光はまっすぐ、音はふるえから―光と音の性質を観察しよう

暗い場所で懐中電灯をつけると、光は向けた先を明るくします。定規を机のはしから出してはじくと、定規がふるえ、音が聞こえます。光と音はどちらも目や耳で気づけますが、性質は同じではありません。光は光源からまっすぐ進み、鏡ではね返ります。音は物が細かく行ったり来たりする振動から生まれ、その振動がまわりへ伝わります。この記事では、二つを混ぜずに観察する方法と、ゲームの操作が実際の性質をどう表しているかをやさしく説明します。

対象: 小学3年生 / 学び: 理科・エネルギー・光と音の性質

光は光源からまっすぐ進む

自分で光を出す物を光源といいます。太陽、電球、懐中電灯などが光源です。暗い部屋で懐中電灯をつけ、少しはなれた白い紙へ向けると、紙に明るい所ができます。光源と明るい所の間に厚紙を置くと、光がさえぎられて影ができます。このことから、光が懐中電灯から紙までまっすぐ進んだと考えられます。光はどこでも目で見えるわけではありませんが、うすい煙や細かい水のつぶがあると、光の通り道が見えることがあります。太陽や強いライトを直接見たり、人の目へ懐中電灯を向けたりせず、安全な明るさと向きで観察しましょう。

鏡で光の向きを変えられる

光が鏡に当たり、はね返ることを反射といいます。日光を鏡に当てて壁へ向けると、壁に明るい所ができます。鏡を少し動かすと、明るい所も別の場所へ動きます。これは光が鏡の中を自由に曲がって進んだのではなく、鏡の表面で向きを変え、その後もまっすぐ進んだからです。つるつるした金属や水面でも光は反射しますが、表面の様子によって見え方は変わります。実験するときは、反射した日光を人、動物、車、飛行機などへ向けないことが大切です。鏡の角度と明るい所の位置を一つずつ記録すると、光の道筋を比べやすくなります。

音を出す物は細かくふるえている

物が行ったり来たりする細かな動きを振動といいます。机から少し出した定規をはじくと、定規の先が上下にふるえ、音がします。指で定規を押さえて振動を止めると、音も止まります。たいこでは膜、ギターでは弦、音さでは二本の細い部分が振動します。その振動がまわりの空気をふるわせ、空気の振動が次々に伝わって耳へ届くと、音として感じます。音が大きいときは、音を出す物の振動も大きいことが多くあります。ただし、大きな音を耳の近くで出す必要はありません。目で動きを観察したり、紙や水の動きで振動を確かめたりできます。

ゲームの中ではどう確かめる？

ゲームの光の場面では、ランプの向きを変えても光線はいつも一本の直線として伸びます。しるしを集めるには、光源としるしを同じ直線上にそろえる必要があり、光の進み方を操作で確かめられます。音の場面では、音を出している物だけが左右に細かく動き、まわりへ波の輪を広げます。その物を見分けて長押しすると振動の標本を採集できます。波の輪は振動がまわりへ伝わることを分かりやすくした表現で、実際の空気が色の付いた輪として見えるわけではありません。ゲームの後は、定規や輪ゴムなど安全な物で、振動と音が始まったり止まったりする様子を比べてみましょう。

身近な例で考えてみよう

• 懐中電灯と白い紙の間に厚紙を置くと紙が暗くなり、厚紙の後ろに光が届きにくいことから、光がまっすぐ進む道筋を考えられます。
• 鏡の向きを少しずつ変えると壁の明るい所が動くことから、鏡で反射した後の光も向いた方向へまっすぐ進むと分かります。
• 机から出した定規をはじき、音がしている間と指で止めた後を比べると、振動している間に音が出ていることを観察できます。

よくある間違いと覚え方

• 光は明るい所に向かって勝手に曲がると思いやすいですが、光源から出た光はまっすぐ進みます。鏡では表面で反射して向きが変わります。
• 音は耳の中だけで生まれると思うことがあります。実際には音源が振動し、その振動が空気などを通って耳へ届きます。
• 大きな音を出さないと振動を調べられないと思いがちです。定規や輪ゴムを小さく鳴らし、目で動きを見たり、そっと触れて確かめたりできます。

保護者の方へ

ご家庭では、強い光や大きな音を使わなくても観察できます。懐中電灯は人の目へ向けず白い壁や紙を照らし、音は机から少し出した定規や輪ゴムを小さく鳴らして、音がしている時と止めた時の動きを比べてください。「何が変わった？」「音が止まった時、ふるえはどうなった？」と事実を言葉にする声かけが、光の道筋と音の振動を分けて考える助けになります。

ミニ問題

ゲームで確かめてみよう

ここまでの内容を、実際に「光はどこへ、音はどこから？」を操作しながら確かめてみましょう。

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