子供から以下のような質問を受けました。
「どうして空気中の酸素や窒素は見えないの?」
「そりゃあ、すごく小さいからだろう。」
「すごく小さいといっても、空気中にはもういっぱああいあるわけでしょう。どんなに小さくても沢山集まれば見えてもいいと思うけど。」
「・・・・・・」
この質問にはどう答えたらいいのでしょうか?

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A 回答 (11件中1~10件)

>青いものが何故青く見えるのか、という点について別にご質問をさせてください。



 この質問につきましては ちょっと悩みました。
というのも、子供の頃読んだ本の中に「青く見えるものは、青い光を反射し、ほかの色は吸収する」とあったのを覚えていて、でも、光はエネルギーとするなら、「吸収」された光は、その物質に影響を与えてしまうなぁと、ふと考えたからです。

 「反射」「吸収」という言葉を、曖昧にとらえていないかと考えたりも…

ま、前置きはこれくらいにして…

 「光」は光速で進んでいます。
空気と水のある空間にレーザーを照射すると、屈折光と反射光に分離します。

「もの」に光が当たったときも、光は同じ運動をすると思われます。
即ち、光の成分として分離することなく、反射または、通過してしまう。

 ただ、分子は、固体、液体、気体の区別なく いろいろな運動をしています。(原子レベルの回転・収縮・振動、電子の運動、分子の運動 などなど)

 運動するためには、外界からエネルギーを加えられなければなりませんが、このエネルギーが「光」となります。

 物質により、どのエネルギーでどの運動を起こすか決まっています。
逆に言えば、物質により、特定のエネルギーの光が選別されてしまうことになります。
 選別されてしまった光は、ほかの光と違った動きをしたり、強度が変わったりします。

 ちょうどこれは、バネを押したとき(エネルギーを与える)、バネは縮み、バネを離す(エネルギーが解放)と、バネが復元(当時にものをはじき飛ばすエネルギーを出す)と似た現象だとおもいます。もっとも、この場合、バネ定数以上の加重が加えられるとエネルギーとして蓄積されるのに対し、物質の場合、固有波長のみが、必要とされるという部分は、異なるわけですが。

 この光が目に届き、可視領域の光が「色」として認識されると、考えられます。

物質にぶつかって、特定の波長が選別され、散乱すると、その色に、
物質にぶつかって、すべての波長が選別され、散乱すると「白」に、
すべての色が、選別されず、反射すると「黒」(散乱しないから、光が目に届かない)に、
すべての色が、選別されず、透過すると「透明」に、

見えることになるかと思います。
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お子さんが何歳なのかわかりませんが、「空気が見えたら邪魔だから」ではいかがでしょう?


窒素も酸素も、全ての波長域を素通しするわけではありません。吸収する波長域もあれば、反射する波長域もあります。
偶然か故意にかはわかりませんが、人間の目が窒素も酸素も素通しする波長域を選んだのでしょうね。
もし、窒素が吸収する波長域の目を持った生物がいたとしても、真っ暗闇で何も見えないのではないかと思います。
光にあふれている東京ならいざ知らず、太陽光しかないような大昔では、窒素に吸収されて地表に届く光はありませんでしょうから。
そうなると、大昔はいろいろな波長域の目を持った生き物が出現したが、結局生き残れなかったのではないかとも思えてきます。進化論に近い話になってしまいましたね。

透明なガラスが透明な空気中で見えるのは、屈折のおかげです。屈折のおかげで、反対方向から来る光が素通しにならないので、人間は、そこに物があることを認識します。
本当に空気と同じ屈折率の透明物体は、空気中では見つけることができないでしょうね。
やはり、下にも書かれているように、空気を見るのは、屈折率が違う水の中に泡として入れることが一番と思います。
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スペクトラムは日本語としておかしいようですね。

追記して墓穴をほってますね。
ごめんなさい。
(スペクトラムアナライザーの場合しかスペクトラムという
 表記をしないようです。おなじ、spectrumなんですけどね)

液体と期待の場合の色ですが、分子間力により液化している場合は
可視光ぐらいエネルギーが高いと吸収スペクトルはほとんど
分子間での光の吸収というよりは分子内での光の吸収になると思うのですが
いかがでしょうか?
(塩素や臭素よりも酸素の場合は色が薄いということですかね)
 
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
これは僕には難しくてよく理解できません。申し訳ありません。もっと勉強します。

お礼日時:2001/06/02 14:10

> 液体にするときれいなブルーなので、



液体や固体に色が付いているからと言って、気体の酸素も青色で
あると考えるのは危険でしょう。
同じ物質でも、通常、気体、液体、固体の色は異なりますからね。

> 1立方メートルの箱の中に4センチの分子が25個ある程度の密度

これも、だから見えないと言う答えにはならないでしょうね。
なぜなら、色の付いている気体(塩素や臭素)があるからです。

> 分子の吸収スペクトラム

スペクトラム??
スペクトルと同じですか?
これは、関係しているでしょう。

> 一般的な状態では、空気は、均一で、すべての光の成分を、等しく透過させます。

これと関連していますね。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
塩素や臭素が見える、という点は見落としていました。密度が低いから見えない、という理論はこれで論破されましたね。分子の数から言えば酸素より臭素(見える状態でも)などの方が少ないですよね。
やはりご指摘の「すべての光を透過」という点でしょうか?

お礼日時:2001/06/02 14:08

Hiramatuさんの回答を見てなるほど納得してしまいました。


酸素は青なんですね。

窒素が透明なので勘違いしていました。
ということで、No.3の回答(?)は
「分子の吸収スペクトラムと気体状態での散乱断面積を
 見てもらうしかないですね。」
と修正しないといけないんですね。

勉強になりました(再び失礼しました)。
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「すごく小さいといっても、空気中にはもういっぱああいあるわけでしょう。

どんなに小さくても沢山集まれば見えてもいいと思うけど。」
「たくさん集まってないからさ。たくさん集めると見えるようになるんだよ。」

こんなんでどうですか?
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
どの程度集めると見えるようになるのでしょうか?

お礼日時:2001/06/02 14:02

単純に、小さくてスカスカだから見えないのかなと思います。


酸素自体は、液体にするときれいなブルーなので、色がないわけではないような気もしますし。違うのかなぁ。

ちなみに、酸素や窒素の分子は1億倍にしても直径4センチ程度。密度はというと、1立方メートルの箱の中に4センチの分子が25個ある程度の密度です。ほとんどは、何にもない空っぽの部分です。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
僕も質問した後で計算してみようと思いました。
原子の大きさが約8から10オングストローム。これが6×10の23乗個(アボガドロ数)集まると1気圧で22.4リットルになる。これから逆算してどの程度詰まっているのか、という計算ですよね。
Hiramatuさんの計算で1立米に4センチの分子が25個なら見えてもいいような気がするなあ、、、

お礼日時:2001/06/02 14:01

 kajuramさんのかかれているとおり、ものを見るためには、「光」が必要です。



 光(厳密には「可視光」という見える光)の成分すべてが、あると無色、青色成分なら青、赤と緑が混じると黄色などに見えます。

 一般的な状態では、空気は、均一で、すべての光の成分を、等しく透過させます。(厳密には、赤外線吸収とかもありますが)
同じように水も光を透過させますが、空気中に細かな水滴を分散させると、波長によって微妙な屈折(曲がること)が起こり、虹ができます。
(波長の違いは「色」として認識されます)

 多くの固体では、光の吸収や反射が起こり、反射された光が色として認識されます。

 なので、プラスチックやダイヤモンドなども固体ですが、透明に見えます。

 即ち、そのものが、光(特に可視光)の吸収や反射の有無が、そのものの色となります。

 空気を通過した光が、水を経由すると、光は曲がりますが、これは、numa00さんのお書きの通り密度によるもので、空気の密度により曲がる現象として、「逃げ水」や「蜃気楼」などがあります。また、虫眼鏡なども身近な例です。

 また、宇宙から大気圏に光が入るときにも、この現象は見られ、エネルギーの高い青系成分は遠くに届き、昼間の空の色に、エネルギーの低い赤系成分は分散して、朝焼けや夕焼けとして確認できることになります。
 もっとも、紫外線などはより複雑なメカニズムとなりますが…
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
青いものが何故青く見えるのか、という点について別にご質問をさせてください。

お礼日時:2001/06/02 13:58

私なら、ガラスが見えないのと同じこと!説明するかも。


(酸素分子や窒素分子は透明な物質なんだよ!といういみですね)
(跳ね返されたり、散乱されないものは見えない・・・って、
 光がこないんだから当たり前です。)
でも説明が難しいので、納得はしてもらえないけど
有名な(?)理科の実験でごまかします。

本当にガラスは見えないかというと、
屈折率がちょっと空気と違うので見えるような気が
するのが普通だと思います。
そこで、本当に透明になることを実験で見てみます。

大きいビーカーと小さいビーカーを用意して、
小さいほうを大きいほうに入れます。
最初は大きいビーカーの中に
小さいビーカーがあるように確かに見えるのですが
これに、サラダオイルを注ぐと、あら不思議!!
ビーカーが見えなくなってしまいます。
色のついていないビー玉や砕いたガラスでも
同じだと思いますのでお試しください。
理由はガラスと油の屈折率が近いために、
光が屈折・散乱されないためです。
(以上、光が突き抜けてしまう
 =透明ということはどういうことか、
 という実験でした。)
そこで一言、
酸素分子や窒素分子は透明な物質なんだよ!
透明な同じような物質が続くと、境目がみえないんだよ。
(この逆は、水の中の空気ですね、水の中のの泡はみえるでしょ!)
(実は透明だから見えないといっているだけなんですが、
 感動して質問を忘れてくれることを期待します。
 酸素分子や窒素分子がどうして透明かしつこい場合には
 もう、光の吸収スペクトラムを見てもらうしかないですね。
 うそです。)

失礼しました。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
前の回答のお礼にも書きましたが、やはり「透明であること」と「見える、見えない」とは別次元のことに思えて仕方ありません。

お礼日時:2001/06/02 13:55

子供の純粋な疑問にはいつも驚かされますね。


まず、1つ1つの分子が見えないのは小さいからです。
これは、鉄焼きなども分子や原子からできているがそのつぶつぶが
見えないことと同じです。
では、なぜ空気(酸素や窒素の集まり)は鉄のかたまりなどとは違って
見えないのでしょう。

まず、ごまかしたような説明です。
物体の形が見えるのは、境目があるからです。
異なる環境が接しているからです。
だから、水中では空気の固まりは泡として見えますね。
周りと区別できるから見えると認識できるのです。

では、空気の中に鉄のかたまりがある場合、なぜ人は鉄が見えていると
思うのでしょうか?
それは、人の目の機能ですね。
可視光のすべての波長が目に入ったとき、人は透明であると感じます。
空気の分子は、通常、すべての光を等方的にうまく散乱します。
よって、空気の固まりに散乱された太陽光はすべての可視光波長を含みます。
しかし、鉄などは吸収してしまう波長があるために、選ばれた波長の可視光
のみが反射され、人の目に入ります。
これは色が付いて見えるのです。
だから、人は鉄の方が見えているというのです。

後半は難しくなってしまいましたかね??
この辺の説明は難しいですね。
誰か、うまく説明できないでしょうか??
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
物体の形が見えるのは境目があるからだ、というご指摘はなるほど、と思いました。
透明であることと見える、見えないとは別次元の問題だと思うのですが、、、、
ガラスのコップは透明だが見えます。空気が見えないのは透明とは関係ないと思うけど???
色の識別についても疑問があるのでこれは別の質問にしてご意見お聞きします。

お礼日時:2001/06/02 13:53

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地味に答えにくい質問です。歯切れが悪くて申し訳ありませんが「そういうケースもある」ぐらいでどうでしょうか。

まず「触って暖かく感じるのは、単純にその物の温度が高いから」という事もあるでしょう。同じ熱伝導率の物でも100℃の物と0℃の物なら100℃の物の方が触って暖かく感じます。当り前ですが。

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もちろん『セーター』の熱伝導率が低いため、人の体温が外気に奪われにくくなるので暖かいという事になります。また『ウール』自体の熱伝導率もそれなりに低いと思います。
ところが、実は『ウール』そのものよりもウールの間に捕らえられた『空気』の熱伝導率が低い事の方がセーターの暖かさの秘密だったりします。
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そういった事に注意しさえすれば、触ってみた感じから熱伝導率を大雑把に比べる事も出来るだろうと思います。

> ウールなど 触って暖かく感じるということは ウールは熱伝導率が低い 
> ということでいいのでしょうか、

地味に答えにくい質問です。歯切れが悪くて申し訳ありませんが「そういうケースもある」ぐらいでどうでしょうか。

まず「触って暖かく感じるのは、単純にその物の温度が高いから」という事もあるでしょう。同じ熱伝導率の物でも100℃の物と0℃の物なら100℃の物の方が触って暖かく感じます。当り前ですが。

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どうして見えないのでしょうか?
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見えない理由を教えてください。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

これは、とても良い質問ですね。
鋭い!


空気の分子の大きさは、たしかに0.1~1nmオーダーです。
それに光の矢が見事的中する確率は非常に少なそうです。

しかし!

私達の周りには、金属、プラスチック、木、コンクリート・・・・・・
これらの原子の大きさも、やはり0.1~1nmオーダーです。


じゃー、なんで見えるのでしょーか?


固体や液体は、空気に比べて大体1000倍の密度を持っています。
そして、それらの原子配列の間隔は、1~10nm程度です。

これでも説明がつきません。


じゃー、なんで見えるのでしょーか?!!!


正解は、「光が反射する」からです!

我々の目に見える物の反射には、私が思うに、大きく分けて3種類あります。


1.原子が光を受け、それをまた返してよこす

2.異なる物質同士の境目で反射

3.透明な物質であるはずなのに見える


以下、詳細説明。


1.
「原子が光を受け、それをまた返してよこす」
原子(の電子)が、光をいったん受け取り吸収し、それによって原子の状態が変わり、それが元通りに戻ろうとするときに、光を放出する。
(特に、金属については「ドルーデの法則」というのがあるそうだ。)
色のある物質については、その物質が、どの色の光を吸収するか、どの色の光を反射するかという性質によるものです。

身の回りにある、透明でない物質は、全て、これだと思って結構です。



2.
「異なる物質同士の境目で反射」
屈折率の異なる2つの物質が隣接しているとき、2つの物質の境界線で反射が起こる。

ガラスは透明ですよね?
しかし、ガラスの瓶は、我々の目には見えます。

米村でんじろう先生という方をご存知でしょうか?
先生が、昨年ぐらいにテレビでやっていた、興味深い実験があります。
それは、油を水槽一杯に溜めておき、その油の中にガラス瓶を入れると、ガラス瓶が消える!、というものでした。
油とガラスの屈折率の値は、非常に近く、したがって、油とガラスの境界では反射が起こりません。
ですから、水槽の中と一体のようになり、見えなくなるわけです。


3.
「透明な物質であるはずなのに見える」
透明な物質であっても、細かい粒々やデコボコがあると、鏡面のように単純な反射ではなく、光が散乱され、透明に見えなくなる。

曇りガラスは、ガラスでありながら、透明に見えません。
曇りガラスの表面は、ちょうど可視光線が散乱するのにちょうどよい小ささのデコボコになっているからです。
光は鏡面のように真っ直ぐ反射されず、様々な方向へ散らばります。
人間は、これを「白」と認識するのです。
(くもりガラスに水をかけると、透明になるのは、凹凸がなくなったのと似た状況になるからです)

白い紙もそうです。
紙の表面には小さい凹凸があります。ですから、鏡のような単純な反射でなく、あちこちに反射されるのです。
冬場のガラス窓の曇りも、全く同じことです。

クルマのフロントガラスの内側を拭くために「くもり止め一発」などのスプレーを使いますが、あれは界面活性剤でして、石鹸の仲間です。
一般に、水蒸気が水滴に戻るとき、「核」があると水滴になりやすくなります。核に水がくっ付くのです。
(飛行機雲は、この原理で発生するのです。)

界面活性剤入りのスプレー剤を使って、ガラス表面や鏡の表面を拭くと、核になる粒々(ほこりやタバコの煙など)をふき取る効果があるだけでなく、界面活性剤のガラスの濡れ性が強まり、細かい粒々の水滴が出来にくくなります。




では、なぜ空気が見えないか?

まず、氷は透明ですが、空気との屈折率の差によって、表面反射が起こり、それによって、氷の形(輪郭)は視認できます。

これを逆に考えましょう。

氷の中に閉じ込められた人間がいるとします。
氷の中の人間からは、氷は見えませんが、空気の輪郭は見えます!

さらに氷の表面をざらざらにします。
すると、氷の中の人間にとって、空気は白く見えます!


今度は、晴天の空を考えましょう。
太陽光のうち、上空の空気(粒子)で散乱されやすいのは紫・青で、残りの、若干黄色っぽいの光が地上に到達し、それが「太陽の丸い形」で見えます。
紫・青は、あちこちに散らばり、その結果、空全体が青く見えます。
つまり、「人間は、太陽光のスペクトルのうち青い成分を、上空大気という巨大スクリーンに投射するリアプロジェクションテレビで見ている」ということになります。


なお、
ご質問文にある
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についてですが、
これは今後、人類もしくは他の生物が突然変異・進化をしていったときに、X線を見ることができる生物が誕生するかもしれません。

そして、その生物がX線視認を強みにして、他の生物種との競合に勝てれば、存続するでしょう。

シャチやイルカが、人間が聞くことの出来ない周波数帯の音を聞けるのは、そのような機能を強みにして代々生き残ったということでしょう。


ただ、X線は、地球上の生物の柔らかいところは透過してしまうので、将来の人類?が、その機能を有するのは難しいかもしれませんが。

これは、とても良い質問ですね。
鋭い!


空気の分子の大きさは、たしかに0.1~1nmオーダーです。
それに光の矢が見事的中する確率は非常に少なそうです。

しかし!

私達の周りには、金属、プラスチック、木、コンクリート・・・・・・
これらの原子の大きさも、やはり0.1~1nmオーダーです。


じゃー、なんで見えるのでしょーか?


固体や液体は、空気に比べて大体1000倍の密度を持っています。
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これでも説...続きを読む

Q熱伝導率について

現在、熱伝導率について勉強しているのですが、薄膜について考えていたら詰まってしまたため、お教えください。

例えばφ10mm, 長さ10mmの円柱があるとして、その熱伝導率が100W/mKとします。
この円柱側面に熱伝導率が500W/mKの材料を1μmコーティングしたとします。
この時、コーティングされたAの熱伝導率を求めるための理論式に確証が持てません。

私は単純に、熱抵抗R = l /λA(lは長さ、λは熱伝導率、Aは断面積)とおいて、円柱と膜(厚さ1μmの筒)の合成抵抗、1/R合=1/R1+1/R2として考え求めたのですが、この合成した熱抵抗と未処理の円柱の熱抵抗との比をとると限りなく1に近い値となりました。つまり、1μm程度では熱伝導率への影響はないという結果となってしまいました。

しかし実際は薄膜により熱伝導率が向上したというような話をよく聞きます。
おそらく私の考え方(計算方法)が間違っていると思います。

ご指摘いただけると幸いです。以上よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ご提示された熱抵抗による計算がただしいか、コメントできません。というのは熱抵抗云々という概念が、小生の認識する限りでは、ある特定のアプリケーション分野(小生の知るのはは半導体の実装技術分野)の簡易的な手法で、3次元の熱伝導を計算するものと結果が異なるはずです。 たぶん熱抵抗云々は一次元の熱伝導しか考慮していないと思うのですが)。
ただ、10mmΦ×10mmというボリュームに1μの薄膜をコーティングしただけでは、熱伝導率は変わらないという事は間違いありません。実際に薄膜を被覆した場合の3次元の熱伝導率を計算したことがあります。通常の数値解析では薄膜部分にメッシュを切るのが極めて困難(ほしい情報は薄膜内部と直下の基材部の温度分布)なため(薄膜が基材に比べあまりにも小さいため)相当工夫をしないと計算できませんでした。ただ、少なくとも定常熱伝導の場合は薄膜による温度分布は考慮する必要がないことを確かめています。
ただし、実際にこのような基材を加熱して表面温度を測定すると、被覆の有無でその温度は有意な差がでるということは、わりとよく知られて事実で、よく被覆したことによる熱伝導率変化と間違えられる方が多数いらっしゃいます。
小生は、この現象は、被覆したことによって、表面の輻射率がかわり、周囲との輻射による熱の授受に大きな差が出てくるためと考えております。

熱伝導という現象はマスが重要なため10mmΦにたいし1μというマスではまず影響がでないというご質問者の回答は正しいと思います。

ご提示された熱抵抗による計算がただしいか、コメントできません。というのは熱抵抗云々という概念が、小生の認識する限りでは、ある特定のアプリケーション分野(小生の知るのはは半導体の実装技術分野)の簡易的な手法で、3次元の熱伝導を計算するものと結果が異なるはずです。 たぶん熱抵抗云々は一次元の熱伝導しか考慮していないと思うのですが)。
ただ、10mmΦ×10mmというボリュームに1μの薄膜をコーティングしただけでは、熱伝導率は変わらないという事は間違いありません。実際に薄膜を被覆した場合の3...続きを読む

Q細胞も物質である以上、物理の法則を超えられないと思いますが、細胞が集ま

細胞も物質である以上、物理の法則を超えられないと思いますが、細胞が集まり器官(脳),個体(人体)となれば、既知の物理を超えた未知の力(過去透視力、念力など)が発動できると考えられますか?

Aベストアンサー

 生命を持つ細胞であれ、あるいは路上の石ころであれ、「既知」の物理法則だけに従っているとは限りません。物理をする人なら誰でも知っていますが、物理法則は未だに不完全なところだらけです。大きなところでは量子論と一般相対論は両立できていません(これの統合が一つの夢になっています)。
 脳がどうやって働いているかも分かっていません。反論も多いですが、ペンローズなどは量子力学的な仕組みを考えたりもしています(皇帝の新しい心に始まる一連の著作に詳細があります)。
 しかし、それらはミクロと結びついたことが主です。マクロな物体を念じただけで動かしたり、マクロの時間を反転して過去を見たりする可能性は、ほぼありません。それができれていれば、既存の物理法則は破たんします。もちろん、実は過去透視や念動力が可能で、既存物理が将来破たんすると考えても良いのですが、それは今までの歴史から考えて、あまりありそうもありません。


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