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  • 光が屈折する仕組み

    光の屈折

     光には、屈折と言う特有の現象が起こる。空気・水・ガラス等透明な物質中を、光は進むことが出来る。それぞれの物質により、その中を通る光の速度は異なる。物質のない真空中を進む光の速度が一番速い。そして、一番原子が規則正しく詰まっているダイヤモンドの中を通る光の速度が一番遅い。
     物質には光が進むのに抵抗となる力が働いている。光も電磁波の一種であり、電磁波同士は反発し合う。(詳細は第四部電磁力を参照下さい。) 電荷を帯びた電子や陽子は、電磁波を身にまとっている。その電磁波と光とが反発し合い、光の速度は遅くなる。
     光の屈折は、光が空気中から水の中に進んだ時や、ガラスの中に進んだ時に見られる。ダイヤモンドの屈折率が一番大きく、光は鮮やかな虹色となる。紫など波長の短い光の方が、赤い光など波長の長い光よりも良く屈折する。以下で、光が屈折する仕組みを考察する。

    屈折の仕組み

    光の屈折

     光は、らせん状の回転をしながら進んでいる。空気中は抵抗が少なく、光は速く進む。水中では抵抗が大きく、光の速度は遅くなる。光が空中から水中へ進んだ時、真っ直ぐには進まず、左の様にθだけ屈折する。

     光が空中から水中に入る水面では、右図の様に、らせん回転をしている光は、赤の輪に部分が、空中と水中双方を進むこととなる。水中にある下部は抵抗が大きい。従って、左下図の様に、らせんの間は詰まる。空中にある上部は抵抗が小さい。従って、左上図の様に、らせんの間は広がる。赤の輪の部分は、曲がるストローの様になり、光は水の方向に曲がる。

     水中から空中に光が出る場合も、水中の方の輪が詰まり、水の方に光は曲がる。水中に入る光の軌跡と、水中から出て行く光の軌跡は同じ屈折した線を描く。光は、抵抗の大きい物質の方向に屈折する。



    光の波長と屈折率

     波長の長さに関らず、光の速度は一定である。光は、一回水中と空中を行き来する度に、一定角度屈折する。従って、光の波長が短く、赤い部分の輪の数が多い程、屈折率は大きくなる。
     赤い光の波長は0.00007pである。それに比べて、紫の光の波長は0.00004pである。従って、波長の短い紫の光の方が、波長の長い赤の光より、水中と空中双方を通過する赤い部分の輪の数は1.75倍多い。よって、紫の光の屈折率の方が大きくなる。