光の屈折現象は次のとおりです。光の屈折の法則

光の屈折現象は、波がある物質から別の物質に移動するたびに発生し、伝搬速度が変化する物理現象です。 視覚的には、それは波の伝播の方向が変化するという事実に現れる。

物理学：光の屈折

入射ビームが90°の角度で2つの媒体の間の部分に当たると、何も起こらず、界面に対して直角に同じ方向に移動を続ける。 ビームの入射角が90°と異なる場合、光屈折の現象が生じる。 これは、例えば、熱い砂の砂漠で観察される水またはミラージュに部分的に潜んでいる物体の明らかな骨折のような奇妙な効果を生じる。

発見の歴史

広告の1世紀に。 E. 古代ギリシアの地理学者で天文学者プトレマイオスは数学的に屈折の大きさを説明しようとしたが、彼が後で提案した法則は信頼できないと判明した。 XVII世紀。 オランダの数学者Willebrord Snellは、入射角と屈折角の比に関連する大きさを決定する法則を開発しました。その後、物質の屈折率と呼ばれました。 実際、物質が光を屈折させる能力が高いほど、この指数は大きくなります。 水中の鉛筆は、それから来る光線が目に到達する前に気 - 水界面でその経路を変えるので、「壊れている」。 スネルの惨めさに、彼はこの効果の原因を見つけることは決してできませんでした。

1678年、オランダの他の科学者であるChristian HuygensがSnelliusの観測結果を説明する数学的依存関係を発展させ、光の屈折現象がビームが2つの媒質を通過する速度の違いによるものであることを示唆した。 Huygensは、異なる屈折率を有する2つの材料を通過する光の角度の比が、各材料におけるその速度の比に等しくなければならないと判断した。 したがって、彼は屈折率の高い媒質を通して、光がよりゆっくりと移動すると仮定した。 言い換えれば、材料を通る光の速度は、その屈折率に反比例する。 後に法律が実験的に確認されたが、多くの研究者にとって、光 の速度を測定する 信頼できる手段がなかったので、これは明らかではなかった。 科学者は速度が材料に依存しないと考えていました。 フイゲンズが死去してからわずか150年後、光の速度が十分に正確に測定され、彼の正しさが証明されました。

絶対屈折率

透明な物質または物質の絶対屈折率nは、光が真空中の速度に対してそれを通過する相対速度として定義される.nはc / vであり、cは真空中の光の速度であり、vは物質内にある。

明らかに、物質を含まない真空中の光の屈折は存在せず、その絶対値は1である。他の透明材料の場合、この値は1より大きい。空気中の光の屈折（1,0003）を用いて未知物質の屈折率を計算する。

スネルの法則

いくつかの定義を紹介します。

• 入射ビームは、媒体の分離に近づいている光線である。
• 入射点は、それが落ちる分離点である。
• 屈折したビームは、媒体の分離を残す。
• ノーマル - 入射点での分離に垂直に描かれた線。
• 入射角は、法線と入射光線との間の角度である。
• 光の屈折角は、屈折した光線と法線との間の角度として決定することができる。

屈折の法則によれば：

1. 入射、屈折した光線と法線は同じ平面にあります。
2. 入射角と屈折角の正弦比は、第2の媒質と第1の媒質の屈折率の比に等しい。sin i / sin r = n _r / n _i 。

光の屈折の法則（Snellius）は、2つの波の角度と2つの媒質の屈折率との間の関係を記述している。 波がより屈折の少ない媒体（例えば空気）からより多くの屈折（例えば水）に進むと、その速度は減少する。 逆に、光が水から空気に流れるとき、速度は増加する。 法線に対する第1の媒質の入射角および第2の媒質における屈折角は、これらの2つの物質間の屈折率の差に比例して異なる。 波が低い係数を有する媒質からより高い媒質を通過する場合、波は法線方向に曲がる。 それどころか、それは取り除かれます。

相対屈折率

光の屈折の法則は、入射角と屈折角の正弦比が定数に等しいことを示しています。これは、両方の媒質における光の速度の比です。

Sin i / sin r = n _r / n _i =（c / v _r ）/（c / v _i ）= v _i / v _r

比n _r / n _iは、これらの物質の相対屈折率と呼ばれる。

日々の生活の中で、屈折の結果である多くの現象がしばしば観察されます。 「壊れた」ペンシルの効果は、最も一般的なものの1つです。 目と脳は、光線に沿って屈折しないかのように光線をたどりますが、直線からオブジェクトから来て、浅いところに現れる虚像を作り出します。

分散

慎重な測定 は、 放射線の 波長 またはその色が 光 の屈折に大きな影響を及ぼすことを示す。 換言すれば、物質は多くの屈折率を有し、色または波長が変化すると異なることがある。

このような変更はすべての透過媒体で発生し、分散と呼ばれます。 特定の材料の分散の程度は、屈折率が波長によってどのくらい変化するかに依存する。 波長が増加するにつれて、光屈折の現象はあまり顕著になりません。 これは、青紫色が波長が短いので赤色をより多く屈折するという事実によって確認される。 通常のガラス中での分散のために、ある成分の光への分裂が起こる。

光の分解

17世紀末、 アイザック・ニュートン 卿は、可視スペクトルの発見につながる一連の実験を行い、紫色から青色、緑色、黄色、オレンジ色まで、赤色で終わる色彩の配列が白色光で構成されていることを示しました。 暗い部屋で働いているニュートンは、窓のシャッターの穴を貫通した狭い梁の中にガラスのプリズムを置きました。 プリズムを通過するとき、光は屈折され、ガラスはそれを秩序のあるスペクトルの形でスクリーンに投影した。

ニュートンは、白色光が異なる色の混合物からなり、また、プリズムが白色光を「散乱」させ、各色を異なる角度から屈折させるという結論に達した。 ニュートンは色を分離して第二のプリズムを通過させることができなかった。 しかし、第2のプリズムを第1のプリズムに非常に接近させて、すべての分散した色が第2のプリズムに入るようにすると、科学者は色が再結合し、再び白色光を形成することを確立しました。 この発見は、容易に分離して結合することができる光のスペクトル組成を説得力をもって証明した。

分散の現象は、多数の多様な現象において重要な役割を果たす。 レインボーは、雨滴中の光の屈折の結果として発生し、プリズム内で起こるようなスペクトル分解の印象的な光景を生成する。

臨界角と全反射

より低い屈折率を有する媒質を通過するとき、より低い波路を有する媒質中で、入射角は2つの物質の分離によって決定される。 入射角がある値（2つの材料の屈折率に依存する）を超えると、光が屈折率の低い媒質に屈折しない点に到達する。

臨界（または制限）角度は、90°の屈折角をもたらす入射角として定義される。 言い換えれば、入射角が臨界未満である間に屈折が起こり、屈折率が等しい場合、屈折されたビームは2つの材料の分離の場所を通過する。 入射角が臨界角を超える場合、光は反射されて戻る。 この現象を全反射という。 その使用例は、ダイヤモンドおよび光ファイバーである。 ダイヤモンドカットは、内部反射を完全にするのに役立ちます。 ダイヤモンドの上部を通って入る光線の大部分は、それらが上面に達するまで反射される。 これは彼らの輝きに輝きを与えるものです。 光ファイバー はガラスの「髪」なので、光が一方の端に入ったときに出ることができないほど薄い。 そして、梁が他端に達するときだけ、彼は繊維を離れることができます。

理解と管理

顕微鏡や望遠鏡からカメラ、ビデオプロジェクタ、さらには人間の目に至るまでの光学機器は、光を集中させ、屈折させ、反射させることができるという事実に頼っています。

屈折は、ミラージュ、虹、錯視を含む幅広い現象を生み出します。 屈折のために、厚い壁のビールのマグカップはより完全なように見え、太陽は実際には数分後に設定されます。 何百万人もの人々が眼鏡やコンタクトレンズで視力障害を矯正するために屈折力を使用しています。 これらの光の性質を理解し、それらを制御することによって、顕微鏡スライド上にあるか遠方の銀河にあるかにかかわらず、目に見えない細部を見ることができます。