光弾性

○こんな実験です
レールは巨大な列車を支えます。その巨大な重力に耐えるには，どのような構造の断面が適しているのでしょうか。このことを調べるには，レールの形に透明なプラスチック板を切り，力を加えてやります。これを２枚の偏光板ではさんで観察すると，ひずみが作る美しいパターン（模様）を見ることができます。ここでは，テーブルクロスに使われるやわらかい塩化ビニル板をいろいろな形に切り，力を加えてできる光のパターンを観察します。
○こんなことが学べます　
光は振動方向をもった波であることや，透明プラスチックは力を加えると，内部での力（応力といいます）の分布によって屈折率が変化する，光弾性の原理が学べます。

○こんな仕組みです　
プラスチック板に力を加えると，圧縮された部分や引っ張られた部分は，力の加わっていない部分と比べて屈折率が力の方向にわずかに変化します（この現象を複屈折といいます）。このプラスチック板に偏光板を通った一方向の振動を持つ光を透過させると，屈折率の違いに応じて偏光の様子が異なってきます。この光をもう一度偏光板を通すことにより，プラスチック板に生じたひずみの様子（応力のかかり具合）が観察できるようになります（より詳しい説明は，参考図書を見てください）。
材料 ○準備しよう　
透明テーブルクロス（厚さ2mm程度，軟塩化ビニル），透明硬質塩化ビニル（厚さ0.45mm），板材（1cm×8cm×2mm，２本），両面テープ，メンディングテープ，はさみ

○入手先　ホームセンター

組み立て図		 透明プラスチックケースを作る ○作ってみよう
①　透明硬質塩化ビニル板を，１辺8cm程度の正方形に２枚切り取ります。
②　1cm幅，2mmの厚さの板を①の塩ビ板に合わせて切りそろえます。（写真２「材料一式」material2.jpg）
③　②の板材の表と裏に両面テープではり，これらをはさんで①の塩ビ板を図１のようにはり，透明ケースを作ります。
④　③のケースの外側に偏光板をはります。このとき，２枚の偏光板が黒く見えるようにします
⑤　観察する形を，透明テーブルクロスを切り抜いて作ります。
　
○製作の注意
①透明ケースは偏光板による影響のない材質のものを選んでください。例えば，カセットテープのケースでは，虹色のしま模様ができるために使えません。偏光板で確認して適当な透明プラスチックで作ってください。
②透明ケースのすき間は，中に入れるものより少し広くします。広すぎると軟塩化ビニルは中で曲がり，狭すぎるとケースにくっついて余分な力が加わります。

透明ケースの両面に，偏光板が光を通さないように貼り付ける
塩化ビニルのテーブルクロスを切り取る
○遊び方　
観察する形に切り抜いたテーブルクロスを中央に，両端に長方形に切り抜いたテーブルクロスを差し込みます。左の写真は力を加えていたいときの様子ですが，両側から押すと，右のように物体内部のひずみ（応力によって生じる）に応じた模様が生じます。

○こんなこともできるよ　
食品用の袋に使われるポリエチレンのフィルムを引っ張ると，ひずみの大きい所は色づいて見えます。大変きれいです。
○開発にあたって
光弾性は力を目で見る便利な手法で，高校物理の教科書にはよく写真がのっています。ここでは，入手しやすいテーブルクロスでいろいろな形を作り，偏光板は鳴門のうず潮記念館の立体メガネのものを使いました。塩化ビニルは火事で燃えにくいのでテーブルクロスや床材などに使われます。食品に使うラップには塩化ビニリデンのものがありますが，これは引っ張っても光弾性を示しません。ポリエチレンは食品用の袋に使われています。よく燃え，ろうそくのにおいがするので分かります。

○参考図書　
つくる科学の本　足利裕人編著　シータスク
続日常の物理事典　近角聡信　東京堂出版