全反射するのはなぜ

質問

中一理科です。
上の図で、もっと下の方から光を当てればコップのみでも全反射しますか？
また、下の図で全反射するのはなぜですか。水を通っていればガラスに必ず反射するのですか？そうでないと(全反射する角度が決まっていると)したら、目の位置を少しずらしただけで、入射角が変わり、コインが見えてしまう気がします。

回答No.3

maskoto · ベストアンサー

光線が空気中からガラスへ進むときより
水中からガラスへ進むときの方が、
入射角と屈折角の差は小さくなります

なので、上下の図のように、光源から同じ角度でガラスへと光が進む場合、下図の方が、ガラス中へ進む光の屈折角は大きい事になります
(ここまでは、コップ内部とガラスの境界面に関する入射角と屈折角のお話し)

(ここからは、ガラスとコップ外部の境界面に関する入射角と屈折角こお話し
前半の入射角、屈折角とは区別して読んでください)
そうなると、ガラス中からコップ外部の空気へと進む光を考えるとき、上図の入射角より下図の入射角の方が大きい事になり、下図の方がコップ外部へと進む光線の屈折角は大きい事になります

この屈折角が90度となるようなときの入射角を臨界角と言い、臨界角のときは光線はガラスと外部空気の境界面を進む事になります

ガラスから外部空気へ進む光の入射角が臨界角より大きいと、外部空気へ進む光はなくなり、ガラス面と外部空気の境界面で全反射が起きます

お礼

どうもありがとうございました

回答No.2

maskoto

アップした図は、ガラスコップの内側からガラス内部、ガラス外側へと進む光の道筋(空気中の道筋＝黄色、ガラス中の道筋は赤)を描いたものです
(便宜上、ガラスは分厚く描いています)

中学で習った通り、ガラスから空気へと進む光の道筋は
入射角＜屈折角
なので、赤線の傾斜より右側の黄色線の傾きの方が大きくなっています

光の進む方向が仮に矢印と逆だとしても、
黄色(右)と赤の角度の関係は変わる事はなく、
赤線に対する黄色線の傾き具合は変わらないので
ガラスから左へと光線が進んだ場合
赤線と黄色線(左)の角度は図のようになります
(黄色線(左)と黄色線(右)は平行…これは光が右から左へ進む場合と、光が左から右に進む場合のいづれにも言える事！)

この事から、コップの底から出発する光の角度が変わっても、
黄色線(左)の入射角(入射角Aと命名)
＝黄色線右側の屈折角(屈折角Bと命名)
であり、
Aが小さくなると、連動して赤線も水平に近くなり、A＝B　となるようにガラス外側へと光線が進む事になります
反対にAが大きくなると、連動して赤線の傾きも大きくなると言えますが、Aが90度になっても、赤線は垂直にはなれないので、
Aがわずかでも90度より小さいなら、赤線の右側に黄色線が出て行くことになります
つまり、Aがいくらであっても、全反射は起こらない事になります

お礼

回答ありがとうございます
理解できました！！
あと、質問を続けてしまい申し訳ないのですが、下の図ではガラスから水に屈折しているのですか？

回答No.1

maskoto

上の図では角度を変えても全反射はしないと思われます

下の図では、目の位置をコップの底の高さに近くすれば、全反射しない可能性もあるかもしれません

その仕組みは高校で物理を習うと理解できます

(中学で物質により入射角と屈折角が異なる事を既に習っているなら、現段階でも理解可能かもしれません

その場合は補足コメントをくれれば解説致します)

お礼

回答ありがとうございました

補足

回答ありがとうございます！
ガラスなどから空気中に出る時、屈折角は入射角より大きいということは習いました。
上の図ではなぜ全反射しないのかも教えてくれると嬉しいです。