基礎ゼミ 自然界の光(1) 屈折・分散・回折・干渉による現象

基礎ゼミ
16章 自然界の光(1)
屈折・分散・回折・干渉による現象
2016年 4月18日
谷田川綾太
はじめに
「東(ひむがし)の野にかぎろひの立つ見えて
かえり見すれば月かたぶきぬ」
柿本人麻呂
目次
• 自然光について ｰフラウンホーファー線
ｰ視角
• 太陽光による現象 ｰ日食, 月食
ｰ大気差による現象
ｰグリーンフラッシュ
ｰ蜃気楼
ｰ魚から見た外界
ｰ虹
ｰ暈（かさ）
ｰブロッケン現象
ｰシャボン玉の色
太陽光スペクトルとフラウンホーファー線
• 太陽光スペクトル
• フラウンホーファー線
視角
• 視角
• 身近な例
太陽の直径：月の直径 = 400：1
太陽までの距離：月までの距離 = 400:1
視角で比べるとほぼ同じであり、同じくらいの大きさに見える
日食・月食
大気差による現象
• 大気は不均一で屈折率は連続的に変化している
光が曲線を描いて観測者に到達することにより
実際の位置と見かけの位置に差αが生じる
α ： 大気差
グリーンフラッシュ(大気差による光の屈折)
• 青い成分のほうが
赤の成分よりよく曲がる
ことによる現象
蜃気楼
• 屈折率分布による光の屈折
• 光は屈折率の高い方へ曲がっていく
魚から見た外界
• 2つの媒質の境界における光の屈折
• 水中から水の外の景色を見ると180°の範囲の光線が届く
• 全反射で水底からの光線も目に届く
魚の目に届く光
水中から水面の見える様子
虹
• 空に浮かぶ無数の小さな水滴に太陽光が差し込んでできる
• 虹の色は分散によってできる
• 反射の回数が多い副虹は
主虹より光量が小さくなる
暈(大気中の氷の微結晶による屈折・反射)
• 太陽や月に氷の微結晶が無数に存在するかかったときに怒
る現象
• 内暈：太陽を中心に約22°の角をなす円の方向に出来る輪
• 外暈：太陽を中心に約46°の角をなす円の方向に出来る輪
暈
• 氷の結晶の中を光が屈折することでできる
偏角：プリズムに入射した光と射出
された光とがなす角
最小偏角の公式
δm:最小偏角, n:氷の屈折率, θ:プリズムの頂角
θ=60°
θ=90°
赤色(n = 1.3060)
δｍ = 21.536 δｍ = 44.880
青色(n = 1.3136)
δｍ = 22.112
δｍ = 46.514
ブロッケン現象
• 太陽光が見る人の背後から差し込み
影が前方の霧や雲に写った時に起こる現象
• 虹よりも比較的小さな水滴による光の回折によって起きる
シャボン玉の色（光の干渉による色）
• 経路差:2d
シャボン玉中の屈折率:n
•
λ = nλ’ より
媒質中の波長λ’ = λ / n
• シャボン玉表面での反射は
位相が πずれる
（強め合う）
2d = (m + 1/2)λ’
2nd = (m + 1/2)λ (m = 0, 1, 2 …)
まとめ
• 自然光、見かけの大きさ
• 光の直進性 ｰ 日食・月食
• 光の屈折
• 屈折・反射
• 散乱
• 干渉
ｰ 大気差、蜃気楼
ｰ 水中からみた水面、虹、暈
ｰ ブロッケン現象
ｰ シャボン玉
参考文献
• スペクトルとはなにか http://optica.cocolog•
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nifty.com/blog/2012/08/post-efe1.html
フラウンホーファー線
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9%
E3%82%A6%E3%83%B3%E3%83%9B%E3%83%BC%E
3%83%95%E3%82%A1%E3%83%BC%E7%B7%9A
月食 http://www.hirahaku.jp/kids/tenmongensyo/gessyoku/
グリーンフラッシュ
http://www.villaishigaki.com/greenflash.html
ブロッケン現象とグリーンフラッシュ
http://www.geocities.jp/kockspages/kouzan/phenomena.ht
ml
参考文献
• 魚津埋没林博物館ｰ蜃気楼
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http://www.city.uozu.toyama.jp/nekkolnd/mirageex/
お天気豆知識ｰ虹の不思議
https://www.bioweather.net/column/weather/contents/ma
me064.htm
外暈
http://butterflyandsky.fan.coocan.jp/sky2/gaiun/gaiun.html
太陽の光のいたずら http://www.syamaga.jp/nanimono/taikitoumi/kishokogaku.htm
シャボン玉と光の話
http://nanonet.mext.go.jp/nanotechkids/k-make/bubblet.html