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どてらも同じように感じるが、どこが違うのか?教えてください。

A 回答 (3件)

質問されているかたは、高校生以上でしょうか?



高校
の物理の教科書には出ていると思いますよ。

回折
港には防波堤がつくられているが、そのかげにも波は入ってくる。
また、音は物のかげでも聞こえる。これらはいずれも波が障害物の
うしろにまわりこむためにおこる現象で、これを波の回折という。

屈折
波がある媒質のなかから異なった波のなかへ進むとき、一般に
波の進行方向が変わる。この現象を、波の屈折という。

どこが違うかといえば、
1.回折は波の媒質が同じときに起るが、屈折は違う媒質間でおこる。
2.回折は障害物があると観測できるが、屈折は障害物は関係ない。
というところが、直接的なことでしょうか。

また、光の場合、回折はどうしても「波」でないと説明できないが、
屈折は「波」でなくても説明がつく気がします。。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。とってもわかりやすい説明で理解できました。実は大学生でして、物理はさっぱりで・・・。色々と説明書を読んでもいまいち良くわかんなくて、それで質問のメールを送ったんです。回折格子の実験をやったんですが、回折や屈折の意味はわかったんですが、その違いとなるとさっぱりで。chukanshiさんの回答で、頭のもやもやがなくなったように思います。ありがとうございました。

お礼日時:2001/11/10 15:39

虫眼鏡で太陽の光を集めて紙を燃やしたりした事ありませんか?


あれが屈折ですね。

三日月を見ていると、欠けている方にも薄く光が見えませんか?
それが回折ですね。
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この回答へのお礼

あいがとうございました。物理の先生に質問されたのですが、分からなくて・・・。どこが違うの?という状態でした。なんとなくわかったような気がします。参考文献等がありましたら、教えて下さい。 ありがとうございました。

お礼日時:2001/11/10 13:21

どちらも曲がるところは一緒ですね。



「回折」は、波が障害物に当ったときに、その影にあたる部分に回り込むように
曲がってゆくことを指します。

「屈折」は、波が伝わってゆく媒体が、別の伝達速度を持つ媒体に進むときに、
曲がることを指します。

耐用の影になっている部分が真っ暗ではなく、境目のあたりから奥に行くにしたがって
ぼんやりと暗くなってゆくのが「回折」で、風呂に突っ込んだ足が、短く見えるのが
「屈折」ですね。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました。回折も屈折も曲がるってことは分かってたんですが、どこが違うかが分かんなくて・・・。詳しく回答してくださって、助かりました。先生に質問されたんですが、答えれなくて。自分で調べても、何がなんだか・・・。参考文献等でなにかいいものがありました、教えて下さい。

お礼日時:2001/11/10 13:25

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Qプリズムと回折格子について

初めまして。質問するのは初めてなので至らないところがあると思いますがよろしくお願いします。早速質問なんですが、プリズムと回折格子の原理がよくわかりません。調べてみたのですが、難しい用語が使われているものが多くわかりにくいです。簡潔にわかりやすく教えて頂けないでしょうか?それとプリズムや回折格子を用いている光学機器についても教えて頂けるとうれしいです。

Aベストアンサー

分光計かなんかの実験ですかねぇ(^-^;)
あの実験は、目が疲れる実験で嫌いでした・・・。
ずいぶん前の実験なんで、全く自身が無いんですが・・・。
光学機器のは大丈夫です!!
原理→プリズムは、入ってきた単色光が屈折し、その屈折率を測定に使われるのに対し
回折格子は、溝から入ってきた光が広がって、お互いに干渉し合い、明暗ができるために、
回折角を測れば波長が調べられます。

プリズムや、回折格子を使っている光学機器は
プリズム→カメラ
回折格子→血液分析装置
です。
原理、そんなこと聞いてるんじゃないよ!!知ってるよ!ってことを書いてたらすいません(>_<)

Q回折格子とプリズム

高校生の息子に聞かれて答えられませんでしたので、判りやすくお願いします。
(子)光がプリズムと回折格子を通過すると色が分かれるよね
(私)そう。光は波長の短い方が真っ直ぐ進む。パワーがあるというか、皮膚を焼けどするのは紫外線の影響だよ
(子)回折格子の場合、確かに分光されて紫色は真っ直ぐすすみ、スクリーンの中央部に写るけど、プリズムは逆だよね?
(私)???
(子)プリズムの方は、紫の方が大きく曲がっているけど何故?

Aベストアンサー

ご質問のプリズムや回折格子で分光される現象は父の説明は間違いになるので、ご質問のように答えに窮してしまいます。

波長により回折する角度が異なる(回折格子)とか、波長により屈折する角度が異なる(屈折率が違うため)のは一般に波長分散と呼んでいます。

回折格子の場合には、干渉という現象により波長により光を強めあう角度が異なるために波長分散が生じます。この場合、正反射(反射型の場合、透過型では入射光)の方向を基準にしてみると、波長の短いほうが基準の方向に近くなります。
理由は簡単で、基準方向からずれるのは、光が強めあう条件を考えるとそうなるからです。
光路差はd*sin(θ)(d:間隔、θ:反射角)、これがmλ(m=0,1,2,3... m=0は正反射、入射光方向、λ:波長)になればよいから、mλ=d*sinθとなります。

λが小さいということは、同じ次数mでみると、d固定なのでθは小さくならなければなりません。

一方プリズムは屈折率の違いにより生じています。屈折率の波長分散というのが何故起きるのかというのが重要になります。

一般に可視領域でのプリズムの屈折率は短波長で屈折率が大きくなり、長波長では小さくなります。ただこれは自明ではありません。

実は一般的にプリズムに使われる光学材料は紫外の領域に大きな吸収があります。
で、屈折率というのはこの強い吸収に近い波長ほど大きくなります。
より正確に言うと、吸収中心波長では屈折率は真空中と同じ1になり、そこからどんどん屈折率は大きくなり、やがてピークを迎えて、その後ゆっくりと1に近づくという曲線になります。これはクロマース・クローニッヒの関係といい、複雑な現実の物質でもこの関係を使って吸収と屈折率の関係を表すことが出来ます。つまり吸収スペクトルがわかると屈折率の波長分散もわかるというわけなのです。

ちなみに物質によっては短波長で屈折率が高く、長波長で屈折率が低いという関係が成立しないものもあります。ただ一般的な透明なガラスやプラスチックはみなこの関係にあるため、一般的には短波長のほうが屈折率が高く、よく曲がるということになります。

蛇足の知識なのですが、上記のように回折格子とガラスでは波長分散が逆に現れるのを利用してレンズを作るということも試みられています。
レンズでは波長分散のために、結像させたときに波長により焦点距離が異なってしまい、像に色が付いてしまいます。それを防ぐために実際のレンズではこの波長分散の異なるレンズを組み合わせて色消しするのですが、一番効果的なのは逆の特性をもつ回折格子であるので,回折格子を使ってレンズの色消しを行うというわけです。ただ回折格子はレンズ系の中では使いにくい部分があるため、あまり利用されることはありませんが。

ご質問のプリズムや回折格子で分光される現象は父の説明は間違いになるので、ご質問のように答えに窮してしまいます。

波長により回折する角度が異なる(回折格子)とか、波長により屈折する角度が異なる(屈折率が違うため)のは一般に波長分散と呼んでいます。

回折格子の場合には、干渉という現象により波長により光を強めあう角度が異なるために波長分散が生じます。この場合、正反射(反射型の場合、透過型では入射光)の方向を基準にしてみると、波長の短いほうが基準の方向に近くなります。
理由は...続きを読む

Qセンター過去問(追試験)ってやるべきですか?

はじめまして。センターを控えた国公立理系志望の高3です。センター受験科目は、英語、数学、物理、国語、化学、地理です。

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なので過去問(追試験)もやろうかなと思っています。
しかし学校の先生は追試は難しいからやっても意味ないと言っていました。
そこで質問なのですが、本試験と追試験のレベルが違いすぎてやらない方がいい科目ってなんですか?また、やった方がいい科目とか何年分やった方がいいとか教えてください。お願いします!!

Aベストアンサー

自分はあまり追試験の過去問はオススメしません。
やはり内容はそこそこ難しいのもありますし、
それをする時間があまりにももったいないからです。

過去問・黒本・青本、すべて3回以上やってはどうですか?
全試験の解答時間を3/4に減らしてやってみましょう。
なかなか回答速度があがって、即実践できる勉強方法ですよ!

それと、おせっかいかもしれませんが、質問者様は寝るべきです。
2時まで起きて朝8時(睡眠時間6時間と仮定)に起床するよりか
12時で寝て6時に起きて勉強した方がモノ覚えが数倍良く、
なおかつスッキリした一日をむかえることができますよ!
今が勝負時です!先生や親のいうことがうっとうしくなる時期ですが、
自分が正しい!と思って頑張ってくださいね!
合格できることを祈っております!

Q散乱と屈折の違いについて

散乱とは「光などの波や粒子がターゲットと衝突あるいは相互作用して方向を変えられること」らしいが、しかし、進行方向が変わるだけなら屈折とあまり変わらない気がします。
散乱と屈折は一体何が違うのでしょうか?

Aベストアンサー

 散乱は、波や粒子がターゲットの粒子などに衝突して進行方向が変わる現象です。光が空気中の分子と衝突して散乱する「レーリー散乱」などがあります。

 屈折は、波を伝える媒質の、波の速さが違うところで進行方向が変わる現象です。空気中から水中へ光が進むとき屈折するのは、空気中と水中で光の進む速度が違うからです。
 屈折は媒質の境界面でのみ起こるわけではありません。空気の温度が場所によって違うことで、「陽炎」や「逃げ水」のような現象が起きますが、それらも屈折による現象です。

 要するに、ターゲットとの衝突によって進行方向が変わるのが散乱で、媒質の場所によって波の速度の違うことで進行方向が変わるのが屈折です。

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Qセンター追試の難易度

こんばんは。

センターまであと二週間ということで過去問をといているのですが、一休みがてら質問があります。

1)センターの追試は一般に本試より難しいとされていますが、あれは意図的なものなのでしょうか?

2)センター本試の難易度を100とすると追試はどのくらいだと思いますか?

2)は主観でいいので答えていただけると幸いです。

Aベストアンサー

 追試はものすごく難しいですよ.

 多くが受ける「本試」は,各予備校のセンター模試よりも,易しめに作ってあるのがほとんどですが,「追試」は逆に模試以上に難しいかもしれません.
 ある人はセンターの追試を受けたのですが,自己採点の結果,本来取るべき点の8かけだったそうです.

 また,本試に比べ問題自体が注目されることが少ないため,難問/奇問も少なからず含まれている可能性があります.

 いずれにせよ,多少体調が悪くても,「本試」を受験されることを強く勧めます.
 ただし日頃の対策では「追試」も対策に値します.

Q過冷却について

過冷却はなぜ起こるのですか?
現象としの理論は大体わかったのですが、それがエネルギー的にどうなのか、がいまいちつかめません。
教えてください。

Aベストアンサー

過冷却がなぜ起こるのか?と問われれば、その答えは「融点以下の液相は固相として存在するのが熱力学的に最も安定だが、実際に凝固するためには「核発生」というきっかけが必要だから」という答えになります。

過冷却現象はエネルギー的な安定の観点からだけでは説明できません。動的な成長理論(核発生理論)を考えて初めて説明されます。
エネルギー収支からの検討は「ある温度(と圧力)のもとで、その物質はどんな状態として存在するのが一番安定か」を教えてくれます。例えば氷点下1℃なら「水は固体として存在するのが安定」です。しかし「どれくらいの時間をかけたらその状態に至るのか」は教えてくれません。その状態に1秒で移行するかも知れませんし、1億年かかるかも知れません。

「熱力学的に安定ではないのだが存在できている」例で、一番分かりやすいのがダイヤモンドでしょう。常温常圧における炭素の安定相はグラファイトでありダイヤモンドではありません。ダイヤモンドは本来、常温常圧では存在してはいけない物質なのです。
しかしダイヤモンドがグラファイトに転化するには、とんでもなく高いエネルギー障壁を乗り越えて構造を組み換えねばなりません。この組み換えが起こる確率は非現実的なほどに低いので、事実上常温常圧でもダイヤモンドはダイヤモンドのまま存在できます。

0℃以下になった水も、その安定相は当然に固体である氷です。ところが上記のダイヤモンド→グラファイトの場合と同様、水が氷に変化するにはある障壁を乗り越えなければなりません。実際にはその障壁は大して高くないので水を凍らせるのは別に難しくないのですが、いずれにしても「きっかけが必要」とは言えます。
水に限らず液相→固相の変化において、このきっかけ(あるいは障壁)に相当するのが「核発生」です。核発生理論についてはすでに十分な検討がなされ、学説としては確立しています。

いま液体が融点以下に冷やされて、下の図のように液体の中に小さな固体の粒(核)が発生したとします。この粒は大きく成長できるのでしょうか、それともやがて消滅してしまうのでしょうか。

 液体
   / ̄\
   │固体 │
   \_/

この場合のエネルギー収支を考えてみると
・液体が固体になったことによりエネルギー的に得した分(潜熱放出)

・液体と固体との境界が生じたことによりエネルギー的に損した分
があります。後者のことを「界面エネルギー」などと呼びます。界面エネルギーの概念はややなじみにくいかとも思いますがとりあえずは、異なる相が接している場合にその部分に余分なエネルギーが必要になる、と理解すればよいでしょう。
さて、液体が固体になったことによる自由エネルギー低下分は固体部分の体積、すなわち半径の3乗に比例します。後者は表面積に比例しますから、結局半径の2乗に比例します。これらを差引きして考えると、半径rが大である核ほどエネルギー的に安定であることになります。逆に小さな核はエネルギー的に不安定なため、やがて消滅してしまうことになります。
「小さな核はやがて消滅してしまうのであれば、いつまでたっても核は成長できないのではないか?」
これもおっしゃる通りです。しかし実際には核は生成します。それはどういうことかと言うと、分子は常に離合集散を繰り返しているわけですが、その集合体がたまたま生き残れるために必要な大きさに(確率的に)達したとすると、その先は安定して成長できるようになるからです。

もう少し、数式も取り入れながら説明したいと思います。
いま液相中にnモルの固相が析出し半径rの結晶相(固相)が発生したとします。その場合の自由エネルギー変化ΔG(n)は
ΔG(n)=4πr^2 γ-nΔμ  (1)
と表されます。γは液相-固相の界面エネルギー、Δμは1 molあたりの自由エネルギー変化です。Δμは過飽和度(過冷却度)の関数であり、過飽和度が大きくなればΔμも大きくなります。

析出する結晶相を球形に近似すれば、結晶相のモル体積をνとして
ΔG(r)=4πr^2 γ-(4πr^3 Δμ)/3ν  (2)
と表されます。
(2)をrで微分して0に等しいとおくと、ΔG(r)が極大をとるrの値が
r=2γν/Δμ  (3)
と求まります。
このrの値を臨界半径(臨界曲率半径)などといいr*で表します。これ以上大きいサイズの原子クラスター・分子クラスターであれば、大きくなればなるほど自由エネルギーが下がりますから安定して成長することができます。
Δμを大きくすれば、換言すれば過冷却度を大きくすればr*は小さくなり、確率的なゆらぎで発生した核は小さいものでも生き残れるようになります。よって水の場合、0℃ではすぐに凍らなくとも、-1℃、-2℃と温度を下げればΔμが大きくなり、ついには発生した核が安定して成長し次々と凍ることになります。これが過冷却現象の正体です。
核発生についてご興味があれば参考ページの[1]などもご覧ください。

ついでに、正しい知識について整理しておきましょう。
水を0℃以下の場所に置けばいずれはその場所と同じ温度になるのは確かです。そしてその温度になるのであれば、どれだけ時間がかかろうとも最終的には凍ります。大気圧で0℃以下の環境における水の安定相は、液体でなく固体だからです。「大気圧で0℃以下の環境で、液体の水は平衡状態にはない」なんて当たり前のことを言っているに過ぎません。
過冷却によって0℃以下の水が液体の状態を取りうるのは事実ですが、それは過渡的な現象に過ぎません。「いずれは」と言うなら仮に過冷却がおきようとも、水は最終的に「氷になる」というのが正しい帰結です。過冷却がおきたからといって、0℃以下の環境において水が安定相となることはあり得ません。

また過冷却の水が凍り始めれば確かに潜熱を放出し水の部分の温度は上がります。しかし水の部分の温度が0℃になったからといって凝固が停止するわけではありません。0℃(より厳密に言うなら水の融点)において、水と氷は任意の割合で共存できます。「過冷却状態の水の当初の温度によって、0℃になった時の氷水の氷/水の分量が違ってくる」というのは何かの間違いでしょう。水/氷の系と外界との間にエネルギーのやり取りがないなら分量は変わってきますが、今は「系を0℃に保つ」という条件を付けているのですから、系と外界との間にエネルギーのやり取りがあることは前提となっています。
「-80℃の過冷却状態の水なら、わずかの刺激で全部凍る」というのは間違いではありませんが、「-80℃より高温の過冷却状態の水なら、必ず水の部分が残る」というのは間違いです。上記と同様に外界との間にエネルギーのやり取り(具体的には系からの熱の排出)があるからです。外界とのエネルギーのやり取りがない(完全断熱条件)なら正しいです。

【参考ページ】
[1] 核生成 http://www.jsup.or.jp/shiryo/tenbo.html#h13
「第3章 無容器浮遊溶融プロセシング 資料(2)」のpdfファイルをダウンロードしてお読み下さい。

参考URL:http://www.jsup.or.jp/shiryo/tenbo.html#h13

過冷却がなぜ起こるのか?と問われれば、その答えは「融点以下の液相は固相として存在するのが熱力学的に最も安定だが、実際に凝固するためには「核発生」というきっかけが必要だから」という答えになります。

過冷却現象はエネルギー的な安定の観点からだけでは説明できません。動的な成長理論(核発生理論)を考えて初めて説明されます。
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Q光の回折はなぜ起こる?

光の回折と干渉について調べるうちにふと疑問に感じたことなのですが、そもそも回折という現象はなぜ起きるのでしょうか?
わたしが調べた限りでは、回折が起こる理由についての記述は発見できませんでした。ご存知の方がいらっしゃいましたら、ご教授いただけますと幸いです。

Aベストアンサー

光などの波は直進するものである、という一見常識的な考え方が、実は正しくないのです。

厳密な解釈をするには、量子電磁力学を学ばないといけませんが、
ちょっとだけさわりを言いますと、

A地点とB地点があり、両地点間には何の妨げもない状況を考えますと、
Aから出発した光はBに向かって真っ直ぐまっすぐ進む、というのが古来からの常識でした。
それが正しくないのです。

とにかく、光が進むスタート地点がA、ゴール地点がBでありさえすれば、光というものは元来、どのような経路を通ってもよいのです。(←これが最重要)
野球のピッチャーの球種に例えれば、カーブでもシンカーでもフォークでもよく、
また、Aの背面へいったん、ぐるりと遠回りしてからBへ向かってもよく、
とにかく、どんな経路でも通るのです。

つまり、
「直進するはずなのに、なぜ回折が起こるか」
という考え方は逆でなのであって
「なぜ直進する(ように見える)のか」
という考え方が正しいのです。

そして、考えられるすべての経路について光の位相のベクトルを合算(積分)した結果、
A地点とB地点の間を「直進」するのと、ほぼ同じという結果になります。

A地点とB地点とを結ぶ直線上に障害物があっても、上記のとおり、光は直進経路以外の道を進みます。


1ヶ月ほど前の、別質問への私の回答
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa3013771.html

光などの波は直進するものである、という一見常識的な考え方が、実は正しくないのです。

厳密な解釈をするには、量子電磁力学を学ばないといけませんが、
ちょっとだけさわりを言いますと、

A地点とB地点があり、両地点間には何の妨げもない状況を考えますと、
Aから出発した光はBに向かって真っ直ぐまっすぐ進む、というのが古来からの常識でした。
それが正しくないのです。

とにかく、光が進むスタート地点がA、ゴール地点がBでありさえすれば、光というものは元来、どのような経路を通って...続きを読む

Q屈折率回折格子

屈折率の周期的な空間変調を有する物質(屈折率回折格子)が、
回折格子として働く理由が分かりません。

イメージが沸くような説明をして頂けないでしょうか?
よろしくお願い致します。
(スリットの場合の回折については理解しているつもりです。)

Aベストアンサー

スリットの場合では回折した光において、光路差がd sin(a)(格子間隔:d、屈折角:a)だけできます。
光路差ができれば移動距離が長くなり、その分だけ位相の差が生じることになります。
位相がズレれば振幅が+、-の部分で打ち消しあう、つまり縞模様ができることにるわけです。

よく考えてみれば分かると思いますよ^^

Q円運動の問題で物体が面から離れない条件でよくN≧0をつかいますよね。で

円運動の問題で物体が面から離れない条件でよくN≧0をつかいますよね。でもN=0って面を離れる条件ではないんですか?なんでN>0ではないんですか?

Aベストアンサー

確かに離れていればN=0です。
でもN=0であれば離れているかときかれれば、そうとは限らないという返事になります。

面との接触条件で言うと
N>0から連続的に変化してN=0になります。そのあと離れればN=0が続くのですがN>0からN=0になったところではまだ離れていないのです。物体と面との距離は0です。
N=0で距離=0の点を通過しないとN=0で距離>0の状態にはなれないのです。

鉛直面内の円運動で最高点を通過する速さの条件を求める問題をよくみます。
最高点を通過する速さはv≧√(rg^2)であればいいというのが答えです。この等号はN=0に対応しています。N=0でもまだ離れていませんから最高点を通過すれば直ちにN>0が復活します。N=0ではv>0ですから最高点を通過できます。


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