虹の問題１ ：　虹の七色に入っているのはどっち？　　ａ） 藍色　　ｂ） 黄緑色
虹の問題２ ：　虹の七色に入っているのはどっち？　　ａ） 橙色　　ｂ） 桃色
虹の問題３ ：　虹の外側（ 上側 ）の色はどっち？　　ａ） 赤色　　ｂ） 紫色

　　　　　　　

　 直線 を軸にして、 上記の図形を半回転させたときの、 直線 の軌跡が虹だと考えてください。 直線 や 直線 は平行に届く太陽光線たちの一部を表しています。 点 は観察者です。 直線 は霧雨の水滴たちが作る屈折鏡です。直線 は地上の直線ではありません。

　 霧雨の水滴１個による光の屈折・反射のモデルを作ってみましょう。 平面鏡にニスを塗るのです。 ただしニスを均一の厚さで塗ってはいけません。 一方の端から他方の端へと次第に厚くなるように塗ってください。 また、 表面が平滑になるように塗ってください。 空中から二スの中に斜めに入ってきた光は屈折します。 それが鏡で反射され、 空中へ出て行くときに２度目の屈折をします。 多くの光の集まりである太陽光は屈折すると波長ごとに 分光 します。 下図のように一様な厚さでない物の中を通って反射しながら出てくる太陽光は、 光の屈折率の違いから、 同じように入射したとしても分光して異なる経路をとって出てくることになるのです。 また、 光が伝わるときに、（ その媒体ではないのですが、）伝わる２つの異なる物質の境界面では、 反射または屈折が起こっていて、 そのたびに同じ波長の光でも２つに分かれいろんな方向に伝わっていくようになります。 これを光の 散乱 と言います。

　　　

　　 波長の長さによって光の反射の向きは　　　　入射角が等しくても波長の短い光は
　変わらない。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　反射角が比較的小さい。


＜ 問題の答えと解説 ＞
　　　　　　１． ａ ）　　　　　　　　２． ａ ）　　　　　　　　３． ａ ）
　 虹のしくみを解明したニュートンの影響により、 虹は外側より順に、 赤、 橙、 黄、 緑、 青、 藍、 紫 とされましたが、 青 と 藍 とは区別しにくく、 また、 紫は薄くて見えにくいので、 青までの５色にしたほうが解りやすいかもしれません。 また、 紫は波長から言うと青に近いのですが、 青よりも赤に近い色であると認識されることが多く、 ６色（ 藍色なし ）のクレパスを渡して虹の絵を書いてくださいと言いますと、 赤の隣の一番外側に紫を持ってくる人が多く、 かつ、 外側から、 青、 緑、 黄、 橙、 赤、 紫 の順に描く人が結構多いようです。

　 水滴の前面から平行に入ってきた多くの波長の光で構成された太陽光たちのうち、 水滴によって光の入射方向と反対の方向へ散乱されるものを、 同じ波長の光を１つの集団としてみると、 結局は大まかにいうと、 対称的に真半分に切ると80度から84度くらいの中心角となるメガホーン（ コーン ）のような形になって広がっていきます。 虹はこの光を見ているのです。 そのとき、 波長の大きい赤い光の方が波長の短い青い光よりも大きく広がって行きます。 もちろん虹は霧雨の水滴１個による現象ではありません。したがって、 最初に示した図のように、 観察者からの距離がほぼ等しい水滴どうしを比べると、 霧雨の比較的上部の水滴からは赤い光を見、 霧雨の比較的下部の水滴からは青い光を見ることになります。 線ＡＢは水滴の軸ではありません。 観察者からの距離がほぼ等しい無数の水滴たちで作られるラインです。


　 ちなみに、 屈折率は、 真空中の光の速さを物質中の光の速さで割った値でもあります。 屈折のしくみは、 ホイヘンスの原理 で解明されます。 ホイヘンスの原理は、 なぜ波長の短い光ほど屈折率が大きいのかを説明することができますし、 また、 なぜ屈折率が光の速さの比で表されるのかも説明することができます。

　　　

　

　 真空中の光の速さを 、 物質中の光の速さ
を とし、 　　と
します。　 　
　　　　

　

　 波長の短い光ほど屈折率が大きいのです。 それは、 波長の短い光ほど、 ガラスや水の中では伝わる速さが遅くなるためです。 その理由は、 原子に邪魔をされやすいためで、 音などの振動が媒体の違いによって伝わる速さが異なるのとは仕組みが違います。