視覚を明らかにする：光学
光学は、反射、屈折、レンズ、鏡といった現象に焦点を当て、光の振る舞いと特性を研究する分野です。これにより、光が物質や形状とどのように相互作用し、私たちの視覚を形作っているのかを理解します。光は表面に反射し、光は屈折して異なる屈折率の介在媒体を通過する際に曲がり、レンズは光を集光または散乱して像を形成し、鏡は光を反射して反射を作り出します。これらは、眼鏡、カメラ、望遠鏡などの技術の基礎となっています。
光学の概要
光学は、光の相互作用を支配する主な振る舞いとツールによって定義されます。以下に分解を示します。
- 反射: 表面に光が跳ね返る現象で、反射の法則（入射角と反射角が等しい）に従います。
- 屈折: 異なる屈折率の介在媒体を通過する際に光が曲がる現象で、スネルの法則によって支配されます。
- レンズ: 光を集光または散乱して、実像または仮想像を形成する光学デバイスです。収束レンズと発散レンズがあります。
- 鏡: 平面鏡、凹面鏡、凸面鏡などの反射面で、光を反射して像を生成します。
光学の例
反射の例
- 平面鏡に30°の角度で入射すると、30°の角度で反射します。
- 夜間に水たまりの光沢が月の画像を反射します。
- 車のサイドミラーがヘッドライトを反射して、運転手が後ろを見るのを助けます。
屈折の例
- 水のグラスに入れたストローは、空気と水との境界で光が曲がるため、曲がったように見えます。
- 光は空気（屈折率1）からガラス（屈折率1.5）に入ると、45°の角度で遅くなり、曲がります。
- 雨滴を通過する際に太陽光が屈折し、色を分離して虹が形成されます。
レンズの例
- 収束レンズが太陽光を集光して紙に火をつける。
- 発散レンズが光を広げ、メガネに仮想像を作り出す。
- カメラレンズはセンサー上に実像を形成する。
鏡の例
- 平面鏡は同じサイズで正面向きの仮想像を示します。
- 凹面鏡はメイクアップミラーで光を集光して実像を形成します。
- ストアの凸面鏡はセキュリティのために拡大された小さくされたイメージを作成します。