光学

光の屈折と屈折率

光が透明な媒質の境界を越えると、速さと通常は進行方向も変わります。屈折光は境界で折れ曲がります。

光が透明な媒質の境界を越えると、速さと通常は進行方向も変わります。屈折光は境界で折れ曲がります。

法則と適用

クイックチェック

光が空気から水に入ると速さが小さくなり、屈折光は法線に近づきます。逆向きでは法線から遠ざかります。屈折の法則は $n_1\sin i=n_2\sin r$ で、角度は法線から測り、屈折率は $n=c/v$ です。空気から屈折率約1.5のガラスへ入る場合、入射角30°なら \sin rpprox0.33、したがって rpprox19° です。水に半分浸したスプーンが折れたように見えるのは、水中部分の見かけの位置がずれるためです。屈折方向を予測するには、まず境界面の法線を描きます。境界に垂直に入射する光線は進行方向を変えません。

屈折率は真空中の光速と媒質中の光速の比であり、媒質の明るさや物質量ではありません。境界で光の振動数は光源によって決まるため変化せず、速度と波長が $v=f\lambda$ に従って変わります。したがって色は変わらなくても、ガラス中の波長は空気中より短くなります。高屈折率側から低屈折率側へ進むとき、屈折光が境界面に沿う入射角があり、これが全反射の境目です。