臨界角

前回の光の屈折に関連する内容です。

光が水中から水面に向かって進むとき，入射角がある角度以上になると，その光は空気中に出ない状態になります。

これを全反射といいます。

中学ではこの程度の内容として習いますが，この全反射になる入射角にももちろん規則性があります。

それが臨界角です。

臨界角とは，屈折角がちょうど90度になるときの入射角のことをいます。

入射角が臨界角以上になると屈折光はなくなり，光はすべて反射しますので，これを全反射といいます。


では，この臨界角は何度でしょうか。

臨界角 i と，水に対する空気の相対屈折率を n12 とすると，i と n12 の間には，次の関係が成り立ちます。

　　sin i ＝ n12 ＝ n2 / n1

n1 ＝1.3330（水の屈折率），n2 ＝1.0003（空気の屈折率）なので，上の式は

　　sin i ＝ 0.75041

これを解くと，

　　i ≒ 49°

となります。

つまり，入射角がおよそ49度以上になると，全反射することになります。

これを踏まえて中学理科教材でも作図する必要がありますが，いろいろと教材を見ていると，入射角が49度未満で全反射している図をときどきみかけます。

そのようなわけで，中学の教材といえども全反射の図を制作する際は，入射角が49度以上になるようにして，科学的に正しい図にするようにしたいものです。