屈折の計算(スネルの法則・全反射)
入射角と、2つの物質の屈折率を入れると、光が境目で曲がる角度(屈折角)を計算します。屈折率が大きいほうから小さいほうへ進むときに起こる、全反射になる境目の角度(臨界角)もわかります。
計算方法
スネルの法則 n1 × sinθ1 = n2 × sinθ2(n1・n2は屈折率、θ1は入射角、θ2は屈折角)
例:屈折率1.00(空気)から屈折率1.33(水)に、入射角30度で進むと、sinθ2=1.00×sin30°÷1.33≒0.376、θ2≒22.08度です。
全反射と臨界角 屈折率の大きいほうから小さいほうへ進むとき、入射角がある角度(臨界角)をこえると、光は屈折せずに全部はね返ります(全反射)。臨界角はsinθc=n2÷n1で求めます。屈折率の小さいほうから大きいほうへ進むときは、全反射は起こりません。
式の意味を説明します。光は物質によって進む速さが変わります。速さが遅い物質に入ると進む向きが曲がり、その曲がり方は屈折率の比で決まります。屈折率が大きい側では角度が小さくなり、光は境界の面に垂直な向きへ近づきます。だから屈折率と角のサインの積が、両側で等しくなるという形になります。
例:屈折率1.5の物質から屈折率2の物質へ、入射角45度で進むと屈折角は32.03度になります。
気をつけること。屈折率の大きい側から小さい側へ進むときだけ、全反射が起きます。その境目の角度が臨界角です。角度は境界の面に垂直な線から測ります。屈折率は光の色(波長)によってわずかに違うため、白い光は色ごとに分かれます。
よくある質問
屈折角の求め方は?
スネルの法則 n1 sinθ1 = n2 sinθ2 を使います。屈折率1.00から1.33に入射角30度で進むと、屈折角は約22.08度です。
全反射とは?
屈折率の大きいほうから小さいほうへ光が進むとき、入射角が臨界角をこえると、光が境目で屈折せずに全部はね返る現象です。
臨界角の求め方は?
sinθc = 進む先の屈折率 ÷ 入射する側の屈折率 です。入射する側の屈折率のほうが大きいときだけ計算できます。
屈折率とは何?
光が物質の中を進む速さが、真空中に比べてどれだけ遅くなるかを表す数です。数が大きいほど、光は大きく曲がります。
入射角が0度のときは?
境目に垂直に入るので、屈折角も0度になり、光は曲がりません。