ホイヘンスの原理と屈折の法則について【リモート授業】

ケン博士
 桑子研です。す。リモート授業用の教材として、今回はホイヘンスの原理をつかった屈折の法則の説明について解説していきます。 

光は曲がる!まずは次の動画を御覧ください。下が水で上が空気です。

光が曲がる現象を説明をする方法の一つとして、「ホイヘンスの原理」という手法があります。オランダの科学者のクリスティアーン・ホイヘンスが1678年に発見した手法で、素元波という基本的な波の広がり方の組み合わせで説明をすることができます。この手法を使うと、光が屈折する理由や屈折の法則を導くことができます。

素元波とはなにか?

池にむかって石をなげると、波紋が広がっていきます。これが素元波という基本的な波です。

ただし池を棒などで叩くと、線状の波が広がっていきますよね。これはホイヘンスの原理をつかって説明すると、素元波の重なりとして考えることができます。こちらの動画を御覧ください。

※ 今から紹介する動画はインタラクティブ教材としてScratchプログラミングで作成したものです。自分でもさわることができます。こちらからどうぞ。

※ Youtubeのサイトに飛ぶと、右側等に他の動画が表示されて気が散るので、このページ内で見ましょう。

このように波面の重なりが線状になるということで説明ができます。

光の回折

また波が堤防などの隙間をとおると、通った後に回り込む現象が起こりますが、これをホイヘンスの原理で考えると次のようになります。

光の反射

光が反射するという現象はホイヘンスの原理で考えると次のようになります。

光の屈折

それでは波が曲がる、屈折する現象はどのように考えればいいのでしょうか。ポイントは媒質が異なるため波の速度が変化するということにあります。

上の動画では波源をたくさん書きましたが、よく教科書にかかれているホイヘンスの原理の説明図では、この中から特徴的な1点の波源について説明され、屈折の法則が導かれます。こちらの動画をご覧ください。

波源がたくさんある場合にいては、プログラミングをしてみたので、こちらをご確認ください

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