光の屈折について。

(171) 光の屈折について。
yuka-love
2005年08月17日(水) 18時06分

光が水からガラスや、空気から油へと入射するときに、そのような屈折をするのか教えていただけませんか？「屈折率」という言葉は調べているうちに出てきたけど、上手く理解できないので詳しく教えてもらいたいのです。よろしくお願いします。

(172) (Re:171)
Re:光の屈折について。
イルカ
2005年08月17日(水) 19時19分

yuka-loveさん、こんにちは、
　学年を必ず書いてください。いちおう小学生向きに説明してみます。

>光が水からガラスや、空気から油へと入射するときに、そのような屈折をするのか教えていただけませんか？

　理解のポイントは光は波の性質を持っていることです。

☆図のＡの矢印
　光の進行方向は、波面（波の高いところをつないだ線/面）に直角に線を引いたものになります。
　波長は、その線上で高いところ(白い部分)と次の高いところ(白い部分)の間隔です。
☆図のＢ
　途中で、波の速度が遅いところ（黄緑）に入ってしまうと、振動数は同じなのに速度が遅くなりますから、波長が短くなります。
　そのため、波面に直角に線を引くと、このように曲がってしまいます。

　これは、沖から届く波が砂浜で波打ち際で、波の連なりが平行になるのと同じ。

☆図のＣ
　今度は、速度の速いところに入ると、・・・・この説明は自分で考えて、

　境界に直角に入射する光は曲がらないことも分かりますね。

★図の波面の線はほんの少し実際とは違うけど、正確に書く方法がないので申し訳ないが、意味は伝わると思います。

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(174) (Re:172)
Re:光の屈折について。
yuka-love
2005年08月18日(木) 14時22分

イルカさん返信ありがとうございます。私は中１です。波の速度はなぜ変わるかよく分かりません。もう少し詳しく教えていただけないでしょうか？

(204) (Re:174)
Re:光の屈折について。
イルカ
2005年08月19日(金) 11時33分

イルカです。
>イルカさん返信ありがとうございます。私は中１です。波の速度はなぜ変わるかよく分かりません。もう少し詳しく教えていただけないでしょうか？

　波の進行速度が変化して進む方向が変わるのは、夜に遠くの汽笛が聞こえてきたり、砂浜に打ち寄せる波が波打ち際に平行になっている、あるいは逃げ水や蜃気楼、そしてレンズ、たくさん経験しますが、なぜ波の速度が変わるかは、中学生に「正確」に伝えることは難しい。
　ただ、密度が大きいほど遅くなるということだけ覚えて置いてください。
　（密度ではなく正確には誘電率と透磁率で計算できます。）

　ちょっと疑問もあるけど短期連載星はなぜ星型に見えるのか(仮)が分かりやすいかも

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(205) (Re:204)
Re:光の屈折について。
yuka-love
2005年08月19日(金) 14時39分

イルカさん、返信ありがとうございます。これを参考に自由研究を進めていきたいと思います。本当にありがとうございました。

(206) (Re:204)
Re:光の屈折について。
observer
2005年08月19日(金) 17時28分

　イルカ先生、質問です。

>ただ、密度が大きいほど遅くなるということだけ覚えて置いてください。
>　（密度ではなく正確には誘電率と透磁率で計算できます。）

　光の速度を決定するのは、密度なのですか？それとも誘電率と透磁率なのですか？はっきりしてください。

　そして、ここで密度とおっしゃっていますが、いったい何の密度なのですか？
　

(208) (Re:206)
Re:光の屈折について。
イルカ
2005年08月19日(金) 19時16分

イルカです。

>　光の速度を決定するのは、密度なのですか？それとも誘電率と透磁率なのですか？はっきりしてください。

　誘電率と透磁率です。ただ、このふたつの概念を子供たちに伝えるのは大変難しいと思います。
　そこで、同じ（系統の）物質なら密度とほぼ反比例するため、あのような表現になりました。（また突っ込まれそうな表現ですな??）

　詳しくは、電磁気学のローレンツモデル／アンペールの法則あたりを参考にしてください。
　子供たちに対する良い説明方法がありましたら、ぜひ紹介（披露）していただければ幸いです。ご検討ください。

　特に波長によって屈折率が異なる部分(可視光線あたりでの波長と誘電率の関係)あたりになると、さらに困難を極めますね。

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(211) (Re:208)
Re:光の屈折について。
IRON28
2005年08月19日(金) 23時43分

>　そこで、同じ（系統の）物質なら密度とほぼ反比例するため、あのよう
>な表現になりました。（また突っ込まれそうな表現ですな??）
突っ込みます。observerさんは「何の密度なのですか」と聞いておられるので
それにストレートに答えてください。それと「同じ（系統の）」が意味不明で
す。何が「同じ」なのでしょうか。また、「密度とほぼ反比例する」とありま
すが、何が密度と反比例するのか書いて下さい。

(213) (Re:211)
Re:光の屈折について。
桑嶋幹
2005年08月20日(土) 00時19分

この話は難しそうだから別のところに移動されてはと思います。

(215) (Re:211)
Re:光の屈折について。
イルカ
2005年08月20日(土) 08時40分

イルカです。

>突っ込みます。observerさんは「何の密度なのですか」と聞いておられるので
>それにストレートに答えてください。

　濃度の違う食塩水、温度が違う空気

　この光の速度と、屈折率の詳しい議論は、この掲示板ではこれ以上議論することは避けたいと思います。（理科とは違う）

　申し訳ありませんが、「物質やその密度によってなぜ光の進行速度／屈折率が変わるのかを子供向けに説明するには？」という内容に絞って適切な掲示板で検討してみてください。・・今の時期、わたしには余裕がありません。

　[204.Re:光の屈折について。]が精一杯の説明で、中学１年生に対して、より良い説明方法があったら、ぜひ補足していただければと思います。

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(319) (Re:172)
Re:光の屈折について。
keissuke
2005年08月28日(日) 10時18分

>これは、沖から届く波が砂浜で波打ち際で、波の連なりが平行になるのと同じ。

　これ、おっしゃる意味がよくわかりません。
できればもう少し詳しい説明をしていただけませんか。

(320) (Re:319)
Re:光の屈折について。
イルカ
2005年08月28日(日) 11時32分

イルカです。

　図でいうと、緑の部分に進む波です。

　砂浜のように浅いところでは、波の速度は遅くなります。そのため沖から海岸に対して斜めに進行してきた波も波打ち際に対して直角に近いほうに向きを変えますから、砂浜に打ち寄せる波は波打ち際に平行なように見えるのです。

　まったく同じような質問が以前【日常】波の不思議でありました。
　[教えて！goo] 津波の速さにもありました。

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(259) (Re:171)
Re:光の屈折について。
イルカ
2005年08月21日(日) 22時50分

イルカです。
>じゃぁ、油や、ガラス、その他にも屈折率が分かるものがあれば教えてください。

　これらはいずれも、多くの仲間を含んだ言葉ですから、屈折率も一つではありません。たとえば"ガラスの種類"やガラスの種類と原料の特性
　googleなどで探すときは、[鉛ガラス屈折率][リノール酸屈折率]とか、具体的に物質名を指定して、絞込検索をして探せば値はあるでしょう。
　油脂 - 大豆油 - あまに油 - 桐油 - ひまし油 - やし油 - サフラワー油のようなサイトが見つかるはずです。

　その前に[油種類]や[ガラス種類]とかで、具体的にどのような物質がその仲間にあるかを調べておくと良いでしょう。

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(261) (Re:171)
Re:光の屈折について。
ぽじとろん
2005年08月21日(日) 22時52分

理科年表という本（って言っていいのかな？毎年出てるし）の「物理／化学」の
「光学的性質」という所に色々詳しく載ってます。
図書館などで探してみてください。

(262) (Re:171)
Re:光の屈折について。
桑嶋幹
2005年08月21日(日) 23時07分

桑嶋です。

いろいろな物質の屈折率です。

空気　　　　　　　１．００
水　　　　　　　　１．３３
エチルアルコール　１．３６
氷　　　　　　　　１．３１
石英ガラス　　　　１．４６
水晶　　　　　　　１．５４
ダイヤモンド　　　２．４２

注）値はナトリウムＤ線（589.3nm）に対する屈折率（理科年表）

油については下記のような実験をしてみると面白いと思います。
http://www.k12.osaka-kyoiku.ac.jp/phys/wave/OilGlass.htm