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2022年(令和4年)9月 (記事は8月に書いたものです)


電磁気こぼれ話1
  

− 光と遊ぶ(ブルースターの角)−
◆光がガラス板の表面で反射するのは ありふれた現象ですが 2枚のガラス板を使うと 普通はあまり見られない現象が 見られることがあります それは「ブルースター(Brewster)の角」に関する現象で こういうふうに実験します ◆実験 二枚のガラス板を 「ある傾き」をもって配置します そして 一枚目のガラスで反射された光を 二枚目のガラス板で(ひねった向きに)反射させて 出てきた光を見ます そうすると ある部分だけは 光が来ません! だからそこだけが 暗く見えることになります ◆なんでそんなことが起きるのか? 普通 光がガラス板などに当る場合 色々な状態の光(ページ末参照)が 色々な角度で入って来ます ところが 光が「ある特定の角度」で入って来た場合 「ある特定の状態にある」光だけが反射されて出てきます 「ある特定の角度」「ブルースターの角」です (ちなみに ガラス板に対するブルースターの角は58.0°)
ブルースターの角
つまり (a)ブルースターの角は 「ある特定の状態にある」光だけを反射する フィルターのような働きをします 言い換えると (b)別の特定の状態にある」光 (上記(a)のような光を進行方向の周りに90°回転した光) だけを ブルースターの角で入射させたら その光は反射されて出てくることがない(透過していく) ということです 二枚のガラス板を使って 一枚目のガラス板で 普通の光を(a)のように反射させ 出て来た光を 二枚目のガラス板(b)のように入射させたら その光は出てこない だから ガラス板に写ったある部分だけが 暗く見えることになります ◆準備と 実験のしかた これをやるには 二枚のガラス板を 「ある傾き」に 保たないといけません さて どうやって傾きを保つ? しろうとができる? 結局 小学生の工作よろしく 傾きを大体の角度で示すような「ガイド」を段ボールで作りました
二枚のガラス板の角度を決めるガイド
(面(a)に沿って左から入って来た光は一枚目のガラス板で反射される
その光は更に二枚目のガラス板で反射され面(b)に沿って右に出てくる...
と予想されるが ブルースターの角で入射・反射した光は出てこない)
(なお 面(a)と一枚目のガラス板は直角になるようにする 
面(b)と二枚目のガラス板も直角 面(a)と面(b)も直角)
そして ・一枚目のガラス板は縁側のサッシの窓ガラスを利用し ・二枚目のガラス板を手に持って 「ガイド」を当てて  手の動きで傾きを調節することにしました ・そこで ガラス板に写る(反射された)光源を見ます 光源は天井灯です ・二枚目のガラス板の傾きを少しずつ変化させ 天井灯が一番暗くなる傾きを探ります
二枚目のガラス板に写った光源の反射像
(A)は 二枚目のガラス板だけで反射された像  
(B)は 一枚目と二枚目のガラス板で反射された像
(なお (A)の像は参考用にあげただけで 実験には関係ありません    
また 左側の写真で柱のように見えるものは (A)の像と同様に二枚目の
ガラス板だけで反射された柱の像なので これも実験には関係ありません)  
◆実験の結果 天井灯の反射像が暗くなるのを確認できました かなり暗くなりました(明るい時の2割くらいの明るさかな) 暗くなる領域の大きさは 何と言えばいいかなあ(具体的に言えない) それほど広くはなかったです
(B)の反射像
左:明るく見えた場合  右:やや暗く見えた場合

最も暗く見えた場合
(ガラス板をもっと傾けていくと 再び明るくなります)
◆感想 こんないいかげんなやり方でいいのかなあ でも予想が一応当って うれしいね (注意:ガラス板で反射される光とは別に  透過して来る光があると見にくいので ガラス板の裏側に黒っぽい紙などを貼り付けるといいです 今回は 一枚目のガラス板に窓を利用したので 外が暗い夜の間に実験をしました)
※ブルースターの角:これはブルースターという人が発見しました  「ブリュースターの角」とも書かれます  (英語の"brew:醸造する"は「ブルー」に近い発音のようです)
※なんでそんなことが起きるのか?:詳しい話は電磁気学の本などに  書いてあります 光は電磁波の一種です
※色々な状態の光:光には「偏り(かたより)」というものがあります  例えば  右手をピストルの形にします(人差指と親指だけをまっすぐ伸ばす)  この時 人差指の方向が 光の進む向きだとすると      親指の向きが 光の偏りの方向になります  人差指を同じ方向に向けたまま 手首を右や左にひねると  親指は 人差指を軸にして回り 色々な方向に向きます  それと同じように 光の偏りの方向も色々な方向に向きます  これが 色々な状態の光です