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物理の質問です。
レーザー光の波長を赤→緑に変え短く、
入射角が同じ場合で空気中から入射した場合、水中に入った光は元と比べて屈折角や光の速さはどう変化しますか。

gooドクター

A 回答 (4件)

異論が出てきたので、一応光学専攻だったので補足します。



①まず事実として、水では可視光領域では、波長が短いほど
つまり、赤より青の方が屈折角が大きくなり、屈折率が大きくなり、
光の速度は遅くなります。

②屈折率は非磁性体では比誘電率の平方根です。比誘電率は誘電体の
分極のしやすさを表しているので、分極しやすいほど屈折率が
高くなり、速度が落ちることを示しています。動きやすいと
遅くなるのは奇妙に思えるかもしれませんが、例えば音は空気より
金属中の方が速く伝わります。媒質が「堅い」方が波は速く
伝わるのです。

③一般論として、非常に広い波長範囲で考えた場合、波長が短いほど
誘電率は下がり、屈折率も下がります。周波数が高いと分極が追いつけず
小さくなるからです。

しかし、水の可視光領域という狭い波長範囲では逆になります。
これは「正常分散」という、少々おかしな名前で呼ばれています。

誘電体にはいくつも固有の分極の共振周波数を持ち、その付近では
誘電率が大きく変化します。そのため、その周辺の波長の誘電率も大きな
影響を受けるのです。

水は紫外領域に、価電子による分極の共振点を持っており、
それに向かって、波長が短くなるほど誘電率が増えてゆきます。
これが「正常分散」です。
「物理の質問です。 レーザー光の波長を赤→」の回答画像4
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入射角を i 、屈折角を r 、媒質1における波の速さを v1 、媒質2における波の速さを v2 としたとき、


sini/sinr=v₁/v₂=一定
光は、空気より密度の高い媒質に進むと、動きづらくなると表現されます。
動きづらさは、波長の短さに比例します。動きづらさはエネルギー損失の大きさと比例します。
動きづらい媒質を短時間で抜け出すために、屈折が起こり、波長の短い光は
より短時間で抜け出そうとして、屈折角はより小さくなります。
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可視光での水の屈折率は短波長ほど大きいです。

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プリズムと 同じ、


事では 無かったですか?


此の中の、

https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83% …
映像にも 表れてますよね。


一般に、

短波長の 方が、
影響を 多く、
受けます。


そして、

赤側より 青側が、
短波長です。

https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/ishijima/micr …
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