松本の光学講座 2024;復習5/Basic theory-3/ 超基礎からの復習-3 屈折の法則

 光が最小所要時間の経路を通ることから、所要時間の関数を立てて微分することで、純粋に代数的に屈折の法則を導入できますが、数式を敬遠される傾向が分かったので、今回は純粋に幾何学的、視覚的に納得いただけるモデルを作りました。
 光が光学的密度(屈折率)が異なる界面で屈折する事実—-①、また、平面波(無限遠からの平行光線)の波面(光線に垂直な面)は、屈折前後で崩れない—-② ことも前提として受け入れてください。
さらに、光の進行速度が屈折率に反比例する事実。—③ も認めてください。
 つまり、AC間の光の進行速度は、BD間の N 倍になるということです。
 波面ABがCDに至る時、ACを移動する時間とBDを移動する時間が同じでないと、上の前提が崩れます。
  これより、
  sinθ = Nsinθ が確定するわけです。(∵ AC = N・BD)
( x軸より上が空気の例ですが、両サイドともガラス等(/ 液体)であれば、
  Nsinθ = N’sinθ )
*BC=1 と置くと分かりやすいです。