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• • • • 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 • • • • 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
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