<知ってる？>なぜ屈折率が違うと光は折れ曲がるのか？

[mathjax]

なぜ光は折れ曲がるのか？スネルの法則までは答えられてもその先を言えず仕舞いの人は多くいるんじゃないですかね．今回はそこを追求していきましょう．

高校物理のスネルの法則でもおなじみ，

$$ n_1 sin \theta_1 = n_2 sin \theta_2， $$

という式がありますよね．光が進む空間の物質(媒質)が変化する境界で光線が折れ曲がってしまうのです．現象自体は単純ですが，なぜ媒質の境界面で光は屈折するのでしょうか．

屈折率とは？

この本質を理解するうえで，もっとも大事な話です．定義から見直しましょう．

屈折率は媒質を進む光の速さ\(c_n\)を真空中の光の速さ\(c_0\)で割ったものです．

$$ n = c_n/c_0 $$

媒質によって屈折率は様々です．ですが，定義から真空の屈折率は1となります．

また，一般に屈折率は1以上の値を取ります．

次に屈折が起きる境界について，波動光学の観点から考えます．光を波として捉えるのです．

スネルの法則を平面波で考えます．同位相の波面を繋いでやったときに平面になる光波を平面波と呼びます．

同じ媒質中を進む光は角度を変えず，まっすぐ進みます．

異なる媒質が二つあったときこのようになります．

赤い光線は媒質1(屈折率\(n_1\))の空間を進む光線で青い光線は媒質2(屈折率\(n_2\))を進む光線です．それぞれの光線の進む向きは同じであるにもかかわらず，媒質2の方が光の速度が遅いため波面の向きが変わってしまうのです．

とても単純な話ですが面白いですね！

ちなみに，物質が違えばなぜ屈折率が異なるのか気になりませんか???

興味があればぜひ調べてみてくださいね！