物理学では、屈折 波が新しい媒体に入るときの速度と方向の変化です。おそらく最もよく知られている例は、プリズム内の白色光の屈折であり、光の波長がさまざまな量で曲げられ、虹が生成されます。しかし、屈折は、音や水など、他の種類の波でも発生します。
屈折の例
さまざまなタイプの波の屈折の例を次に示します:
- プリズム内の光の屈折は、紫色の光を最も曲げ、赤色の光を最も小さく曲げ、虹を作り出します。波長による光の分離は分散です .
- 水は大気中で光を屈折させて分散させ、虹を作ります。
- 音の屈折は、音波が暖かい空気から冷たい空気に移動するときに発生します。音波の波長が短くなります。
- 人間の目のレンズは屈折によって光を曲げ、網膜上に像を形成します。
- 鉛筆のように真っ直ぐな物は、水中で光が屈折するため、部分的に水に浸すと曲がって見えます。
- 水の波は、深い水から浅い水へ、またはその逆に移動するときに屈折します。水の波は、深海では速く、浅瀬では遅く伝わります。リップル タンクは、水の波の屈折と回折の両方を示しています。
- マーチング バンドを波と考えてください。バンドのメンバーは歩調を合わせて行進します。コンクリートから草の上に移動すると、バンドの速度が低下します。どちらの足が先に草に着くかによって方向が変わります。同様の例は、車の 1 つのタイヤが道路からはみ出し、減速して方向を変えるときに発生します。
屈折率
屈折率 (屈折率とも呼ばれる) は、真空中の光の速度を特定の媒質中の速度 (位相速度) と比較する無次元数です。
n =c / v
ここでは、n は屈折率、c は真空中の光速で、v は位相速度です。したがって、真空中の屈折率は 1 です。20 °C の水中の光の屈折率は 1.333 です。
波の速度を真空中の光の速度と比較した屈折率は、絶対屈折率です。いくつかの参考文献では、標準の温度と圧力での空気中の光の速度が光の速度に取って代わります。この場合、値は「絶対」ではありません。
スネルの法則
スネルの法則は、光の屈折を表しています。メディアのペアの場合、入射角の正弦の比 θ1 屈折角 θ2 2 つの媒体の位相速度の比に等しい (v 1 / v 2 ) または屈折率 ( n 2 / n 1 ）。屈折率は
sin θ1 / sin θ2 =v 1 / v 2 =n 2 / n 1
バリエーションは屈折の法則です :
n 1 sin θ1 =n 2 sin θ2
光の屈折の仕組み
光が新しい媒質に入ると、なぜ光が経路と速度を変えるのか不思議に思うかもしれません.
スピード
光も物質を振動させる電磁振動です。特に、原子の電子は光に反応して振動し、電磁波を放出します。これらの波は光波と相互作用し、結合波が遅くなります (建設的干渉)。媒体は光を遅くしますが、真空に戻ると減速効果がないため、元の速度に戻ります.
方向
屈折が光の経路を曲げる理由は、波の一部が他の部分よりも早く媒質に衝突するためです。波が遅くなる側は、波全体をその方向にピボットします。波は、より遅いマテリアルに入ると、サーフェスから離れる方向または法線に向かって曲がります。より速いマテリアルに入ると、サーフェスに向かって曲がったり、法線から離れたりします。本質的に、波の周波数は同じままですが、波長は変化します。または、速度が低下すると、波長が短くなります。
光が媒体に入っても色が変わらないことに注意してください。はい、波長は変わりますが、周波数 (および色) は変わりません。
参考文献
- ボーン、マックス (1999)。 光学の原理 （第7版）。ケンブリッジ大学出版局。 ISBN:978-0521642224.
- ディル、ローレンス M. (1977)。 「アーチャーフィッシュの屈折と唾吐き行動 (Toxotes chatareus ）」。 行動生態学と社会生物学 . 2 (2):169–184。 doi:10.1007/BF00361900
- ヘクト、ユージーン (2002)。 光学 .アディソン・ウェズリー。 ISBN 0-321-18878-0.
- ホーガン、C. マイケル (1973)。 「高速道路騒音の分析」。 水、大気、土壌の汚染 . 2 (3):387–392。 doi:10.1007/BF00159677
