光の性質，その３

・屈折率

屈折率とは何でしょう？
それは，
　媒質中の光速に対する真空中の光速の比
と考えてもらえばいいと思います（難しい話は置いておいて）．
つまり，光の速度は，ものの中を通過する場合に，遅くなるのです．

上の図で示したように，光がガラスに通過する際，その速度が低下します．
その度合いが，屈折率，なのです．
柄の場合には，約１．５，となります．
では，いくつかの物質の屈折率を見てみましょう．

この程度でいいでしょう．
この値はあくまで可視光での値です，波長，温度によって変化します．
石英ガラスは波長によってだいぶ変化するようですね（200ｎｍで1.54，1000ｎｍで1.45）．

・スネルの法則

これは皆さん，よくご存じでしょう．
二つの異なる屈折率を通過する光の進行方向が変化するもの．

その関係式は，

となります．
さて，どうしてこのようなことが起きるのでしょう？
きちんと，光学を駆使して，考えることはもちろんできます（たぶん）．
しかし，ここは生物物理，概念で理解すればいいのです．
そこで，以下のようなモデルを考えましょう．

ある人が，Ａ地点からＢ地点に向かう場合，どの経路を取れば一番早く着くか，と言う問題．
ここで，川を通過する際には，歩む速度が遅くなる，ということにしましょう．
最短距離はもちろん，図の緑の経路．
しかし，これでは川を横切る距離が長くなってしまいます．
では，できるだけ川を横切らない経路は．．．．青い経路．
しかし，これではかなりの距離となります．
結論は，赤い経路，移動距離も比較的少なめで，川を横切る距離も比較的少なめな経路が一番早く着くのです．
光の屈折もこのように考えてもらえればいいと思います，光が最短時間でつきたいと思うかはわかりませんが．．．

ここでおもしろいのは，屈折率の高い媒体から低い媒体へ光が進む場合，

ある角度で光が通過できなくなります．
　 ガラス(n=1.52)と空気(1.000)の場合，42度
　 水(n=1.33)と空気(1.000)の場合，49度
となるのです．
まるでガラスのように．．．．このことを，全反射，と言います．

実感するに一番いい例が，
　お風呂の中での時計の文字盤
です．
ちょうど上の図をしたから覗いた場合を考えてください．
水色の部分がお湯，白い部分が時計の中の空気，と思ってください．
時計を斜めにしていくと，急に時計の表面が銀色になることがわかります．
もちろん．．．．防水の時計で実行してくださいね．

この屈折の原理を応用したのが，レンズ，なのです．