• ベストアンサー

物理の課題

入射光線の方向をS1=(x1,y1,z1)とし、 境界面の単位法線をN=(Nx,Ny,Nz)とする。 S1は単位ベクトルである。 このとき、 1、反射方向S2を計算する。 2、屈折率をn1,n2としたときの屈折方向を求める。 これらのとき方を教えてください。 2について、n1sinθ1=n2sinθ2 からどうにか出来ないかなぁと試行錯誤している最中です。 1は答えをどう表現したらよいかわかりません。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • Rossana
  • ベストアンサー率33% (131/394)
回答No.2

ベクトルとスカラーの区別をつけるためにここではベクトルの文字の後ろに↑を付ける約束とします. 境界面の単位法線ベクトルはどっちを向いているか指定されていませんが,以下光線の伝搬方向を正の向きとして定義します.N↑=(N_x,N_y,N_z) 反射の法則は ☆S_1↑-S_2↑=2(S_1↑・N↑)N↑ 屈折の法則は屈折方向を向く単位ベクトルS↑とすると Γ↑≡n_2S↑-n_1S_1↑を使えば ☆Γ↑×N↑=0↑ と表現できます. Γ=|Γ↑|=Γ↑・N↑は「非点定数」と呼ばれます. なぜこういう式で表現できるかは自分で考えてみて下さい.

moonmagic
質問者

お礼

回答していただいてありがとうございました。 答えがでました。

その他の回答 (1)

  • First_Noel
  • ベストアンサー率31% (508/1597)
回答No.1

課題とのことですのでヒントだけ. 1. 反射角は入射角と等しく,反射して行きます. 即ち,ある成分が逆方向になる=マイナスを付けます. 2次元で考えると,(x1,y1)の方向で進んでいたものが, (x1,-y1)へと反射して行きます. 3次元だと・・・境界面は何軸に対して垂直でしょうか? 2. 屈折率の異なる境界面では,光の速度のある成分が保存される,と考えてみて下さい. それはn1sinθ1=n2sinθ2を幾何学的に図示すると良いです.

関連するQ&A

  • 幾何光学と線形変換

    物理学の幾何光学の問題です。 入射光線の方向をs=(a,b,c)とし、境界面の単位法泉をN=(p,q,r)とする。ただし、sは単位ベクトルである。 1)反射方向tを計算せよ。 2)屈折率をn1,n2としたときの屈折方向uを求めよ。 私は幾何的なものが苦手でこの問題を座標または線形変換を使って解きたいのですがわかりません。教えていただけないでしょうか?お願いいたします。 (大学1年)

  • 波動・光の問題について

    光の問題について質問させていただきます。 問題:図の断面図に示すように均質なガラスでできた平板が空気中に置かれている。このガラスの上下左右の面は画面に垂直である。平板は屈折率nであり、また空気は屈折率1であるとする。平板の断面ABCDにおいてADの長さをLとする。また、この断面の形は長方形とする。図に示すように面ABCDに平行な光線を平板の端面ABに入射角θ1(0 <= θ1 <= π/2)で入射させた。次の問いに答えよ。 (1) 平板の端面ABに入射角θ1で入射した光の屈折角をθ2とする。このときsinθ2を屈折の法則をもとにn、θ1を用いて表せ。 (2) 平板内に進んだ光が平板のBC面に入射して、点Eにおいて全反射を起こすためには平板の端面ABにおける屈折角θ2はどのような条件を満たさなければならないか。n、θ2を用いて条件式を示せ。 (3) (2)の場合において、入射角θ1はどのような条件を満たさなければならないか。sinθ1と屈折率nの間に成り立つ条件式を示せ。 (4) 入射角θ1がいかなる値をとっても平板内に進んだ光線が平板の下面BCから外に出ないためには、屈折率の値がどのような範囲になければならないかを示せ。 (5) (3)の条件が満たされているとき、平板に入射した光線は図に示すように平板の下面BC、上面ADで交互に全反射を繰り返しながら平板の内部を進み、反対側の端面CDに達する。このようにして、光線が端面ABから端面CDに到達するのに要する時間をn、L、θ1、cを用いて求めよ。このとき、真空中の光の速さをcとする。 ---------------------------------------------------------------------------------- (1)、(2)の問題の答えは (1) sinθ2 = sinθ1/n (2) θ2 <= Cos^-1(1/n) であっていますでしょうか? (3)、(4)の問題も考えて、答えは出たのですが、(3)は θ2=Sin^-1(sinθ1/n) より cosθ2= √(n^2-sin^2θ1)/n となり、(2)で求めた条件式に代入して整理して、 θ1 => Sin^-1(√(n^2-1)) (4) はθ1が90°になった後気でも全反射が起こるようなnの範囲を求めればよいのかと思いまして、 θ2=Sin^-1(sinθ1/n) よりθ1=90°だから θ2=Sin^-1(1/n)  となり、(2)で求めた条件式に代入して整理して、 n <= √(2) となったのですが、明らかにおかしいので、(5)とともに解説していただきたいです。 長文になってしまい申し訳ないのですが、回答よろしくお願いいたします。

  • 物理 光学

    2種類の透明な誘電体の界面にS偏光の光が入射している。入射側と透過側の屈折をそれぞれN1、N2とする。ただし、N1>N2である。入射角がある角度に達すると全反射が起こる。これを臨界角という。この臨界角より大きな入射角をθⅰとし、界面からdだけ入った位置における電場と磁場はどのようになるか教えてください

  • 物理 光の全反射

    こんにちは。 納得できない問題があるので教えてください。 屈折率1.5の媒質中から空気中へ光を入射角i=30°で入射させる。 入射角を30°より大きくすると、全反射が起こるか。起こるとすれば、その臨界角をrとして、sinrの値を求めよ。 sinr/sin90°=1/1.5 より、sinr=0.67 これは理解できます。 でも、入射角30°って、sin30°=0.50ですよね? 入射角が臨界角以上のときに全反射が起こるから、0.67と0.50を比べたら、臨界角のほうが大きいので、全反射しないと思いました。 でも答えには、全反射は起こると書いています。 0.67は約sin42°みたいですから、入射角を30°より大きくしたとしても、42°以下の可能性もあるから、全反射するとは言い切れないと思うのですが... 教えてください。 回答よろしくお願いします。

  • 物理の質問

    物理の質問(難) 屈折率1.0の空気の中に、屈折率n(n>1.0),厚さdの薄膜が置かれている。図のように、空気中から薄膜に波長λの光が入射角iで入射する場合を考える。薄膜の上面で屈折して薄膜内に入射し、下面で反射して観測者の目に届く光線(1)と 、薄膜内の上面で反射して観測者にとどく光線(2)の干渉を考える。これらの光線は、A1,A2において同位相であったとする。 問題 n=1.5の屈折率で、異なる厚みをもつ薄膜に垂直に光が入射(i=0)する場合を考える。 入射する光の波長を4.0×10^2nmから7.0×10^2nmの間で変化させたとこと、反射波が強め合う条件を満たす波長が2個存在した。そのうち、長い方の波長は6.5×10^2nmであった。このとき,次の値をそれぞれ有効数字2桁で求めよ。 (1)強め合う条件を満たすもう1つの波長 解説 入射角i=0のとき,屈折角もr=0になり、反射光のつよめある条件は2nd=(m+1/2)λ(m=0,1,2,・・・・)・・・(3) 条件を満たす波長を短い方からλ1,λ2とおくと、問題文よりλ2=6.5×10^2nmである。また、λ1とλ2は(3)式右辺 の(m+1/2)が1ずれるので、λ1のとき(m+1/2+1),λ2のとき(m+1/2)とすると 2×1.5×d=(m+1+1/2)λ1,2×1.5×d=(m+1/2)λ2 上の2式より(m+3/2)λ1=(m+1/2)λ2 λ1=6.5×10^2nm×2m+1/2m+3 このλ1が、4.0<=6.5×10^2nm×2m+1/2m+3<=6.5×10^2 4.0<=6.5×2m+1/2m+3より,m>=1.1になりm=2・・・・・・以下省略 教えてほしいところ まず、解説を熟読したんですが、いったい何をやろうとしているのかまったく式から方針から結果の流れが理解できません。 後、m=3でもいいじゃないかと思ったんですが、波長が3個以上存在すると言われました。 なぜ、3個存在するのかという点と解答を砕いて説明していただけませんか?? 国語が得意な方よろしくお願いします。

  • センター試験実践問題物理

    図3のように側面が不透明な十分広い水槽に深さがdになるように屈折率nの液体を満たし、液面に半径Rの円板を乗せる、この水槽を置いた部屋の光源は複数あり、液体の上部の全ての方向から液面に光が入射すると考えてよい、このとき、円板の真下に全く光が当たらない小さな円状の影が水槽の底にできた、この影の半径はrであった、ただし、空気の屈折率は1とする 図3に示した角度θ[0]は空気中から液体中へ光が屈折するときの屈折角の最大値である、θ[0]とnはどのような関係にあるか、正しいものを、次の(1)から(6)のうちから一つ選べ (1)cosθ[0]=1/n (2)sinθ[0]=1/n (3)tanθ[0]=1/n (4)cosθ[0]=n (5)sinθ[0]=n (6)tanθ[0]=n 解説 θ=θ[0]のときφ=90°であるから1×sin90°=nsinθ[0] よってsinθ[0]=1/n となっていたのですが、これって臨界角に関する問題だと思うのですが、入射角がある程度の角度になると屈折角が90°になるって話ではないのですか?この問題の場合屈折角がある程度の角度になると入射角が90°になってるみたいなのですが、光が空気中から液体に入射して中に影が見えるって事ですが、これはどういう事なのですか?

  • 光の屈折について

    光を水に当てた時の屈折に関する質問です。 入射角θ1、屈折角θ2、入射する光の単位ベクトルをq、屈折した光の単位ベクトルをt、水面の法線ベクトルの単位ベクトルをn、空気の屈折率をn1、水の屈折率をn2をした時の屈折した光の単位ベクトルtを求めると、 t=n1/n2*[q-(q,n)+{(m2/n1)^2-1+(q,n)^2}^(1/2)] ※ただし、(q,n)は内積となります。 になるみたいです。 しかし、求めることが出来ません。 どの様に求めればよろしいでしょうか。 どうか教えてください。

  • 光の屈折について 先ほどの訂正

    光を水に当てた時の屈折に関する質問です。 先ほどの質問を訂正させていただきます。 申し訳ありません。 入射角θ1、屈折角θ2、入射する光の単位ベクトルをq、屈折した光の単位ベクトルをt、水面の法線ベクトルの単位ベクトルをn、空気の屈折率をn1、水の屈折率をn2をした時の屈折した光の単位ベクトルtを求めると、 t=n1/n2*[q-{(q,n)+{(n2/n1)^2-1+(q,n)^2}^(1/2)}*n] ※ただし、(q,n)は内積となります。 になるみたいです。 しかし、求めることが出来ません。 どの様に求めればよろしいでしょうか。 どうか教えてください。

  • 光を媒質感に対して垂直に入射させる場合屈折しない?

    高校物理にて、光を媒質感に対して垂直に入射させる場合は必ず一切屈折しない? 光を媒質間に対して垂直に入射させる場合、一般的に 相対屈折率n[12]=sinθ[1]/sin[2]にて θ[1]=0となるから、 0°≦θ<90で、それに従って0≦sinθ<1より、 sinθ[1]=0。 よってn[12]=0と相対屈折率が0だから、媒質に対して垂直に入射させた光は媒質間にて一切屈折せず、必ず直進か反射(真逆に直進)をするという事ですか?

  • 反射光ベクトルが理解できません

    反射光ベクトルの計算式 R=2(L・N)N-L ですが、 (Lは入射光ベクトル、Nは法線単位ベクトル) なぜ入射光ベクトルは物体の表面から光源へ向いているのでしょうか? 光源から物体へ向くのが正しいのではないですか? また、なぜ法線ベクトルを内積倍した後に2倍しているのでしょうか? よろしくおねがいします