4層の物質を光がとおり、それを抜けるときの角度。

質問

空気中から放たれた光（光線）がガラス、水、ポリエチレン、＆アルコールを順に通り過ぎ、そしてまた空気中に出ます。その角度は、最初に『空気中からガラスに入った角度』と同じでしょうか？同じだとしたら、理由を教えてください。

別の言い回しで言うと、光が通るそれぞれの物質はどう光を反射させ、最後に空気中に放出され、その角度はどうなるか?　です。

自分にはさっぱりわかりませんが、ご存知の方、よろしくおねがいします。

回答No.1

unos1201 · ベストアンサー

光の波長と周波数の関係を考えると理解できます。周波数は媒質の通過する際に変化しません。ところが、伝導速度が変化するのです。だから、ガラスの直方体に垂直に進入したものはそのまま垂直に放射され、斜めにずれて入った光は、空気中の伝導速度とガラス内での速度の比に応じ、変化します。空気に比べ、たしかガラスは１．６とかの値です。その場合、波長は１．６倍になり、垂直からずれた角度よりその分大きく進みます。ガラスの中から空気中に出るときは逆に波長が１．６分の１倍の元に戻るので、一番初めの垂直からずれた角度と同じに戻ります。

どのような媒質の中でも周波数が変化しないので、空気中から入った光と、平行な境界面をもつ、ガラス、水，ポリエチレン、アルコールの相を潜り抜け、ガラスの容器を出て再び空気中に放出される光の角度が一番初めと同じになるのです。

図で理解するのが簡単で、入射した光の線を１センチ刻みに垂直に線を書き、ガラスの中では１．６センチ刻み、空気中ではまた１センチ刻みで書きます。境界面で、すべての線は一致するので、その角度が空気とガラスの屈折率といい、空気中に戻るときを図で確認するともとの角度、つまり、空気とガラスの屈折率の逆数がガラスから空気の屈折率です。基準は真空からの屈折率なので、ガラスから水の屈折率は、空気からガラスの屈折率の逆数に真空中から水の屈折率をかけたものになり、、水とポリエチレンの境界面では真空中から水の屈折率の逆数に真空中からポリエチレンの屈折率を掛け合わしたもの、と順に計算すると、中間は逆数同士で消され、最終的には空気中に放出されるのは最初の角度になります。

作図を数式化すると明らかで、言葉で説明するとこうなります。言葉より、図や、数式のほうが理解が簡単だと思います。周波数が一定だから元通りという答えです。

お礼

なるほど。説明が難しいことが文面からも予想できます。
それでも、以前よりは理解しました。ありがとうございました。