スプーンに顔を映すと、なぜ逆さまに映るの？
― くぼんだ鏡は、光を1点に集めてから交差させています

スプーンの内側をのぞくと、自分の顔が上下さかさまに、小さく映ります。裏返すと、今度はふつうの向きです。スプーンの内側は、光を1点に集める「くぼんだ鏡」です。集まった光は、その点を通りすぎると上と下が入れかわります。逆さまの顔は、この交差の結果なのです。

理由は、たった2つ

ふつうの平らな鏡では、光は交差しません。だから顔は、いつも正しい向きに映ります。スプーンが特別なのは、面が曲がっていることだけです。その曲がり方が、光の通り道を大きく変えています。

光は、焦点でX字に交差している

図1を見てください。右の弓なりの線が、スプーンの内側を横から切った断面です。左の矢印があなたの顔で、矢印の先が頭のてっぺんです。

頭のてっぺんから出た光のうち、まっすぐ鏡へ向かった光は、はね返って焦点を通ります。焦点を通ってから鏡に当たった光は、はね返ると、まっすぐ左へ戻ります。この2本の光が出会う場所に、頭のてっぺんの像ができます。

2本の光は、どちらも中心の線を横切ってから出会います。だから、頭のてっぺんの像は、線より下にできます。あごから出た光は、反対に線より上に集まります。上と下が入れかわり、顔は逆立ちして見えるのです。

左右も同じ理屈で入れかわります。スプーンの像は、平らな鏡の像を、ちょうど半回転させた向きになっています。

近づけると向きが戻るのは、なぜ？

図1のつまみを、左いっぱいまで動かしてみてください。顔が焦点より内側に入ると、はね返った光は、もう1点に集まりません。少しずつ広がりながら目に届きます。

広がる光を目で受けると、脳は光を逆向きにたどります。すると、鏡の奥のほうから光が来たように感じます。その「見かけの出どころ」に、正しい向きの大きな顔が見えるのです。ふつうのティースプーンなら、焦点は鏡から2cmほどとされます。目をそこまで近づけるのが難しいので、ふだんは逆さまの顔しか見えません。

この性質を使った道具が、身近にあります。お化粧やひげそり用の「拡大鏡」です。拡大鏡は、スプーンよりずっとゆるやかにくぼんだ鏡です。焦点が数十cm先にあるので、ふつうに顔を近づけると焦点の内側に入り、正しい向きで大きく映ります。

反対に、スプーンの裏側のようにふくらんだ鏡は、光をいつも外へ広げます。だから像は、どこから見ても正しい向きで、小さく映ります。小さく映る代わりに、広い範囲が1枚に収まります。交差点の「カーブミラー」が、ふくらんだ鏡でできているのはこのためです。

まとめ

スプーンの内側は、光を1点に集めるくぼんだ鏡です。光は焦点で交差するので、その先にできる像は上下も左右も入れかわります。顔を焦点より近づけると交差が起きず、正しい向きの大きな像になります。裏側のふくらんだ面は光を広げるので、いつでも正しい向きで小さく映ります。

逆さまの顔は、光が1点で
すれちがったあとの姿です。

平らな鏡で左右だけが逆に見えるわけは、鏡はなぜ左右だけを逆にして、上下はそのままなの？で解説しています。光を1点に集めるはたらきは、虫眼鏡で紙が燃えるのは、なぜ？のレンズと同じです。

※本記事は一般向けの科学解説です。掲載した数値は、しくみを理解するための目安・概算です。交差点では、カーブミラーだけに頼らず、自分の目で安全を確かめてください。