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屈折とは

屈折のしくみ

 

結晶の光を当てると原子の並びによって光の進路が変わることを屈折と言います。

 

光の曲がる程度を屈折率と言い、高い宝石ほど輝きが強く良い光沢です。

 

光は真空中では秒速30万kmですが、物資の中に入ると速度が遅くなります。そのため光が物質に斜めに進入すると、光が物質に入った部分とまだ入っていない部分とで速度差が出るため曲がってしまいます。

 

戦車が曲がる時、片方のキャタピラだけ遅くするのと同じです。

 

つまり光が垂直に進入すれば屈折は起こらないのです。

 

屈折率

 

屈折率は真空中の光速を物資中の光速で割った値で鉱物固有の屈折率を絶対屈折率、2つの鉱物の境界面で屈折するのを相対屈折率と言います。

 

光が通過する速度は物質によって異なるので屈折率は物資によって異なります。

 

同じ物質でも光の波長によってッ屈折率は異なります。この効果を分散と言います。

 

光の波長が短いと屈折率が大きくなり、光の波長が短いと屈折率が小さくなります。屈折率が高いと正常分散、低いと異常分散とも言われます。

 

単屈折と複屈折

 

結晶の中に入った光が1つの屈折率でしか屈折しない性質を単屈折といい、この性質を示す固体を光学的等方体と言い、光が2方向に分かれて屈折する性質を複屈折といい、この性質を示す固体を光学的異方体と言います。

 

複屈折の場合2つの光線を通常光線と異常光線と言います。

 

屈折を利用した鑑定

 

水晶玉を本物か識別するための手段に複屈折を利用する方法があります。

 

天然水晶の場合、背景の景色が複屈折によってにじんで見えます。もしにじんで見えない場合はおそらく水晶では無くガラスか何かでしょう。

 

鉱物以外の屈折

 

鉱物以外の屈折としては、虹や蜃気楼などがあります。

 

また光以外に音も屈折することがり、特定の天候に限り遠隔地の鉄道の音が聞こえる現象もあります。

 

屈折研究の歴史

 

ギリシャ人のクレオメディスが屈折現象の研究を行い、さらにエジプトのアレクサンドリアで活躍したギリシャ人のクラオディオス・プトレマイオスはその研究を受け継ぎ入射角と屈折角が一定の比をなすという法則を発見しました。

 

しかし、角度が大きい時には不正確だったのでプトレマイオスは実験データを自分に都合の好いように解釈していた可能性があります。

 

その後西暦1000年頃に現在のイラクのバスラ出身のイブン・アル・ハイサムによって「光学の書」が書かれ鏡やレンズを使った屈折と反射の実験を行い光学の父と呼ばれましたが、その時点ではまだ研究は完全ではありませんでした。

 

そして、オランダの学者ヴィレブロルト・スネルが1621年に光の入射角と光の屈折角の関係に関する法則を発見しました。これが後にスネルの法則と呼ばれるようになります。

 

しかし、スネルの法則が世間に認知されるのは彼の死後70年語に同じオランダ人のクリスティアーン・ホンヘイスによって紹介されてからです。

 

現在、屈折に関する法則は主にスネルの法則が用いられています。


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