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灯台のレンズの働き [2007年10月17日(Wed)]
灯台の光は航行する船舶のために何キロメートルも離れたところからでも見える強い光を出しています。その光の元は10ワットから1000ワットくらいの電球です。
一般家庭の電球は、40ワットから100ワットくらいですが、その光は何キロメートルも先からは見えません。
内径500ミリ、高さ722ミリの灯台用のレンズを使って100ワットの電球を点けると、約12海里(約22キロメートル)も届きます。
ただし、灯台の建っている高さによっては、地球が丸いので水平線より先では見えないこともあります。

どうしてそんなに届くのでしょうか。それは、レンズで光を集めて出しているからです。
光はさえぎるものがなく、むらのないところではまっすぐに進みます。ところが空気とガラスなど性質の違うものの境目で、光が斜めに差し込むときは折れ曲がる性質があります。
この現象を屈折といいます。また屈折とは違う仕組みで光が折れ曲がることがあります。この現象を反射(折射)といいます。
レンズの作用は、右上の図にように電球から出た光を水平方向に屈折して出すようになっています。

灯台のレンズを1枚のレンズで作ると非常に大きくなってしまい、重たくなりますので、真ん中の図のように必要な部分だけを組み合わせて作られています。
このように組み合わされたレンズを発明者の名前をとってフレネルレンズといいます。
フレネルレンズの構造を下の図に示していますが、このレンズは凸レンズの性質を失うことなく、少量のガラス素材を用いて作ることができますので、レンズを通るときの損失も少なく、経済的になっています。

中央部が屈折レンズ、上下が反射レンズとなっており、光源から出た光はレンズを通ることにより平行光線となって前方に出されます。
このように灯台に使われている光源は小さくても集められた光は非常に強いものとなります。
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