物理 / 光学
スネルの法則計算機：屈折角と臨界角
2つの物質の屈折率と入射角から光がどの程度曲がるかを計算し、全反射が起こる臨界角を求められます。水、ガラス、ダイヤモンドなどの一般的な物質も一覧から選択できます。
スネルの法則計算機：屈折角と臨界角: n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂から屈折角を求めます。空気から水へ30°で入射した光は、法線側へ曲がって22.04°になります。逆に水から空気へ進む場合、48.63°の臨界角を超える光は水から外へ出られずに反射します。これが全反射です。 サーバーへのファイルアップロードは一切なく、100%ブラウザ内でローカル実行します。
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光は、屈折率の異なる物質に入る境界で進行方向を変えます。n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂で、角度は表面に垂直な線である法線から測ります。密度の高い媒質に入ると法線に近づく方向に屈折し、密度の低い媒質に入ると法線から遠ざかる方向に屈折します。臨界角を超えると光はまったく外に出られません。これが光ファイバーやダイヤモンドの輝きの仕組みです。屈折率は黄色光の値で、色によってわずかに異なります。
光ファイバー
ガラス製光ファイバーのコアはクラッドより屈折率がわずかに高いため、臨界角を超えて境界面に当たった光は全反射し、ほとんど損失なくファイバー内を数km進みます。
プリセット値
水1.333、クラウンガラス1.52、アクリル1.49、ダイヤモンド2.417は、ナトリウムの黄色光に対する標準値です。実際の試料では、温度や組成によって値がわずかに異なります。屈折ではなくピント合わせについては、レンズ方程式計算機で像ができる位置を求められます。
使い方
- 2つの物質の屈折率を選択または入力します。
- 法線から測った入射角を入力するか、スライダーをドラッグします。
- 屈折角と臨界角を確認し、図で光の進み方を見ます。
プライバシーと制限事項
すべての計算はブラウザ内で行われます。
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よくある質問
法線とは何ですか？
光が当たる面に対して直角に引いた線です。すべての角度は面からではなく、法線から測ります。
なぜダイヤモンドはきらめくのですか？
屈折率が2.42で、臨界角がわずか24.4°だからです。そのため、ダイヤモンドに入った光は外へ出るまで内部で何度も反射します。
なぜ屈折率は色によって変わるのですか？
ほとんどの物質は赤い光より青い光を大きく曲げます。そのためプリズムは白色光をスペクトルに分けます。プリセットは589 nmの黄色い光を対象にしています。
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