光は、空気、ガラス、水の中を同じ速度で移動しません。空気中の光の速度は 3 X 10 6 m/s です。水中では 2.25 × 10 8 m/s、ガラスでは 2 x 10 8 m/s です。これは、ガラスが水よりも光学的に密度が高く、水が空気よりも光学的に密度が高いためです。媒質は、光の速度が遅くなると密度が高くなり、光の速度が速くなると希薄になると言われています。
光は媒質の中を直進します。しかし、ある透明な媒体の中を進む光線が、別の透明な媒体の表面に斜めに当たると、光線は他の媒体の中をまっすぐに進みますが、最初の方向とは異なります。ある透明な媒体から別の透明な媒体へと光が通過するときの光路の方向の変化は、光の屈折と呼ばれます。
2 つの媒質を分離する表面に当たる光線。 \(\angle i\)は入射光線と法線の間の入射角、 \(\angle r\)は屈折光線と法線の間の屈折角です。偏差は、屈折光線の方向と入射光線の方向の間の角度です。したがって、 \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
光の屈折は、スネルの屈折の法則として知られる 2 つの法則に従います。
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
注: 媒体の屈折率が 1 未満になることはありません。
いくつかの一般的な物質の屈折率 (µ)
| 物質 | μ | 物質 | µ |
| 真空 | 1.00 | 空気 | 1.00 |
| 氷 | 1.31 | 水 | 1.33 |
| アルコール | 1.37 | グリセリン | 1.47 |
| 普通のガラス | 1.5 | 灯油 | 1.41 |
問題 1: 光線が屈折せずに通過するための条件は何ですか?
解決策: 2 つの条件があります。(1) 入射角が 0 の場合。(2) 両方の媒質の屈折率が同じ場合。
可逆性の原理 媒質 1 に対する媒質 2 の屈折率\(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\)あり、媒質 2 に対する媒質 1 の屈折率が\(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\)の場合、 \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\)または\(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
問題 1: 空気に対するガラスの屈折率が 3/2 の場合、ガラスに対する空気の屈折率は?
解: a µ g = 3/2 なので、 g µ aは\(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\)です。
速度:光線がより希薄な媒質からより密度の高い媒質に屈折すると、光の速度は減少しますが、密度の高い媒質からより希薄な媒質に屈折すると、光の速度は増加します。
周波数:光の周波数は光源に依存するため、屈折しても変化しません。
波長:媒質中の光速 v、媒質中の光の波長 λ、および光の周波数 f は、 v = fλ の関係にあります。
光が希薄な媒質から密度の高い媒質に移ると波長が短くなり、密度の高い媒質から希薄な媒質に光が移ると波長が長くなります。
(1) 上空から見た船内の水深が浅く見える
本当の深さは OS です。点 O から始まり、水と空気の表面に垂直に落ちる光線は、SA に沿ってまっすぐ進みます。点 Q で水と空気の表面に入射する別の光線 OQ は、空気を通過するときに、通常の NQ から離れて曲がり、経路 QT に沿って進みます。光線 QT が生成されると、屈折した 2 つの光線が点 P で合流します。したがって、P は O の像です。したがって、観察者には、水から空気への光の屈折により、容器の深さは SO ではなく SP に見えます。 .
(2) 早い日の出と遅い日没
(3)砂漠の蜃気楼
砂漠では、木の下に水のような誤った印象を与える逆さまの木が見られることがあります。これを蜃気楼といいます。蜃気楼の原因は光の屈折です。砂漠のように、砂は非常に急速に加熱されるため、砂と接触している空気の層が加熱されます。その結果、地上近くの空気は上層の空気層よりも暖かくなります。言い換えれば、上層は下層よりも密度が高いのです!木のてっぺんからの反射後の太陽からの光線が、より密度の高い層からより希薄な層へと移動するとき、法線から離れて曲がります。したがって、連続する層の分離面での屈折では、屈折角が増加するたびに、密度の高いものから希薄なものへと向かう光線の入射角も 90° に達するまで増加します。密度の高い層から希薄な層への入射角がさらに増加すると、層は完全に反射し、反射された光は希薄な媒体から密度の高い媒体に移動するため、屈折するたびに法線に向かって曲がります。観察者の目に届くと、倒立した木の像が見えます。
入射光線 AB がガラス板に当たると、入射点 B に入射します。光線 AB は空気からガラスに入射するため、法線に向かって曲がり、経路 BC に従います。屈折した光線 BC が点 C で再びガラスの表面に当たると、光線がガラスから空気へと移動し、パス CD をたどるため、法線から離れて曲がります。出射光線 CD は入射光線 AB と平行です。したがって、出射光線と入射光線は同じ方向ですが、横方向にずれています。
プリズムは、断面が三角形の 5 つの平面で囲まれた透明な媒体です。プリズムの対向する 2 つの面は同一の三角形で、他の 3 つの面は互いに傾斜している長方形です。
単色の光線がプリズムの傾斜面に当たると、入射光線 PQ がプリズム面に当たり、空気からガラスに移動するため、法線に向かって曲がり、経路 QR を通ります。屈折した光線 QR が R でプリズム面に当たると、別の屈折が発生します。ここで、光線 QR はガラスから空気中に入るため、法線から離れて曲がり、方向 RS に移動します。したがって、プリズムを通過すると、光線はプリズムの底面に向かって曲がります。
