光学

光の直進と反射

透明で均質な媒質中では光は直進します。滑らかな鏡に当たると、光線は一定の法則で反射します。

透明で均質な媒質中では光は直進します。滑らかな鏡に当たると、光線は一定の法則で反射します。

応用と計算

クイックチェック

小さな穴を開けた三枚のカードを通してろうそくを見ると、穴が一直線に並ぶときだけ炎が見えます。物体が光を遮るとできる輪郭のはっきりした影も、光がほぼ直進する証拠です。光線は進む向きを表すモデルで、物質の糸ではありません。光束は多数の光線から成ります。教室程度の距離では空気中の光はほぼ直進しますが、温度勾配などで屈折率が変わると経路は曲がります。白色光はプリズムで色に分かれることもあり、波長に依存する現象を考える際には光線モデルを波動モデルで補う必要があります。影の大きさは物体とスクリーンの距離にも依存します。

大きさのある光源では半影もでき、影の境界が常に鮮明とは限りません。

滑らかな面での反射は規則的で、入射光線・反射光線・法線は同じ平面内にあり、反射角は入射角に等しくなります。粗い面でも各微小部分ではこの法則に従いますが、法線の向きが場所ごとに異なるため、反射光は多方向へ広がります。この拡散反射のおかげで壁は多くの位置から見えます。光は向きを変えられるのであり、材料に吸収される分を除いて消えるわけではありません。