全反射について。(三角柱のガラス編)

質問

図４の状態から、目の位置を机の面に平行に、ガラスの側面に沿って右端までずらしていくと、
ガラスの中に見える鉛筆の像は、はっきりと見えつづけた。これは光が屈折光として出ていかない、
全反射による像であるからである。
という事なんですが意味が分かりません。どういうことだか図も付けて説明してもらえますか。
欲張りですいません。

回答No.4

hitokotonusi · ベストアンサー

短くまとめれば、

1. 通常の反射では角度によって反射する光の強さが変る。つまり、角度によって像がはっきり見えたり見えなかったりする。
2. 全反射では常に100%の反射をするので、角度によらず像の見えかたは変らない
3. 全反射では100%反射するのに対して通常の反射は一部しか反射しないので、全反射ほどはっきりは見えない

ということです。

角度によって反射の程度が変るというのは、ガラス板のようなものに角度を変えて蛍光灯のあかりなどを反射させて観察すればわかります。

お礼

ありがとうございます。どんどん左側に目をやると、
全反射の入射角が小さくなっていき、見えにくくなるという事なんですね。

回答No.3

hitokotonusi

これに答えるには少し難しい話をしないとなりません。
まず、下のグラフを見てください。

http://www.mgkk.com/products/01_kougaku/guide/5/art/z5_4-4.gif
(引用元 http://www.mgkk.com/products/01_kougaku/guide/5/5coating_3b.html)

このグラフはガラスと空気の境界でどのくらいの割合で光が反射するか(反射率)を示したもので、上に行くほど強い光が反射します。横軸は入射する角度で、垂直入射の場合が0度です。

このグラフでは40度ぐらいで急に立ち上がっているのがわかると思いますが(この角度は屈折率で変ります)、その右側(角度の大きい側)が全反射で、左側の低角度側が通常の反射です。

これからわかるように、全反射がおきる場合と比べて通常の反射では反射率が低いため、そもそもあまりはっきりは見えません(「はっきり」と言う言葉の程度問題ですが)。
そして、全反射でない場合は角度が浅くなるにしたがって反射率が低下するので、次第にみえにくくなります。
全反射の領域であればどの角度にしても見えかたは変りません。

ここで言う角度は垂直入射を0とするので、質問文の図では、視点が左側にあると入射角が小さく、右に行くほど大きくなります。なので、最初に視点を左端においてそこから右に移動して行くと、はじめははっきり見えなかった像が右に行くにしたがってだんだんはっきりしてきて、全反射になる角度の少し前で急にはっきり見えてくるようになり、全反射の角度を越えると視点を右に動かしても見えかたは変らなくなります。

図の「目の位置」と書かれた黒丸はすでに全反射の領域に入っていたので、そこから右に動いても見えかたが変らなかったということになります。

補足

これは中一の理科の問題です。中一にもわかるように説明して頂けると嬉しいです。

回答No.2

semikuma

No.1です。図をつけ損ないました。

補足

高校物理ではなく、中学一分野の内容ですので臨界角はまだいらないです。
すいません。

回答No.1

semikuma

前後の文脈が分からないと、誰も的確な回答ができません。
せめて、どんな内容の本の、何の説明か書いてもらわないと。

まぁ、カメラか何かのプリズムについて、屈折率が高いから45°以上で入射した光は全反射されるという説明と想像して回答します。
ガラスと空気のように屈折率の異なる媒質の界面に入射した光は、図の赤い線のように、一部は屈折して外に出て行き、残りは反射します。
ガラスは空気より屈折率が高いので、出射角は入射角よりも大きくなります。
そして、臨界角以上で入射した光は、出射角が90°を超えるので外に出て行くことができなくなり、図の青い線や緑の線のように、全て反射されます(全反射状態)。
だから視点をガラス柱の端に移動しても、鉛筆の像ははっきり見え続きます。

なぜ右端なのかは、この文章だけでは分かりませんが、おそらくレンズのような屈折による像について、波長(色)により屈折率が異なるので、角度(視点の位置)によっては色がずれるとか、像がぽけるとかいう説明が前後にあるのでは？

補足

三角柱のガラスに、光がどういう道筋で全反射するのか教えていただけるとうれしいです。