屈折

定義

波や光が、異なる媒質の境界を通るときに進む向きが変わる現象。

媒質が変わることで波の速さが変化し、その結果として進行方向が曲がる。

イメージ

空気中から水中に光が入ると、進む向きが途中で折れ曲がるように見える。
これは、水中の方が光の進む速さが遅くなるためである。

つまり、波は速さが変わると進む向きも変わる。
速い媒質から遅い媒質に入ると、進行方向は境界の法線に近づく向きに曲がる。

数式

屈折の基本的な関係はスネルの法則で表される。

\[n₁ \sin θ₁ = n₂ \sin θ₂\]

\(n\)：屈折率（無次元）
\(θ\)：入射角・屈折角（法線から測る角度）

また、屈折率は波の速さと次の関係をもつ。

\[n = \frac{c}{v}\]

\(c\)：真空中の速さ（m/s）
\(v\)：媒質中の速さ（m/s）

ポイント

• 屈折は「速さが変わること」によって起こる（向きが直接変わるわけではない）
• 角度は必ず「法線（境界に垂直な線）」から測る
• 速い → 遅い媒質では法線側へ、遅い → 速い媒質では法線から離れる