逃げ水は、屈折？全反射？

質問

初歩的な質問ですみません。

ある高校物理の問題集に、光の「屈折」の例として
「逃げ水」が上がっていたのですが、適当でしょうか。

地面の上の空気の温度が下にいくほと上がり、
それによって光の速さも大きくなるという単純な構造を考えたときに、
低角度で入射した光の射線が地面とほぼ平行になるとするまでなら、
「屈折」でも良いのですが、
それがまたヒトの目の高さまで上がってくるというのは、
単純な屈折よりやはり「全反射」ではないでしょうか。

ネットで検索もしたのですが、「屈折」と言っているサイトも
結構あるので（もちろん「全反射」も多いですが）、
皆さんのご意見をお聞きしたいと思った次第です。

回答No.4

htms42

波の進行方向が変化すれば屈折です。媒質の性質が連続的に変われば連続的に変化します。不連続に変われば不連続に変化します。不連続な境界では屈折と反射が起こります。これは通り抜ける波と戻る波を区別している言葉です。
屈折が狭い範囲で起こって波がもと来た方向に戻どる場合もあります。この場合も反射が起こったといっています。
逃げ水の場合は屈折が地表近くの狭い範囲で起こってもと来た方向に戻っています。
地表から出た音が上空で反射して戻ってくるという現象があります。温度が上空ほど高いという逆転層があれば上空の方の音速が大きくなり方向が曲がります。波の進み方でいえば屈折ですが地上から見る立場で言うと跳ね返ってきたという意味で反射と表現しています。

逃げ水の場合も温度分布によって空気の屈折率に違いが生じて屈折が起こります。水面の反射と似た現象が起こっていますので水があるように見えます。
どちらにしろ、屈折、反射のどちらかでなければいけないというものではないでしょう。

全反射というのはまた異なった概念です。
水面に当たった光は反射します。でも全てではありません。水の中に入っていく光もあります。このとき進む方向が曲がりますから屈折も起こっています。空気中を進んできた光が水面にあたったばあい全反射は起こっていません。
逆に水中を進んできた光が水面に当たったとします。一部は反射し、一部は空気中に出て行きます。水面にあたる角度を変えると透過光と反射光の割合が変化します。ある角度よりも浅い角度で水面に当たると透過する光がなくなります。反射光１００％になります。これが全反射です。
逃げ水の場合、反射か全反射かということを問題にしているのではないだろうと思います。反射か屈折かという話ですね。

補足

ご回答いただき、ありがとうございます。
ていねいにたくさん書いていただき、感謝しています。

屈折も反射も区別があやふやな場合があるということでしょうか。
温度変化がきわめて激しくて、ほぼシャープな境界面と見なしても良い場合は、もう反射でも屈折でもどっちも正解みたいですね。

で、そのようなほぼシャープな境界面があり、その上の空気が冷たく（すなわち「水」）、その下の空気がとても熱く（すなわち「空気」）あった場合、低角度で進入してきた遠くの景色からの光が「全反射」しても理にかなっているかな、と考えた次第です。

回答No.3

sekisei

反射というと光の進行方向がなんらかの原因で不連続に変化することと思っています。

逃げ水の場合逆放物線のようなイメージで緩やかにカーブを描いて人の目に入ってきているのではないでしょうか。
もちろん目には光のカーブは見えませんが・・。

補足

ご回答ありがとうございます。

確かに単純な反射では無いとは思っていますが、
光が放物線のような曲線を描いているとして、
その「頂点」での折れ曲がりが
教科書的な屈折の法則では説明できないのではないかと
考えている次第です。

回答No.2

debukuro

気温が３５度くらいでも路面は１００度近くになります
温度経度が大きいので屈折角が反射と思えるくらい大きくなるのです

補足

ご回答頂き、ありがとうございます。

一応の確認で申し訳ありませんが、
路面で反射している、とは思っていません。
あくまで温度傾度（ですよね）の大きい空気層のなかで
全反射をしているのではないか、ということです。

単純な多層構造で近似して考えてみても、
屈折は確かに起こるのでしょうが、
波の進行方向が「下方」から「上方」に変わる一番重要な局面では
やはり「全反射」なのではないかと思っている次第です。

回答No.1

candle2007

屈折です。
http://www.urap.org/forum/ashi/FreeStudy/RoadMirage/RoadMirage.htm

参考URL：

http://www.urap.org/forum/ashi/FreeStudy/RoadMirage/RoadMirage.htm

補足

ご回答頂き、ありがとうございます。

屈折の要素が全くないと言うわけではなくて、
どんどん光の進む向きが水平に近くなっていくと
全反射をして上方に向かうようになるのではないか、
ということなのですが。

http://www.st-h.metro.tokyo.jp/club-page/kaken/physics/katudou/mirage.html
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q125741167
http://ftanka.hp.infoseek.co.jp/h.html