全反射に迫る“見えない世界”：イルカが“消える”不思議

水に入った細長いペットボトルにイルカの人形を入れて観察すると、ある角度からイルカが見えなくなってしまう現象があります。透明なはずなのに、中のものが見えないのはなぜでしょうか？これは、“全反射”という光の性質が関係しています。
水と空気では屈折率が異なり、水のように「屈折率が高い媒質」から空気のような「屈折率が低い媒質」へ光が進むとき、入射角が大きくなると境界で光がすべて反射されてしまうため、境界の向こう側が見えなくなるのです。

全反射とは？ 基本のしくみ

全反射は、光が「屈折率が高い媒質」から「低い媒質」へ進む際、ある入射角（臨界角）を超えると、光が屈折せずにすべて反射してしまう現象です。まるで鏡のような効果で、境界面は光を強く反射します。たとえば、水（屈折率：約1.33）から空気（屈折率：約1.00）への境界では、特定の角度以上で光がすべて反射され、界面は鏡のように振る舞うのです。

臨界角って何？ 計算式も解説

全反射が起こる境界の条件を示す「臨界角」（θₓ）は、スネルの法則から以下のように求まります：

ここで、n₁は入射側の屈折率（水）、n₂は反射側（空気）の屈折率です。全反射が起こるには、n₁ > n₂ という条件が必要です。

つまり、水中から斜め上を見たときに、その角度が臨界角を超えると光は曲がらず反射のみになり、向こう側は見えなくなります。

「見えない」から「鏡のようになる」へ：全反射の実例

水中から水面を見上げるとき、目と水平に近い角度で見ると、水面が鏡のように背景を映し出すことがあります。これは全反射による強い反射の結果です。

また、光ファイバーではこの性質を利用して、光を曲げずに内部で進ませる技術が実現されています。コアとクラッドの屈折率差で光を全反射させ、離れた場所へ伝える仕組みです。

光の屈折率とは？

屈折率（n）は、真空中での光速（c）に対し、物質中での光速（v）がどれだけ遅くなるかを示す指標です。以下の式で表されます：

例えば、水の屈折率は約1.33なので、真空中より約1.33倍遅く光が進みます。

この屈折率の差が光の進む方向（入射角と屈折角）を決める重要な要素です。

まとめ：全反射の魅力をブログ調にギュッと一言で

「水面が突然鏡に変わる——それが光が描く、全反射という魔法。透明だった世界が、“見えない”ことによって、新たな“映る世界”を生み出す。」

この現象は理科の教科書だけではなく、日常の中にも潜んでいます。水面をよく観察すれば、ちょっとした角度で世界が変わる不思議に気づけるかもしれません。

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