Physic Labs
ステップ 1/4: 折れ線経路の伝播時間
直感

光は、合計時間が最小になるように界面上の折れ曲がり点 xx を「選ぶ」と考えられます。ライフガードが砂浜を走ってから斜めに泳ぐのと同じで、走る方が泳ぐより速いので、最適経路は直線にはなりません。

T(x)=a2+x2v1+b2+(d−x)2v2T(x) = \frac{\sqrt{a^2 + x^2}}{v_1} + \frac{\sqrt{b^2 + (d - x)^2}}{v_2}
解析

光線が媒質 1 内の点 AA から媒質 2 内の点 BB へ進み、界面を位置 xx で横切るとします。AA, BB から界面までの垂直距離を aa, bb、界面に沿った射影距離を dd とします。ピタゴラスの定理により、2 つの区間の長さは a2+x2\sqrt{a^2+x^2} と b2+(d−x)2\sqrt{b^2+(d-x)^2}。それぞれの媒質での速さ v1v_1, v2v_2 で割って足し合わせると、合計時間 T(x)T(x) が得られます。