 実 験を垂 直 方 向に 起こし、見 学 者が 現 象を確 認 しや てスペクトルに関して実 験を行ったものや、偏 光をテー すいようにした。なお、このＣＤ 回 転による 展 示 製 作も マに実 験 を行ったもの、また化 学 発 光について実験を 行ったが、これは、別稿に譲る。 行 ったもの があった。しか し、 光 に 関 する 基 礎 的 な R （赤）G(緑)B(青)の実 験について紹 介することがなかっ ２－２．ナトリウム灯の光 たので、 本 実 験 で 取 り 上 げ、 光 の 色 の 紹 介 並 びに 人 低圧ナトリウム灯の単色光下では、周りの色がどのよ 間の目の補色に関する話題 提供を約 30 分の演示実 うに観 察できるのかを紹 介する実 験。オレンジ色の 光 験で行った。 が CD 盤で分光されず、単色光であることを確認したり、 通常のカラー写真が、白黒のような写真になることを確 ２．実験項目 認した。見学者に示したものは、色鉛筆をたくさん並べ ２-１．CD 盤の回転による立体 虹の観察 た写真と野菜や果物の写真である。このうち野菜や果 CD の表面に光を当てると虹が観察できるが、CD の 反射面を上にして、直径 60 ㎝の板に多数 貼り付けた 物の写真は、本物とは色を異なるものを用意し、ナトリ ウム灯下では、色の区別がつかないことも確認した。 ものを回 転 盤 に 取 り 付 け、 回 転 させる。そ こに 懐 中 電 灯の光を当てると立体的な虹が見えるようになる。 ２－３．RGB による光の色の合成 当 館で使 用していたプラネタリウム 用スライドプロジ ェクタ（ＥＬＭＯ omunigraphic 301 100Ｖ－300Ｗ）を３ 写 真 １．CD の回 転 盤 写 真 ２．使 用 したプロジェクタ 本 機 ３台でＲＧＢ 光 を映した * 大 阪 市 立 科 学 館 企 画 広 報 グループ 台用意し、それぞれに赤、青、緑のカラーセロファンを 小野 昌弘 フィルムマウントに挟み込んだものをセットし、白い壁面 にＲＧＢの各色を投 射できるようにした。 そして、R+G、G+B、B+R、R+G+B の光の色の足し算で どのような色 ができるのかを観 察 した。また、G の光を 暗くすることで、R と合わせた時 にどのような色 変化が 起きるのかも確認した。 ２－４．RGB の光の下での影の色 RGB 混色の実 験から、その光を利 用して、色付きの 影が 観 察 できる実 験 。プロジェクター１ 台 につき、１色 の光 を出 していることを利 用 して、その光 を当 てたとこ ろにできる影の 色を確 認 する 実 験 を行 った。まず、 太 写 真 ３．使 用 し たひまわりの写 真 。もともとはカラー画 像 のもの 陽 光 や 白 熱 灯 、 蛍 光 灯 下 で の 影 は 黒 である ことを確 をパソコンの画 像 ソフトで、白 黒 にしたものとネガ 変 換 にしたも 認 し、プロジェクターから出 るＲＧＢそれぞれの単 色 光 のを用 意 した。まず、ネガ 画 像 を 10 秒 程 度 見 た後、白 黒 のひ でできる影も黒であることを確認した。 まわり画 像 を見ると、白 黒 画 像 が一 瞬 カラーに見える。 次にＲ＋Ｂなどの光 を当 ててできたＭ(マゼンタ)の部 する CD で作られた虹を観察するとき、人間の目の視 分には赤 と青 の 影 ができることを紹 介 した。またＧ＋Ｂ 差から、立体的に見えるようになる。そのため、片目で の光を当てたＣ(シアン)の部 分には緑と青の影、そして 確認した場合には、この虹はあまり立体的には見 えな Ｇ＋Ｒの 光 を当 てたＹ（イエロー）の 部 分 には、 緑と赤 い。 のが下ができることを示した。そして、最 後にＲＧＢの光 また、 円 盤の 回 転 速 度 で 虹の 形 状が 変 わったり、CD が当たってできている白 色の部 分では、Ｍ、Ｃ、Ｙの影 にあてる光を点滅させるなどすると、確認できる立体虹 ができることを紹介した。 の形状が変わってくる。 本 実 験 では、 まず一 般 的 な光 には、 様 々な色 が 含 ま ２－５．補色実験① 人間の目は、RGB の光 を受ける細 胞 を持 っており、 特 定 の 光 を見 続 けた後 には、その 光 の 色 を差 し引 い れていることを示した。そして、この立体 虹を紹 介する ことで、本実験への興味関心の動機づけを強めるもの とした。 た補色が見えることを確 認する実 験。部 屋を暗くして、 白 い壁 にプロジェク ターから 赤 色 の 光 を写 し、 赤 色 を 消して、部屋を明るくすると、赤 色 の光 が写 っていたと ころに、水色から青色の影のようなものが見える実験。 ３－２．ナトリウム灯の光 低圧ナトリウムから発せられる波長、５８９.６nm と ５８９.０nm は、人間の目には、同一のオレンジ色にしか 見えず、回折格子などを利用しなければ、その区 別は ２－６．補色実験② つかない。しか しほかの 波 長の 光 がないために、そ の カラー写真のネガ状態のものと、白 黒写 真を用 意し、 波長で照らされた物体は、そのオレンジ色を反射 する ネガ状 態 の 写 真 を見 続 け た後 に 白 黒 写 真 を見る こと か 吸 収 するか の 状 態 で、 明る くなるか 黒 くなるかの 色 で、白 黒 写 真 が カラ ー 写 真 に 見 える 実 験 。 本 実 験 で 彩に なる。その ため、 一 般 的 な蛍 光 灯 や白 熱 灯 下 の は、ひまわりの写真(写真３)を利 用して行った。 色はできず、カラフルな色を確 認することができない。 本実験では、まずパネルとして準備したひまわりのネガ これは、本 実 験の 前に行 った一 般 的な光の 中には 写真と、白 黒 写 真を利 用して行 った。ここで、特トリック 様々な色が 含まれていることを逆説 的に 示すことがで ももなく、見学者の目の作 用によって、色がついて見え きる実験である。 ることを確 認 した。そしてそのあとにプロジェクタから同 様の写真を使って、現 象を再 確 認した。プロジェクタか ３－３．ＲＧＢが作る色 らは強い光で映像が出ているため、この補色 確認の現 プロジェクタから映し出される、ＲＧＢの色の混合を行 う 象がより鮮 明になった。 ことで、どのような色が作ることができるかを確認したが、 小学生は、絵の具などで色の混合を行うことから、そこ ３．解説 から合成色の予想を行っていた。そして、人間の目は、 ３-１．CD 盤の回転による立体 虹の観察 この３色があれば、その光の強弱によってさまざまな色 CD はその表面 記録 面の形 状から入射 光を分 光し、 を認識できることを解説した。そしてこの場合、絵 の具 虹（スペクトル）を確 認することができる。円 盤 状で回転 など、 色 素 の 合 成 とは 異 なり、 ＲＧＢ が 混 ざる ことで 白 色ができることを解 説した。 の影ができる。このＭＣＹの影ができる理 由は、２色 の 場合と同じで、当ててある光の色のうち１色が当たらな ３－４． いためである。見 学 者にとっては、ほとんど見 たことの ここでできた赤や緑、青の影は、異なる角 度から出て ない現象であること、また、色の組み合わせを変えるこ いるそれぞれの光 の色 が混 ざった部 分 に、影 ができる とで 次にどの よう な結 果が 出 るかを予 想 する 楽 しみを 物 体 をおいて、その物 体 がどの 光 を遮 っているかで、 喚起できる実験となった。 影に色がついたように見えるものである。具 体 的には、 ３－５．補色の実験① Ｒ＋ＢでＭの光ができているところに、影 を作 る物体を ３－４の実験で、白色光から、ある１色が抜けた場合 当てると、物体がＲの光を遮 った場 合には、ＭからＲの に、その残った色が補色となるということを解説し、それ 色を差し引いたＢの影ができる。逆に言えば、Ｂの光が を踏 まえたうえで、プロジェクタから 出した赤い光 を見 当たっている場所の一 部 分にＲの光が当たっていない 続けた後に、赤い光を消すと同 時に 会場のやや黄 色 味が 強いハロゲン 球による 白 色 光を出した。なお、赤 い光を出した場所を集中してみてもらうために、その光 の当たっている中心に１㎝ほどの黒いマークを付けると 見学者が集中して見やすくなる。 この 時、 人 間 の 目の Ｒに 反 応 する 視 細 胞 が 一 瞬そ の 働きを弱 め、そのほかのＧ，Ｂに反 応する 視 細 胞 だけ が働くことで、緑から青色の残像が見えるようになる。 ３－６．補色の実験② 引き続き行った補色の実験では、単に光を観察する だけでなく、写真を利用してその確認を行った。 写 真 ４．２色 の光 の混 合 の場 合 。左 右 から、ＲとＢ の光 を当て て真 ん 中 部 分 がＭ となってい る。 光 の 手 前 に 物 体 を 置 くと、 その物 体 がＲもし くは、Ｂ の光 を遮 り、Ｍ部 分 に 色 付 きの影 を 作 る。Ｒ が 遮 ら れた ときは、 青 色 の 影 、Ｂ が 遮 ら れたと きは 赤 色 の影 となる。 用意したものは、数種 類あるが、形 状がはっきりして いて、そのもとの状態の色が誰でも知っているものが、 初めてこの 実 験を行う 見 学 者にとって見やすいものと なる。今回 用 意したものでは、以下のものが反 応 が大 きかった。 ・ひまわり：その形状から、ひまわりとすぐ分かり、花弁 の黄色、葉の緑色が容易に思い浮かべら れる。 ・甲 子園 球 場 風 景：野 球 場の 風景ということが 一 目で 分かり、外野からバックボード、そして芝生 の色が容易に思い浮かべることができる。 逆に、お弁 当の写 真を提示しても、それなりに反応は あったが、お弁当のおかずの一つ一つが何かわからな いことや、 元の 色 が 分からないため、 単に 色が 変 わっ たというような反応が多かった。 写 真 ５ ． ３ 色 混 合 の 場 合 。 人 の 絵 の 後 ろ の 影 が 、 左 からＹ 、 Ｍ、Ｃとなる。いずれも背 景 となる白 色 光 から、何 色 の光 が当 たっていないかで決 まる。 ため、そこだけ、Ｂの影 ができたように見 え、周 りはＲ＋ ＢのＭになっているものである。 そして、他の２色の混 合でも同 様の現 象が起きるが、 ３色の光が当たったところで同じことを行うと、Ｍ、Ｃ、Ｙ ４．まとめ ４－１．ショーの構成について 本サイエンスショーの流れとして、 ① 一般的な光に様々な色の光が混ざっていることの 紹介。 ② その光があることで、周りの物のいろいろな色を確 認できること。また、単 色 光では、色が 分からなく なることの紹介。 ③ 原理的には、ＲＢＧの光があれば、様々な色の光 小野 昌弘 ＲＧＢの光の混色の実験や、その影を確認する実 験の 展示品は、全国の科学館によく見られる。しかし、これ ら展示は、残念ながら、見学 者の興 味を引く力が弱く、 実験を行っても知的な感動を起こすものがない。 これは、この現象が「当たり前」「だから何？」とみられる ことが多く、現象が単に確認できるだけでは、人の心は 動かないという例でもある。今回のサイエンスショーは、 近年まれにみる盛り上がりを見たが、事前には、そこま で盛り上がることは予想することができなかった。しかし 本サイエンスショーのように、実験を行う前の問題の提 示 の 仕 方 、 また実 験 で 何 が 起 き ているの かの 確 認 や 提示、そしてその現象に対峙している人の意識を動か 写 真 ６． 外 野 芝 生 の緑 色 、また、スタンド前 の壁 の 緑 色 や す働きかけを行う人の介在が必要ということが分かる。 夕 暮 れ時 の空 の色 が確 認 しやすい写 真 ４－３．その他 ① 本実験では、当館のミュージアムショップで販売 する商品として以下の２点のものを開発した。 ◆光の三原色確認キット(５００円) １００円ショップ等で販売しているＬＥＤランプ３ 点とＲＧＢのセロファンをセットにしたもの。光 の３ 原 色 の 実 験 の 行 い方 と、 色 付 き の 影 の 作り方の解説シート付。 限定８０セットほど準備したが、本サイエンスショー 開 始から２ 週 間で完 売 してしまうほどの 人 気 だっ た。 写 真 ７．お弁 当 の 写 真 。もとの 食 材 が 何 か わからない た ◆ひまわりのネガ-白黒はがき (１枚５０円) め、単 に色 が変 わったという認 識 しか起こらない。 補色の実験を行うための絵ハガキ。こちらも好 調 が作れること。 に売れた商品である。 ④ 補色のしくみ、それを確認する自分の視 覚を利用 した体験実験。 ② テレビ番組での取り上げ という流 れを作 ることで、光 の 色 の 基 礎 的 な内 容を見 テレビ大阪で放映されている「かがく de ムチャミ 学者に紹介することができた。 タス」という番組で、今回のサイエンスショーで作 一つ前 の実 験が、次の実 験 の布 石になっており、新し 成したＣＤ回転装置の実験と、ＲＧＢの光の下で い現 象 がその 前の 確 認 に もなっている。この 流れが、 の 影の 実 験 で 取 り 上 げてもら い、 実 験 の 紹 介 と 見 学 者 に対して、科 学 的 な思 考 を巡らせることに効果 解説をさせていただくことができた。 的で、「科学」を楽しめる時間を作れたようである。 特にＲＧＢの光の混 色、そしてそこにできる影の確認 ５．謝辞 を行う 実験 以 降は、一 つ 一 つ 丁 寧 に行 うことで、次に 本実験を開発実施するにあたっては、光の３原色の 予想されることと、その結 果 の違 いから、どうしてそうな 実験法や補色の実験の行い方を月僧氏から教えてい るのか、なぜ予 想 が違 うのか、また当 たったのかなど、 ただきました。また演示に関してのポイントや流れにつ 見学 者 各 人の思 考 レベルに合 わせて、本 実 験を楽し いて、当館の斎藤学芸課 長から助言していただきまし んでもらうことができた。 た。また、ナトリウム灯の製作やナトリウム灯下で確認す 実験内容としては、古 典 的なものばかりで特 に目新 る絵の作 成 を長 谷 川 学 芸 員にしていただきました。さ しいものはないが、その構 成 を丁 寧に作り込 むことで、 らにスケジュール管理等を岳川学 芸員にしていただき 見 学 者 に 光 の 色の 面 白 さや、その 中 の 科 学 を伝え ら ました。また、事前の公開実験等で様々な意見をいた れたためであろう。 だいた大倉学芸員や当館の科学デモンストレーターの 皆様にこの紙面をお借りして感謝申し上げます。 ４－２．ショーと展示
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