もし粒子説が正しかったら、屈折の法則はどのような

質問

もし粒子説が正しかったら、屈折の法則はどのようなものになるか。図を見て考えよ。
この問題を教えてください。

回答No.2

Quarks · ベストアンサー

もし、光粒子が速度を変えなければそのまま、図のｃ1の速度で直進します。しかし、実際には図のように屈折するのですから、速度が変化したことを意味します。

ところで、対称性から、光粒子が水平方向に力を受けることはない※と考えられますから、光粒子の水平方向の速度成分は変化しません。
∴光粒子は、領域IIに入った後、図の下向きの速度成分を大きくしたと考えるしかないわけです。
つまり
ｃ2>ｃ1
ということになります。

これは、ホイヘンスの達の波動論による説明と逆です。波動論からの推論では、光の速さが遅くなるために、図のように光が屈折すると説明されるからです。

ホイヘンスの立場では、屈折率ｎは
ｎ＝ｃ1/ｃ2
と表されますが

光粒子の立場では、屈折率ｎは
ｎ＝ｃ2/ｃ1
となります。

入射角をθ、屈折角をφとすると、ｃ1，ｃ2の水平方向成分が一致することから
ｃ1・sinθ＝ｃ2・sinφ
屈折率ｎは、
ｎ＝sinθ/(sinφ)であることがわかっていますから
ｎ=ｃ2/ｃ1
となります。

※Ｐ点の左右は完全に対象なので、横方向に力を受ける理由を考えることができません。これに対して、上下方向は、媒質I，IIという非対称性がありますから、境界で、上下方向の速度成分が変化することは少しも異常ではありません。

お礼

どうもありがとうございました！

回答No.3

hitokotonusi

この図だけだといかようにも解釈可能なので、出題がこれだけだとすると少々酷な問題のような気もしますが、歴史的にどのような議論があったかという出題であれば、#2さんがかかれているように、空気中から水中に光線が入るとして

粒子説・・・境界で縦方向に力を受けて加速され、図のように折れ曲がる→結果、水中の方が光は速い
波動説・・・水中の方が光が遅く進むため、ホイヘンスの原理から図のように折れ曲がる

とそれぞれが主張していたというのが答えになります。

しかし、これはその後、フィゾーの実験により水中の光速が空気中より遅いことが実証され、粒子説はとどめを刺されて消えました。(20世紀になって別の形で復活しますが。)

回答No.1

el156

領域Pから矢印方向に光の粒がやって来たとして光の粒の左前輪が最初に摩擦のある領域Hに突入して光の粒の左前輪だけが減速します。そのため光の粒は反時計回りに旋回して向きを変えます。塾の先生にそういう説明を聞いたと中2の娘が言っておりました。