2017-06

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≪ Weierstrass の定理 ALL 返信:誰か証明して(graviness blog) ≫

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光について 1

湖に写るヨセミテ国立公園です。水面に美しく写った景色は光の織り成す芸術といって良いでしょう。この場合水面は景色を映し出す鏡として働き、入射した光を我々の眼に届けてくれます。今回は光の反射について考えてみたいと思います。


遠く離れた位置にある一本の木が水面に写っているとしましょう。T地点にある木から出た光は水面のSで反射されて我々の眼の位置Oにとどきます。水面に写る木を見るということは光がT→S→Oという経路を通って我々の眼にとどく事です。さてここで光はT→S'→Oという別な経路を通って我々の眼にとどくことは可能でしょうか?もしそうだとしたら水面に写る木はSとS'の二つの位置で反射されて我々の眼にとどきます。つまり水面には木が二つ映し出される事になります。もしそうだったとしたら全ての像が二重にかさなり、ヨセミテの景色も上の写真のよう美しくは見えないでしょう。

light_reflection_fig02.gif


実は光には反射の法則『光の反射では入射角と反射角が等しい(下の図)』があるのでその経路は一つに限られてしまいます。上の図のように二つの異なる経路を通って反射されてくる事はありません。なぜなら二つの経路のうち一つは反射角が入射角に等しくならないからです。

light_reflection_fig03.gif


反射の法則は古くから知られており、光の直進性と共にユークリッドが光学(紀元前300年頃)の本で調べています。この法則は小学校の理科の時間に習うほど分りやすく、そして応用という面からも非常に大事な法則です。しかしなぜ反射の法則が成立するのかということに納得のいく説明が得られるまでユークリッドの時代から2000年程後のホイヘンス(1678年)の出現を待ちます。光は昔からいろんな人達に研究されてきました。その正体に関しては、光は粒子であるという『粒子説』と、光は空間を伝わる波であるという『波動説』の間をゆれ動きました。現代の量子論では光は「波の性質をもった粒子である」と考えられています。我々の日常生活では光の波としての性質が良く観察され、その粒子性はなかなか見えてきません。

因みに我々が眼で見る光は波長が300~800nm (1nm=10-9m)程度の電磁波であることが知られています。つまり光もMaxwellの電磁気学で記述されるわけです。光りに関する全ての法則(量子的な性質は除く)はMaxwell方程式から導くことが可能です。もちろん光が波としての性質を持つ事もMaxwell方程式からでてくる結論です。
次回以降光の波としての性質に注目して反射の法則を考え直してみたいと思います。

おわり

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