凸レンズ，光の進み方についての質問です。

質問

図のように，焦点とレンズの間から出た光は，レンズを過ぎると，Ａのように進みます。

このとき，Ｂのようにまっすぐに進んだり，あるいはそれ以上 上へ屈性したりしないのはなぜでしょうか？

ご存知の方がいらっしゃいましたら，小学生にでもわかるように，どうぞ宜しくお願い致します。

（光はレンズの表面で２回屈折しますが，図では，レンズの中心で１回の屈折で表しています。）

回答No.2

maskoto · ベストアンサー

画像は光が進む付近だけ、レンズの面を超拡大したものです
超拡大なので曲線もあたかも直線のようになって見えます(…本来地球は丸いが、地上にいる人間には巨大な地球の地面が平坦に見えのと同じ理屈)

そして、レンズ内部を光が右肩上がりに進んでいるのでレンズの左側の面(白)を光がつき抜ける位置より、右面(緑)を突き抜ける位置の方が高いため、緑線の方が急角度となっています

レンズがガラスだとして
屈折の法則により、空気からガラスに進む光線の入射角(…用語が分からない場合は検索して見てください)と屈折角の大きさの比率は決まっています

例えば、図の左から赤の道筋を進む光が
ガラス面の法線(ガラス面に垂直な線:オレンジ線)に対して30度の角度をなしてガラスに侵入したなら、その後の光の道筋(紫線)はオレンジ線に対して入射角より小さい20度の角度を持つように屈折します
(入射角が50度なら屈折角は40度前後
と言うように、入射角によって、屈折角も変わりますが、入射角の方が屈折角より大きいと言う事は維持されます)

これは、光が逆方向へ進むとしても成り立ち
仮に光が右から左へ進むなら
紫線とオレンジのなす入射角(先程の屈折角が名前を変えて入射角になる)が20度なら赤線の屈折角(先程の入射角が名前を変えて屈折角)が30度と言う具合です

なので、左が進む道筋が
赤→紫→青
だとしたら、白のレンズ面において赤の入射角が50度なら、紫の屈折角はそれより小さくて40度
つまり、赤線よりは紫の方が水平に近くなる

緑のレンズ面の方が白よりちょっとだけ急角度だから
紫が緑のレンズ面に入射する入射角は40度よりちょっと大きくなり、ガラスから空気へと光が進む時の屈折角はこれより大きく
青線は更に水平に近づく
事となるわけです

質問者さんがアップした図の光の道筋Aは
このレンズ内部の光線の様子を省略ないし近似したものになるかと思われます

なお、上記の角度はいづれも解説の便宜上適当に設定した数値です
(正確な数値を知りたい場合はネット等で調べてください)

お礼

早速のご回答，ありがとうございました！ たいへん勉強になりました。 図も，光や法線が色分けしてあり，とても分かりやすかったです。 どうもありがとうございましたm(__)m

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回答No.1

takochann2

光はすごく速く進みますが、重い（高密度）の物質の中に入ると速度が落ちます。下記URLの図、で少し一のずれた光線がガラスに当たると先にガラスに入った光は速度が先に遅くなり、後からガラスに入った光は少し先に進んでいます。同じタイミングで照射した光の位置（面）は少し曲がっています。それが屈折です。納得できないかもしれませんが、そういうものです。

https://www.mirai-kougaku.jp/laboratory/pages/210226.php

お礼

ご回答，ありがとうございました！ たいへん勉強になりました。 どうもありがとうございましたm(__)m

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