「高等学校物理/物理I/波」の版間の差分

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光が空気中からガラスに入ると屈折するが、境界上での波の屈折(くっせつ)などの現象は、ホイヘンスの原理(Huygens' principle)によって、図のように解釈できる。
 
たとえば直線波は、波源が直線上に並ぶ無数の素元波の重ね合わせと見なせる、とホイヘンスの原理では、考えることができる。
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[[Image:Refraction - Huygens-Fresnel principle.svg|thumb|300px|ホイヘンスの原理による波の屈折]]
 
[[Image:Refraction on an aperture - Huygens-Fresnel principle.svg|thumb|300px|ホイヘンスの原理による波の回折]]
 
 
*実験
ある1点から伝わる波(例えば水面に何かを落とした場合)を作り、その様子を観察する。
 
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平面波(へいめんは、plane wave)の各点を波源とした場合、平面波の波面上の各点から等距離にある包絡線は、波面に平行な直線となる。このことから、平面波は直進することがわかる。
 
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回折は、すき間(すきま)が小さいほど、 あるいは 障害物が小さいほど、回折が著しくなる。これは、ホイヘンスの原理によって、すき間などが小さいほど、そのあいだにある素元波の数が少なくなるので、波面を構成している素元波の個数が減り、素元波1つ1つの特徴が露わ(あらわ)になるからだ、と考えられる。
=== 屈折 ===
[[Image:Refraction - Huygens-Fresnel principle.svg|thumb|300px|ホイヘンスの原理による波の屈折。(再掲)]]
 
また、光が空気中からガラスに入ると屈折するが、媒質が変化すると屈折が起きるのは、速度が変わるからである。ホイヘンスの原理の図から分かるように、境界面から先では速度が変化してしまうから、波面が屈折してしまうのである。
 
また、この屈折の角度の比率から、波の速度の比率を出せる。
 
:<math> \frac{\sin i}{\sin r} = n_{12} </math> (公式)
である。値 <math> n_{12} </math> が'''屈折率'''(くっせつりつ)である。
 
:(※ 公式導出の説明図を描いてください)
なぜなら、右図のように点A,B,C,Dを取ると、
:<math> \frac{AD \sin i}{AD \sin r} = \frac{v_1 t}{v_2 t} = \frac{v_1}{v_2} = n_{12} </math>
よって、
:<math>\frac{v_1}{v_2} = n_{12} </math> (公式)
である。
 
=== 回折 ===
[[Image:Refraction on an aperture - Huygens-Fresnel principle.svg|thumb|300px|ホイヘンスの原理による波の回折]]
:(※ 未記述)
回折は、すき間(すきま)が小さいほど、 あるいは 障害物が小さいほど、回折が著しくなる。これは、ホイヘンスの原理によって、すき間などが小さいほど、そのあいだにある素元波の数が少なくなるので、波面を構成している素元波の個数が減り、素元波1つ1つの特徴が露わ(あらわ)になるからだ、と考えられる。
 
====== 反射 ======
平面波が壁などにぶつかったとき、壁の各点を波源とした包絡線は、壁と平面波の波面の角度を保って、方向を反対にした平面となる。これは、反射(はんしゃ、reflection)の法則を表す結果である。
 
:作図
:[[画像:Reflection angles.svg|200px|反射]]