2022年(令和4年)9月 (記事は8月に書いたものです)
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電磁気こぼれ話1
− 光と遊ぶ(ブルースターの角)−
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◆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」が「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°)
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ブルースターの角 |
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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 二枚目のガラス板に(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
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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) |
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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
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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) |
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◆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
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(B)の反射像 左:明るく見えた場合 右:やや暗く見えた場合 |
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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)
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◆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)
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※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