ガラス内部の光の乱反射、全反射、および吸収の組み合わせにより、クラックは不透明または高度に半透明に見えます。
メガネを割ったことがあるなら、ガラスのひびの入った縁が濃い灰色で不透明に見えることにきっと気づいたことでしょう。実際、オープンフレームのメガネを着用している場合は、ガラスの下端が緑がかった灰色で、ひび割れがなくても不透明であることも確認できます.
これは、ガラスの定規、窓、スマートフォンの画面でも発生します。ガラスだけでなく、硬い透明プラスチック (スマートフォンのスクリーン ガードなど) も同じ現象を示します。
しかし、なぜこれが起こるのですか？ガラスはあらゆる方向から透明であるべきではありませんか?
その答えは、質問そのもの、つまり「方向性」にあります。ただし、それに飛び込む前に、一般的な光の動作に関するいくつかの基本を理解する必要があります。
幾何光学の基礎
1) 光の反射
光が光沢のある表面に当たると、光が当たった方向と同じ方向に跳ね返ります。これは反射として知られています。単純なジオメトリを使用してより正確に定義できます。
鏡からの反射の幾何学的表現
光線が平面に当たると想像してください。面と光線の接点に、平面に垂直な線を引きます。この線は法線と呼ばれます。 光線が平面に当たると、法線と角度を成します。これは入射角と呼ばれます .光が表面で跳ね返ると、反射した光線も法線と角度を成します。その角度は反射角度と呼ばれます .
反射の場合、入射角と反射角は常に等しくなります。
2) 光の屈折
ガラスのような透明な物体に光が当たると、光はその物体を通り抜けて反対側から出てきます。ただし、画像が壊れているようです ガラスと周囲の媒体の境界で.
これは屈折と呼ばれ、単純な幾何学を使用してより正確に説明することもできます。
光の屈折の幾何学的表現。屈折角が入射角より小さいことに注意してください。したがって、下部の媒体はその上の媒体よりも密度が高くなります。
光線が空気中を伝搬し、厚いガラス板に当たるとします。スラブと光線の接点で、ガラス スラブに垂直な線を引きます。これは法線と呼ばれます。 光線がガラス板に当たると、法線と角度を成します。これは入射角と呼ばれます .
スラブに当たった後、レイはスラブに入り、スラブを通り抜けます。スラブ内のこの光線は、屈折光線と呼ばれます。屈折した光線と法線の間の角度は、屈折角度と呼ばれます。 .
屈折中、入射角と屈折角が等しくなることはありません。
すべての媒体には光学密度と呼ばれる特性があります .光学濃度は、その材料の光の速度についてのアイデアを提供します。物質中の光速と真空中の光速の比は屈折率と呼ばれます .屈折率が大きいほど、光の速度が遅くなるため、光学密度が高くなります。
、v =媒質中の光速
c =真空中の光速
n =媒質の屈折率
媒質中の光速が真空中の光速より遅い場合、その媒質は空気よりも光学的に密度が高いと言われます。
光が屈折率の異なる 2 つの媒質の中を進む場合、スネルの法則 有用な関係を提供します。
ここで、n1、n2 =媒体 1 および 2 の屈折率
=入射角
=屈折角
スネルの法則は、屈折角を測定して未知の物質の屈折率を計算するのに非常に役立ちます。
3) 全内部反射
光が光学的に密度の高い媒体から光学的に希薄な媒体に移動するとき、入射角が臨界角と呼ばれるしきい値角度よりも大きい場合、 その後、光線は屈折せずに元の媒体に向かって反射されます。この現象は全反射と呼ばれます .
より密度の高い媒体の内部では、入射角が臨界角と呼ばれるしきい値よりも大きくなると、光線は内部反射されます。クレジット:NCERT Physics Textbook for Class XII-Part II, Chapter 9, Page 320, fig. 9.12
光の吸収
光が媒体を伝搬するときはいつでも、その強度は時間の経過とともに減少します。たとえば、トーチからのビームは、消えて見えなくなる前に到達することができます。これは、光が周囲の物質と相互作用し、この相互作用の結果としてその光の一部が吸収されるために発生します.
同様に、光がガラスを通過すると、そのエネルギーの一部が吸収され、屈折波の強度が低下します。ガラスが十分に厚い場合、光はガラスの内部で長い距離を移動する必要があります。したがって、光のかなりの部分が吸収され、入射光線の強度と比較して、出射光線の強度が減少します。物質がどれだけ光を吸収するかは、Beer-Lambert の法則によって与えられます .
出現する光の強度 I によって与えられます:
、ここで Io =入射ビームの強度
l = 光が吸収媒体内を移動する距離
c =吸収分子、イオンのモル濃度
=モル吸収係数 (媒質の吸収能力の目安となります)
したがって、ガラスの長さが長いほど、出射光線の強度は低くなります。
強度のある入射光 (Io ) は部分的に溶液に吸収され、強度が低下した光が発生します (I ）。青色の溶液をガラスに置き換えて、ガラスによる吸光度を得ることができます。 (写真提供:petrroudny43/Shutterstock
ガラスのひびが不透明に見える理由
媒質内の光の振る舞いについてある程度理解できたので、答えを議論しましょう。
ひびの入ったガラスの縁に光が当たると、次のことが起こります:
ガラスのような透明な表面であっても、常にいくらかの反射が存在します。ガラスのひび割れにより、粗いエッジが露出します。この粗いエッジに光線が入射すると、光線は複数の光線に分割され、複数の方向に反射されます。これらの反射光線は、鮮明な画像を形成できないような方法で干渉します。これは乱反射と呼ばれます。
光の一部がガラスに入ります。ひびの入ったエッジから光が入ると、内部全反射により一部の光線が内部に閉じ込められます。これは、ガラス内部の入射角が臨界角よりも大きくなるように光線が移動するためです。
したがって、光はガラスから出ることはできません。光は内部に閉じ込められているため、割れたガラスの後ろの領域、つまり反対側の透明なガラスは見えません。その結果、そのガラス領域の透明度が低下します。
光の一部は閉じ込められたままであるため、吸収もされます。パスの長さが長いほど (l ) 光線がガラスの内部で費やさなければならないほど、吸収量が大きくなります。これにより、光の強度が低下しました (I ）は、亀裂の不透明度の増加にも関与しています。ガラスのモル吸光係数が大きいほど ( )、光の吸収が大きくなります。
したがって、ガラス内部の乱反射、全反射、および吸収の組み合わせにより、クラックは不透明/高度に半透明に見えます!
