白い紙に油がしみると、その部分だけ向こう側が見えやすくなることがあります。紙がなくなって穴が開いたわけでも、繊維が透明な液体へ全部溶けたわけでもありません。紙のすき間に入ったものが変わり、光の進み方が変化したと考えます。
紙は細い繊維が重なったものです。乾いた紙では、繊維と空気の境界などで光がさまざまな方向へ散らされます。このため、向こうから来た光がそのまま像を保って届きにくくなります。油がすき間に入ると、繊維と周囲の光学的な違いが小さくなり、散乱が減る場合があります。
白く見えることと、光を全部止めることは違う
白い紙が白く見えるのは、表面や内部で光が散らされて目へ戻ることが関係します。だからといって、入った光がすべて反射しているわけではありません。紙の厚さや材料、照明の当て方によっては、乾いた紙でも裏が透けて見えます。
「透明」「半透明」「不透明」という分類を使うときも、どの程度像が見えるか、どれだけ光が通るかを分けて観察しましょう。明るさが通っていても、細い文字までくっきり読めるとは限りません。
図の左は空気を含む繊維のすき間、右はそこへ油が入った模型です。右でも繊維は残っています。線は光の経路の考え方を示すもので、実際の光の本数や透過率を表した図ではありません。
例題1 文字が見えたら、穴が開いた？
同じ紙の三つの区画A・B・Cを比べます。Aは乾いたまま、Bは少量の油をしみ込ませ、Cは小さく切り抜きました。裏から同じ文字を照らすと、BとCで文字が見えやすくなりました。この結果だけでBにも穴が開いたと言えますか。
答え・解説： 言えません。Bは繊維が残ったまま、光が散らされにくくなった可能性があります。Cは紙そのものを取り除いた条件です。似た見え方になったことと、同じ変化が起きたことは別です。拡大して繊維が連続しているかなどを調べると、説明を確かめられます。
結果だけを一列に並べるのではなく、加えた操作を表に残すと、違う原因を同じものとして扱いにくくなります。油の有無だけを比較したいなら、切り抜いた区画を対照にするのではなく、同じ紙を乾いたまま残した区画と比較します。
例題2 通った光の割合を比べる
説明用の測定で、紙がないときの受光量を100とします。乾いた紙では18、油をしみ込ませた同じ紙では54でした。油をしみ込ませた場合、受光量は乾いた紙の何倍ですか。また、光がすべて通ったと言えますか。
答え・解説： 54÷18＝3倍です。しかし、紙なしの100に対して54なので、すべて通ったとは言えません。乾いた紙を基準にした倍率と、紙がないときを基準にした割合は、違う比較です。受光器の位置や拾う光の範囲によって値が変わるため、この数字を紙の普遍的な性質として使うこともできません。
図の光線を三倍に描けばこの測定を再現できる、というわけでもありません。光線の模型と測定器の値には、それぞれ別の役割があります。図は仕組み、表は条件をそろえた比較を示します。
水を付けた場合も、乾く前後を分ける
水を含んだ紙も見え方が変わることがあります。ただし、紙の加工や厚さ、繊維の状態によって変化は異なります。「液体なら何でも同じ」とせず、何をどれだけしみ込ませたかを記録します。
時間がたつと水は蒸発します。一方、油のしみは同じ時間では残ることがあります。その違いを比較するなら、付けた直後と十分後のように時刻をそろえます。油を付けた直後の紙と、水を付けて乾いた後の紙では、液体の種類以外に残っている量も変わっています。
見え方を比べる実験のそろえ方
紙の種類、枚数、裏の文字、照明、見る位置を固定します。片方だけ明るい窓へ向け、もう片方は机の上に置いたのでは、紙の違いと照明の違いが混ざります。写真に撮る場合は、カメラが自動で明るさを変えることにも注意が必要です。
油は少量でも広がるため、机を保護し、火を近づけず観察します。加熱して透明にしようとする必要はありません。使った紙を食品や教材へ重ねず、片付けまで含めて準備しておきます。
紙が透ける現象は、「物が残っているか」と「光がどう進むか」を分ける練習になります。見えなくなったものが消えたとは限らず、見えやすくなった場所に穴があるとも限らない。光を調べるときは、材料の変化と光の経路の両方を確認しましょう。
裏の文字が読めるかを、同じ基準で試す
文字の代わりに太さの違う黒線を並べた台紙を使うと、どこまで見分けられるかを比べられます。明るい影が見えた段階と、二本の線を別々に読めた段階を分けて記録してください。観察する人に答えを先に教えると、ぼんやりした模様から知っている文字を推測してしまうこともあります。見え方の評価にも、判定基準をそろえる工夫が必要です。