光の屈折

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屈折

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/02/24 09:54 UTC 版)

この項目では、波が異なる媒質の間で進行方向を変えることについて説明しています。語が文法機能によって形を変えることについては「語形変化」をご覧ください。

光の屈折により、水面を境にしてペンが折れ曲がっているように見える。

プラスチックのブロックを通過する光束

屈折（くっせつ、英: refraction^[1]）とは、界面において、波（波動）が進行方向を変えることである。異なる媒質を通るときに、波の周波数が変わらずに進む速度が変わるため進行方向が変わる（エネルギー保存の法則や運動量保存の法則による）^{[疑問点 – ノート]}。

光の屈折がもっとも身近な例であるが、例えば音波や水の波動も屈折する。波が進行方向を変える度合いとしてはホイヘンスの原理を使ったスネルの法則が成り立つ^[2]。部分的に反射する振る舞いはフレネルの式で表される。なぜ光が屈折するかについては、量子力学的にファインマンの経路積分によって説明される^[3][4]。

概要

水中の棒が上に曲がって見える図 ^[5][6]

例えば、光線がガラスを通ると、屈折して曲がっているように見えるが、これはガラスが空気と異なる屈折率を持っているためである。ガラスの表面に対して垂直に光が入射した場合、光の進行方向は変わらず、速度だけが変化するが、厳密にはこの場合も屈折という。

左の図のように、水中に差し込んだ棒が上方に曲がって見える現象は光の屈折で説明できる。空気の屈折率は約1.0003、水の屈折率は約1.3330と異なるため、水から反射した光は屈折して目に届く。つまり図の棒上のxに由来する光が水面で屈折を起こすため、Xの見かけ上の位置はYになる。これが水中の棒が実際より上方にあるように見せる。

屈折率が大きい媒質から小さい媒質に光が入るときに、入射光が境界面を屈折せず、すべて反射することを全反射という。この原理は光ファイバー等に使われる^[2]。等方的な媒質から異方的な媒質へ波が進む場合は、複屈折を起こす^[7]。

スネルの法則

スネルの法則の例

→詳細は「スネルの法則」を参照

スネルの法則は二つの媒質中を進行する波の伝播速度と、入射角・屈折角の関係を表した法則。媒質Aにおける波の速度を${\displaystyle v_{\mathrm {A} }}$

複屈折を示す方解石

虹、蜃気楼、幻日、逃げ水のほか、日没や日の出の時刻が天文学上の計算からずれるという形で現れる。音波の例としては、特定の天候に限って遠方の鉄道などの音がはっきり聞こえるというものがある。これは上空に逆転層が生じ、低温の空気では音速が下がるため、いったん上空に向かって進んだ音波が屈折し、再び地上に戻ってくると説明される^[2]。

応用機器

レンズ

プリズム

レンズ

凸レンズでは通した光を屈折させて一点に集中させ、凹レンズでは光を屈折させて並行に進ませることによって、観測している者に実像より拡大や縮小した像を見せる。レンズはカメラ、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡などに使われる^[2]。

プリズム

媒質は光の波長によって異なるため、プリズムを出る光は波長の違いにより色ごとに分散する。この光の分散が虹のようなスペクトルを作り出す。

糖度計

試料液（測定対象となる液体）に、糖と水以外が入っていないことを前提に、水に含まれる糖の含有量によって光の屈折率が異なる性質を利用し、その試料の糖度を計る^[9]。

脚注

[脚注の使い方]

1. ^ 文部省、日本分光学会『学術用語集 分光学編』（増訂版）培風館、1999年。ISBN 4-563-04567-5。http://sciterm.nii.ac.jp/うcgi-bin/reference.cgi。 ^{[リンク切れ]}
2. ^ ^{a b c d} 斉藤晴男 兵藤申一 (1993年). 高等学校 物理IB. 啓林館 
3. ^ R. P. Feynman "Space-Time Approach to Non-Relativistic Quantum Mechanics" Rev. Mod. Phys. 20 (1948) 367.
4. ^ R. P. Feynman "Space-Time Approach to Quantum Electrodynamics" Phys. Rev. 76, (1949) pp.769-89
5. ^ “水の屈折による像の位置決定” (2025年2月5日). 2025年2月5日閲覧。
6. ^ “屈折に関する考察” (2000年). 2025年2月24日閲覧。
7. ^ “複屈折とは”. ユニオプト株式会社. 2017年1月2日閲覧。
8. ^ “フレネルの反射公式”. コトバンク. 2017年1月1日閲覧。
9. ^ “屈折計ってどんな装置？”. 京都電子工業株式会社. 2017年1月2日閲覧。

関連項目

• 屈折率
• 音速、光速度 (媒質中の波の速度)
• 回折
• 円偏光二色性
• メタマテリアル - 負の屈折率の概念から、自然界の物質には無い振る舞いをする人工物。
• 高屈折率高分子
• 偏光
• 粒子と波動の二重性

外部リンク

ウィキメディア・コモンズには、屈折に関連するカテゴリがあります。

• わかりやすい高校物理の部屋 - 波の屈折
• 物理のかぎしっぽ - 屈折の法則
• 複屈折を測定できるPA/WPAシリーズの測定原理、装置構成、測定事例について（株）フォトニックラティス

典拠管理データベース
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その他	IdRef

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光の屈折

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/05/17 06:42 UTC 版)

「水面」の記事における「光の屈折」の解説

水面の物理的特性として、光の屈折が挙げられる。光が空気から水へ進入する、もしくはその逆に進行する場合、波長の違いに応じて一定の角度で水面で光の筋が折れ曲がる。また、水中から水面に対して極めて浅い角度で光が進入したとき、全反射と呼ばれる現象が起こる。 したがって波が起きる要素の少ない条件下では、水面は優れた鏡となる。水面に物の像が映って見えることを指して水鏡（みずかがみ、すいきょう）と言う。あるいはまた、そのような映し鏡を見ることをも指して言う。 自然界でも、特に風のない時の湖沼の水面は鏡となって景色を映し出す。たとえば富士山の姿が富士五湖に写った逆さ富士は浮世絵や写真の素材としてよく知られる。

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「光の屈折」の例文・使い方・用例・文例

• プリズムを通した光の屈折で形成されたスペクトル色を示す
• 複屈折という,光の屈折現象
• 光の屈折で,入射光線と透過光線のなす角