子供のための物理学

光の波動としての振る舞い

このページでは、反射、屈折、回折など、波としての光の振る舞いをいくつか説明します。

反射

光の波動の中で最も重要なもののひとつが反射です。 私たちが目で見るのは反射した光ですが、光の反射の仕方によって、私たちが見る色も変わってきます。

波が新しい媒質に当たると、波の一部は表面で跳ね返ります。 表面がどの程度反射するかによって、どの程度の光（どの波長の光）が反射し、どの程度の光が吸収または透過されるかが決まります。

光が反射するとき、波が従う反射の法則に従います。 これは、光の反射波の角度が、入ってくる光の波の入射角と等しくなることを意味します。 例として、下の絵をご覧ください。

反射の種類

• 鏡面反射 - 鏡面反射とは、光線が表面から一方向に反射することです。 鏡面反射は、磨かれた銀や滑らかな水面など、ミクロのレベルで平らな表面で起こります。
• 乱反射 - 表面が様々な方向に光線を反射すること。 乱反射は、表面がミクロなレベルで粗い場合に起こります。 表面が紙のように滑らかに見えても、実際はミクロなレベルで粗いため、光線が異なる角度で反射するのです。

屈折

光は、ある媒体（空気など）から別の媒体（水など）に移動すると、方向を変えます。 これは「波」のような挙動で、屈折と呼ばれます。 このように、光は音波などの他の波と同じように振る舞います。 また、媒体から媒体への移動時に光波の速度も変化します。

水の中にストローを入れてみると、ストローが横に動いているように見えます。 これは、水の中に入ってきた光の波が曲がっているのです。

屈折率

光が物質の中でどのように振る舞うかを測定するために、科学者は屈折率を使っています。 これは、真空中の光の速度と物質中の光の速度の比です。 屈折率の式は次のとおりです。

n = c/v

ここで、nは屈折率、cは真空中の光速、vは物質中の光速である。

例えば、水の屈折率を1.33とすると、真空中の光速は水中の光速の1.33倍となる。

光のもう一つの性質は回折です。 光の波が障害物にぶつかったり、隙間を通ったりすると曲がります。 回折は、雲の周りの銀世界や、コンパクトディスクの表面の光のパターン（写真）で見ることができます。

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