中学受験理科｜青写真はどこが青くなる？｜光を遮る部分と水洗い

光が当たった部分を、最後の色で読む

青写真の一種であるサイアノタイプは、光に反応する鉄の化合物を利用して青い像を作ります。感光した紙などの上へ物を置いて光を当て、水で洗うと、光を遮った部分と通した部分の違いが図柄になります。置いた葉が緑だから緑に写るわけではありません。色の印刷というより、光の通り道を記録する仕組みとして捉えましょう。

基本的な模型では、光が届いた部分に青い像が残り、完全に遮った部分は白く残ります。紙の上に黒い星形を置いた場合、仕上がりは青い背景の中に白い星です。「黒い物を置いたから黒い星」と答えないことが大切です。撮影、感光、洗浄を一続きの操作として読むと、途中の見た目だけに引っ張られなくなります。

遮光する配置と仕上がりを対応させる。数値のある図は本文の例題模型です。

透明な物も同じとは限らない

透明に見える板でも、すべての光を同じ割合で通すとは限りません。サイアノタイプは紫外線に関係するため、人の目で明るく見えることだけでは感光の程度を決められません。同じ厚さの二種類の板を比較するなら、同じ紙、同じ光源、同じ時間、同じ洗い方にそろえます。異なる日の太陽光を使った写真を、板の違いだけの結果と扱わないでください。

葉にも厚い部分と薄い部分があり、光の通し方が異なる可能性があります。輪郭がぼやけたときは、紙に密着していなかったことや、光の来る向きが変わったことも原因候補です。色の濃さをすべて葉の厚さへ結び付けるのは早すぎます。影の作られ方と化学変化の両方に目を向ける題材です。

例題1｜残る図柄を説明する

感光紙の中央へ、完全に光を遮る丸い板を密着させました。周囲には十分な光が当たり、所定の水洗いを行いました。この模型で青く残るのは中央と周囲のどちらですか。丸い板を外してから同じ時間光を当てた場合も、同じ結果になりますか。

答え・解説：青く残るのは周囲で、中央は白い丸になります。板を外した後にさらに光を当てれば、中央にも光が届くため、同じ白い丸が残るという条件ではなくなります。板を置いた位置だけでなく、置いたままにしていた時間を読む必要があります。時間の順序を変えると、同じ道具でも結果が変わることが分かります。

例題2｜同じ量の光にする時間

考察用の模型で、感光に働く光の量は「光の強さ×時間」で決まり、この範囲では同じ量なら同じ変化になるとします。強さ6単位を4分当てた条件と同じ量にするには、強さ3単位では何分必要ですか。実際の全条件でもこの規則が成り立つと断定できますか。

答え・解説：必要な量は6×4＝24単位・分なので、24÷3＝8分です。これは与えられた模型の範囲での計算です。実際には材料の反応や処理条件が関係するため、極端に弱い光を長時間当てても必ず同じになるとは限りません。例題で与えた比例関係と、現実全体へ広げた主張を分けます。

洗う工程を省くと比較がずれる

水洗いは、ただ紙をぬらす飾りの工程ではありません。反応していない成分を除き、像を仕上げる働きがあります。片方だけ洗い方が違えば、光の条件の差を正しく比べられなくなります。完成直後と乾燥後でも見た目が変わることがあるため、観察する時点もそろえて記録するとよいでしょう。

記事の図は配置を説明する編集模型であり、実際に取得した写真ではありません。図を読む練習では、遮る物を黒、完成像を青と白に分けて描き、操作前と操作後を取り違えないようにします。中学入試で初めての感光材料が出ても、何色になるかを知識だけで当てる必要はありません。問題文に示された反応の条件と、光を通す範囲を重ねれば判断できます。

影の縁がぼける二つの経路

遮光板が紙から少し浮いていると、光源の位置によって影が横へずれます。広がりのある光源なら、縁の一部へ届く光と届かない光が重なり、境界がぼやけることもあります。だから青い輪郭のぼけを、紙の薬品が横に広がった証拠だと即断することはできません。化学反応の題材にも、光が直進するという物理の条件が入っています。板を密着させた場合と浮かせた場合を、同じ光で比較すれば、配置の効果を切り分ける助けになります。

透明なフィルムに細い黒線を描いて使った場合、その黒線は紙の上では白い線として残る模型になります。一方、線の間の透明部分が感光に働く光を十分通さなければ、背景の青も弱くなる可能性があります。線の色と支持材の性質は別々です。フィルムを使わず線だけの影を置いた結果と比べる場合には、支持材の吸収も考えなければなりません。肉眼で透明なことを、紫外線まで完全に通す条件とみなさないでください。

水洗い後の図柄を上下左右反転するかどうかは、物体の置き方や、どちら側から見ているかによって決まります。ピンホールカメラのように光が一点を通って交差する配置ではないので、必ず倒立像になるという規則は使えません。紙の上へ手を置いた影なら、手と同じ位置に白い形ができます。化学的な色の反転と、幾何学的な上下の反転はまったく別の意味です。「反転」という言葉だけでまとめず、白黒が入れ替わったのか、左右が入れ替わったのかを具体的に書く習慣を付けましょう。この区別ができれば、複数の図を順に操作する問題でも追跡しやすくなります。