光波�B（全反射と臨界角）

１．導入

前回は屈折を学習しました。 半円形のガラスに入射するとガラス内での方が遅いので，屈折角が小さくなります。

２．全反射と臨界角

→ある角度で屈折角が90°になり，それ以上入射角を大きくしても， 光は空気中に出て行かなくなる。

この「屈折角が90°になるときの入射角を臨界角」といい， それ以降はすべて光が反射してしまうことを「全反射」といいます。

光ファイバーは全反射を利用しています。中心にはコア，外側はクラッドといって， コアの方が屈折率が大きくなるようにします。 すると，光は全反射しながら進むことができます。

３．問題演習（全反射と臨界角）

では問題です。

解答です。

(1)のように，実際にプールの下に落ちているものを取ろうとすると， 思ったより深くにあることがありますよね？みかけの深さは1/n倍になっているのです。
ちなみにこれは両目で見ているからそう見えるのです。 片目だと奥行きに関してはあいまいになってしまういます。
また(2)，円盤で隠すとどこからも見えなくなることもあるわけです。 それは光源の光はいっさい空気中に出なくなるからです。 プールに入って水面を見ると，鏡のように見えることがありますよね。 これも全反射です。

４．まとめ

物質が変わると光の速さが変わるといいましたが， 例えば空気であればその密度にもよります。 富山湾などで見えられる蜃気楼も屈折現象です。 太陽に海水が温められ，その上の空気が膨張し密度が低下すると，上空との差ができる。 これによって屈折が起こるわけです。

５．フェルマーの最小作用の原理

時間があれば説明します。

屈折するのは境界で光の速さが変わるからでした。
しかし，こういうようにも考えられます。 点Aから点Bまで光が進むのに一番時間がかからないように光は進む。

まっすぐに進むと距離としては短いですが，速度の遅い媒質２での距離が長くなるので， その分時間がかかってしまいます。点Qを通過して進むと媒質２の距離は短くなりますが， 全体の距離が長くなりすぎるので時間がかかります。このようにして考え， 一番時間が短くてすむ点Rを通過して光は進むことになります。

この原理をフェルマーの最小作用の原理といいます。これを用いると， １つの媒質中での光の直進性，反射の法則，屈折の法則すべて証明することができるのです。

また，この原理は次のように言い換えることも可能です。
距離に屈折率をかけたものを「光学距離」といい， 光学距離が一番短くなるように光は進む。
これでも同様なことは理解できますね。

授業を終えて。。。
問題�Cは２つに分ける。深さは２ｍでよい。なんかテンポがないなー

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