屈折

屈折とは、波の速度の変化による波の方向の変化のことです。波の例としては、音波光の波があります。屈折は、波がある透明な媒体から別の透明な媒体を通過するときに最もよく見られます。媒体の種類には、空気や水などがあります

波がある透明な媒体から別の透明な媒体を通過するとき、波はその速度と方向を変えます。例えば、光の波が空気中を伝わって水の中に入ると、波の速度が遅くなり、方向が変わります。

光がより密度の高い媒体に入ると、光線は法線に向かって「曲がる」ようになります。屈折率の低い)密度の低い媒体に戻ると、入ってきたときと同じ角度で曲がります(出口の表面が入口の表面と平行であれば)。

屈折の仕組みの例として、水の入ったコップの中にストローを入れ、ストローの一部を水の中に入れます。ある角度から見ると、ストローは水面で曲がっているように見えます。これは、媒体の密度が変化することで、光線が空気中から水に移動する際に曲がるためです。

光の仕組みを理解するのに良い簡単な方法は、車に例えて考えてみることです。車が砂利の表面(これが媒体です)に斜めにぶつかると、最初にぶつかったタイヤが遅くなり、その方向に曲がるようになります。ですから、光が右の屈折率の大きい媒体に当たると、右に曲がることになります。曲がる量はスネルの法則で与えられます。レンズは屈折によって働きます。

プリズムの中で光が屈折すると、ある波長の光が他の波長よりも多く曲がるため、虹の色に分裂します。

光学では、物質の屈折または屈折nは、や他の放射がどのようにその媒体を通過するかを記述する無次元数です。これは次のように定義されます。

n = c v , {displaystyle n={frac {MATHRM {c}}.}{v}},} {\displaystyle n={\frac {\mathrm {c} }{v}},}

ここで、cは真空中の光の速度vは媒体中の光の位相速度である。スネルの法則は屈折率を利用して屈折量を計算します。

屈折図Zoom
屈折図

ある角度で見ると、ストローが曲がって見える。Zoom
ある角度で見ると、ストローが曲がって見える。

プラスチックブロックの中で屈折した光線。Zoom
プラスチックブロックの中で屈折した光線。

質問と回答

Q:屈折とは何ですか?


A:屈折とは、波の速度の変化により、波の方向が変わることです。波の例としては、音波や光波があります。屈折は、波がある透明な媒体から別の透明な媒体へ通過するときに最もよく見られます。

Q: 屈折はどのように作用するのですか?


A: 波がある透明な媒質から別の透明な媒質に移るとき、波はその速度と方向を変えます。例えば、光の波が空気中を伝わった後、水中に入ると、波は速度を落とし、方向を変えます。このように、光が媒体を透過する際には、電子の偏光が起こり、その結果、光の速度が低下し、光の方向が変わるという性質があります。光が密度の高い媒質に入ると、光線は通常の方向へ「曲がる」ことになります。密度の低い媒質(屈折率が低い)に戻ると、入ってきたときと同じ角度で曲がる(出口の表面が入口の表面と平行である場合)。

Q: 屈折の仕組みの例として、どのようなものがありますか?


A: 屈折の例として、水の入ったコップにストローを置き、ストローの一部を水の中に入れておきます。ある角度から見ると、空気と水の密度が変化し、光線がある媒体から別の媒体に移動する際に曲げられるため、ストローが水面で曲がっているように見えます。光がプリズムの中で屈折すると、色に分かれます。これは、媒体間の密度が異なるため、波長ごとに曲がる量が異なるため、ある波長が他の波長よりも多く曲がるからです。

Q: 光学指数、屈折率とは何ですか?


A: 光学では、光学指数または屈折率nは、光などの放射がその特定の物質または材料を通ってどのように移動するかを説明します。n=c/vと定義され、cは真空中の光の速度を表し、vはその特定の材料や物質中の光の位相速度を表します。

Q:光学的指標を利用した法則は何ですか?


A:スネルの法則は光学的指標(index)を使って、発熱量を計算します。

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