光が屈折や反射されるとき何かが失われるか

質問

物質だったら進行方向を変えられたらエネルギーが失われますね。また壁などにぶつかっても同じことですね。光ではこういうことは起こらないのでしょうか。

回答No.5

noname#212313 · ベストアンサー

#4です。

> 波長が長くなることと光量子の数が減ることとは同時には起きないということでしょうか。

　同時に起こることもあります。正確に言えば、平均である波長に対応する光量子の群が、光量子の数を減らし、かつ、光量子の対応する波長が平均して長くなる、ということもあるということです。

　ボールで喩えると、多数のボールをある平均速度で柔らかい壁に向かって投げ、壁に当たって止まってしまう（そのまま落ちてしまう）ボールがいくつか出て、跳ね返ったボールもスピードが落ちているといった状況に似ています。

　光量子は光ですから速度を減じることはありませんが（相対論の光速度不変の原理）、代りに波長が長くなります。もちろん衝突した物体にエネルギーとして吸収されてしまう光量子もあります。

お礼

ご教示をうかがい改めて勉強しなおそうと思いました。どうもありがとうございました。

回答No.4

noname#212313

#2です。

> エネルギーが失われる場合には光量子として失われるのでしょうか。

　光量子（光子）で考えてもよいです。

> 「生き残った光」の波長が長くなることとと矛盾しないのでしょうか。

　矛盾は全くありません。光量子は単なる粒子ではないんですよ。

　光量子のエネルギーは波長に反比例（振動数に比例、光量子エネルギー＝プランク定数×振動数）です。光量子一つ一つの波長が長くなる（赤方偏移）のもエネルギーの減衰ですし、光量子の数が減るのもエネルギーの減衰です。

お礼

ご教示ありがとうございます。波長が長くなることと光量子の数が減ることとは同時には起きないということでしょうか。

回答No.3

shintaro-2

>光ではこういうことは起こらないのでしょうか。

光でも同じです。
反射率１００％という物質はありません。
程度の差はあれ、必ず反射でロスします。

物質と光の波長により反射率が変ります。

参考URL：

http://www.kiriya-chem.co.jp/q&a/q26.html

お礼

ご教示ありがとうございます。

回答No.2

noname#212313

> 物質だったら進行方向を変えられたらエネルギーが失われますね。また壁などにぶつかっても同じことですね。

　いえ、衝突・跳ね返りを含む方向の変化で力学的エネルギーを失うわけではありません。

　例えば、月は地球の重力により常に進行方向を変えられていますが、力学的エネルギーを失ってはいません。もし失うのだったら、地球に落下してしまいます。

　例えば、ボールを床に落として反跳してくる場合、摩擦などがない理想的な条件であれば、同じ高さまで跳ね返ってきます。壁に当てて跳ね返る場合も、同じ速度で跳ね返ります。

　現実には、床に落としたボールが跳ね返ってくる同じ高さは同じではなく、低くなります。これは落下・反跳に関わる力学的エネルギーが、空気抵抗、床やボールの変形によるエネルギーにも変わり、力学的エネルギーが失われるためです。

　単にボールを床で転がした場合も、同様に摩擦などで力学的エネルギーを失い、最後には止まります。

　なお、失われた力学的エネルギーは、一時的に音のエネルギーなどにも変わりますが、最終的に熱エネルギーに変化します。力学的エネルギー以外を含めた全エネルギーは失われることなく保存されます。

　進行方向変化時や、ぶつかって跳ね返るときに失われるエネルギーは、進行方向を変えたり、ぶつかったことが原因ではないことにご注意ください。

> 光ではこういうことは起こらないのでしょうか。

　光でも普通の物体が摩擦などでエネルギーを減じるのと同じことが起こります。光の反射では、反射率が100％でないなら、光を反射した物体（鏡等）に光がエネルギーを幾分か与え、光はエネルギーを失います。

　エネルギーの失われ方は、光の明るさの変化となる現象が多いですが、波長が長くなるということも起こります（光は波長が長いほうがエネルギーが少ない）。

補足

エネルギーが失われる場合には光量子として失われるのでしょうか。「生き残った光」の波長が長くなることとと矛盾しないのでしょうか。

回答No.1

WhatisLOVE

やっぱり起きるんじゃないでしょうか。
壁などに吸収される光という部分があると思うので。
ただ、もし壁が１００％反射できるようなあり得ない条件下ではわかりません。

お礼

ご回答ありがとうございました。