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光の“正体”は?

光は曲がる?くっ折(くっせつ)と反射(はんしゃ)

光はまっすぐに進み、もののさかい目でくっ折(くっせつ)する

光は、すきとおっていて、ムラのない物質(ぶっしつ)※1の中なら、まっすぐに進みます。たとえば空気やガラス、水の中などです※2。ところが、水とガラス、空気と水など、性質(せいしつ=もともとからもっている特ちょう)がちがう物質のさかいめ(=境界(きょうかい)といいます)に、ななめに差しこんだときには、折れ曲がって進みます。これを「くっ折」といいます。
くっ折がおきるときの光の折れ曲がりぐあい(=くっ折のしかた)は、水・ガラスといった物質ごとにだいたい同じで、それをくっ折率(りつ)※3という数字であらわします。さらに、くっ折がおきるのは、ちがう物質の境界だけではありません。同じ空気でも熱い空気と冷たい空気、同じ水でも真水とさとう水…というように、ほんの少し性質がちがうだけでも、その境界でくっ折がおこります。

※1 じっさいにある「もの」。空気のように目に見えない「物質」もあります
※2 光は宇宙(うちゅう)空間など、物質のない空間、つまり真空(しんくう)の中でもまっすぐに進みます
※3 光が空気のない真空を進むときの速さを、物質の中を進むときの速さでわった数字。その物質が光の通り道をどれぐらい折り曲げるか…という度合いがわかり、くっ折率が近い2つの物質の境界では、光の曲がり方は小さくなります

実はカメラや望遠鏡などのレンズに使われているガラスには、さまざまな種類があります。ガラスにいろいろな金属(きんぞく)などをまぜることで、くっ折率など、光に対する性質を変化させています。性質のちがうガラスのレンズを組み合わせることで、レンズ全体の性能を大はばにアップさせることができるのです。

「くっ折」のおき方

「くっ折」のおき方

カメラレンズには性質のちがうレンズがいくつも入っています

カメラレンズには性質のちがうレンズがいくつも入っています

光はものの表面で反射(はんしゃ)する

光は、くっ折とはちがうしくみで折れ曲がることがあります。たとえば、特別な場合※1をのぞき、光はとう明でないものにあたると、はね返るという性質があります。これが「反射」です。
このとき、あたったものの表面のようすによって、バラバラの方向にはね返る場合(=「乱反射(らんはんしゃ)」といいます)と、一方向にはね返る場合(=「鏡反射(かがみはんしゃ)」といいます)があります。ふつうの場合、ざらざらした面では乱反射になり、つるつるでなめらかな面だと、鏡反射になります。

カメラやそうがん鏡などの中には、ミラー(=鏡)やプリズム※2によって光の向きを変えるしくみが入っていることがありますが、このときに利用しているのが、「鏡反射」です。

※1 光がまったく反射しないような真っ黒の表面にあたったときです。しかし、じっさいには完全に光が反射しない面はほとんどありません
※2 光を通すと、曲げたり、分かれたりさせるはたらきをもつもの

「乱反射」と「鏡反射」

「乱反射(らんはんしゃ)」と「鏡反射」


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