入射角と屈折角の重要な違いは、媒質の界面で波が形成する2つの角度の順序...
にゅうしゃかくとくっせつかくの違い
入射角と屈折角の重要な違いは、媒質の界面で波が形成する2つの角度の順序である。
屈折は波の性質である。異なる媒質では、波は異なる速度を持つことができます。媒質の境界で速度が変化すると、波が屈折する。ここでは、わかりやすくするために、特に光に焦点をあてて説明します。
入射角と屈折角の定義
入射角とは、界面の法線と入射光とのなす角のことである。
屈折角は、界面の法線と屈折した光線とのなす角として定義される。角度は任意の単位で測定できるが、ここでは度を用いる。まず、屈折の法則から説明しましょう。
- 入射光、屈折光、界面法線は同一平面上にある。
- この定数は、第一媒質に対する第二媒質の屈折率と呼ばれる。
光の可逆性という性質を覚えておいてください。現在の終点を始点、現在の始点を終点として、光線の方向を逆転させるだけで、光線は同じ経路をたどることになります。
入射角と屈折角の形成
入射光と屈折光の違いは、光が界面に到達するか離脱するかで決まる。光は、光子の流れだと考えてください。粒子の流れは、法線に対してある角度で界面にぶつかり、その後、法線に対して異なる角度で別の媒体に沈んでいく。
媒体に依存しないため、入射角を手動で変更することができます。しかし、屈折角は媒質の屈折率で決まります。屈折率の差が大きければ大きいほど、角度の差も大きくなる。
界面に対する入射角と屈折角
光が媒質1から媒質2へ行く場合、媒質1では入射角、媒質2では屈折角となり、媒質を交換した場合はその逆となります。
いずれの角度も媒質の界面における法線となす角である。相対的な屈折率によって、屈折した光線は入射光線よりも大きな角度をなす場合と小さな角度をなす場合があります。
入射角と屈折角の値
薄い媒体から濃い媒体への屈折
入射角は0度から90度の間の任意の値を指定できるが、光が希薄な媒質から来る場合、屈折した光は任意の値をとることができない。屈折角は入射角の全範囲で最大値となり、後述の臨界角と全く同じである。
密度の高い媒質から薄い媒質への屈折率
光が高密度の媒質から来る場合、上記の方法は有効ではありません。入射角を徐々に大きくしていくと、ある値に達するまで屈折角も急激に大きくなっていくことがわかる。この入射光の臨界角（c）において、屈折光は最大値90度に達し（屈折光は界面に沿って伝播する）、しばらくは消失する。さらに入射角を大きくしようとすると、反射の法則に従って同じ角度を形成しながら、密度の高い媒質の中に突然反射光線が現れるのがわかる。この時の入射角は臨界角と呼ばれ、それ以上屈折することはない。
結論として、分類の違いはあっても、どちらの現象も単に光の可逆性の結果であることがわかる。
主な相違点
画像提供"Snells law2" by Oleg Alexandrov - I just tweaked original - en:Image:Snells law.svg を回転させて手を加えたバージョン、同じライセンスです。(Public Domain) via Comm*** "RefractionReflextion" by Josell7 - Own work.(CC BY-SA 3.0) via Comm***
