| English | 意味 |
|---|---|
| normal/ˈnɔːml/ | 法線 |
| angle of incidence/ˈæŋɡl ɒv ˈɪnsɪdəns/ | 入射角 |
| angle of reflection/ˈæŋɡl ɒv rɪˈflekʃn/ | 反射角 |
| virtual/ˈvɜːtʃuːəl/ | 虚の |
| refractive index/rɪˈfræktɪv ˈɪndeks/ | 屈折率 |
| total internal reflection/ˈtəʊtl ɪnˈtɜːnl rɪˈflekʃn/ | 全反射 |
| critical angle/ˈkrɪtɪkl ˈæŋɡl/ | 限界角 |
| optical fibres/ˈɒptɪkl ˈfaɪbəz/ | 光ファイバー |
光の跳ね返りと曲がり
- 鏡は光を跳ね返します；水中のグラスに入ったスプーンは曲んで見える。
- これらは反射と屈折であり、光が表面で行う2つの基本的な現象である。
- 全ての角度は法線から測る：表面に対して $90°$ の線。
反射
- 反射の法則：入射角は反射角と等しい（どちらも法線からのもの）。
- 平面鏡が作る像は：同じ大きさ、鏡の後ろに同じ距離、そして虚像（スクリーン上に受け取ることができない）である。
反射の法則
光線を曲げる
光を水、ガラス、ダイヤモンドに当てて角度を変えます。光線は減速し法線に向かって曲がります。材料が密度が高いほど（屈折率 n が大きいほど）、曲がる量は大きくなります。この曲がり方により、グラスの中のストローが折れて見えたり、ダイヤモンドがキラキラ輝いたりします。
ある光線が平面鏡の法線に対して $30°$ の角度で入射しました。この光線は法線に対して何度の角度で反射しますか？
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反射の法則：反射角は入射角と等しく、どちらも法線から測られます。
平面鏡に映る像は：
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平面鏡は同じ大きさで、鏡の奥に同じ距離にある虚像を作ります。スクリーン上には受け取ることができません。
屈折
- 光が新しい物質に入ると速度が変わり、曲がる。
- 空気からガラス内へ入ると、速さが遅くなり、法線に向かって曲がる（したがって $i > r$）。
- 屈折率は曲がりの度合いを比較する：
ある光線が空気からガラスに入射します。この光線は：
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光はガラス中を遅く進むため、空気→ガラスでは法線の方へ曲がります（$i > r$）。
ガラスに入る光について、$\sin i = 0.80$ と $\sin r = 0.50$ です。屈折率はいくつですか？
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$n = \dfrac{\sin i}{\sin r} = \dfrac{0.80}{0.50} = 1.6$.
全反射
- ガラスから出た光は法線から遠ざかって曲がる。ある特定の角度、すなわち限界角 $c$ を超えると、全く抜け出せなくなって完全に反射してしまう。
- これは全反射であり、内部の角度が $c$ より大きいときに起こる：
- 光を光ファイバー内を跳ね返らせることで、インターネットや電話信号を伝える細いガラス糸の役割を果たす。
全反射により光は各光ファイバー内を跳ね返り続け、先端から光るまで続く
全反射は、ガラス内の光が表面に以下のような角度で当たるときに起こります：
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限界角を超えると光は逃げ出せず、完全に内部へ反射されます。
光ファイバーは全反射を利用して光信号を伝送します。
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光は全反射によってファイバ内を伝わり、長距離にわたってインターネットや電話の信号を運ぶ。
理解できましたか
- 角度は法線から測る；反射： 角度 i ＝ 角度 r
- 平面鏡の像は虚像、同じ大きさ、同じ距離だけ後ろにある
- 屈折：ガラス内へ → 遅くなり、法線に向かって曲がる； $n = \dfrac{\sin i}{\sin r}$
- 限界角を超えると、光は全反射される（光ファイバー）