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物理について質問ですが、屈折の前後で波の振動数が変化しないのは何故でしょか?教科書には当然のように、屈折の前後で波の振動数は変化しないというような記述になっています。

教えて!goo グレード

A 回答 (4件)

当然だから振動数は変化しないと書いてあります。


振動数とは1秒間に何回振動するかと言うことですから、元の振動数から変わるには場所によって時間の進み方が変わることになります。
私たちが住んでいる空間では時間は同じ進み方をすることで物理法則が成り立ちます。

もっとも相対性理論によれば非常に高速で運動していたり強い重力があると時間の遅れが発生することがわかっています。
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真空中から媒質中に振動数μを持つ電磁波がやってくる場合を考えます。


入射する電磁波(Ei)によって、媒質表面付近の電子は全てμで振動します。
そしてそれらの電子を波源とする、振動数μを持つ新たな電磁波(En)が発生します。
EiとEnを全て重ね合わせることにより、真空側に振動数μを持つ反射波が、媒質側に振動数μを持つ透過波が形成されます。
この透過波こそ、屈折された電磁波です。
このように屈折という現象のプロセスを考えると、屈折の前後で電磁波の振動数は変化しないことが分かります。
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屈折と言うのは伝達速度が途中で変わるからおきる訳です。



高速道路を例にとると秒速30m(時速108km)の車が10秒間隔でスタートするとします。
車の間隔は300mです。
A地点でスピードを半分に落とします。
A地点を見つめていると前の車がA点を通過した時点から10秒間で前の車が150m、後の車が300m走ります。

間隔が150mに縮まりますが秒速15mなので10秒間隔には変わりありません。
時間当たりの通過数、つまり振動数も変わらないと言うことです。
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変化しないのではなくて変化できないのです。


電界の境界条件を満たすために,違う振動数では満たすことができません。
ちょっと考えればわかりますが,振動数が違うということは刻一刻界面の両側の電界の強度が変ってしまうことを意味しますので・・

ただし例外があって,非線形媒体の場合(屈折率が電界強度によって変るもの,ニオブ酸リチウムや有機色素など)は2倍,3倍の振動数の波(高調波)が生じます。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%9E%E7%B7%9A% …
この現象は紫外線領域のレーザ光を得るために,可視光のレーザからこのような結晶により振動数が2倍,3倍の光を作り出す技術として実用化されています。
http://ntmlab.mech.okayama-u.ac.jp/equipment/qua …
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