今回は 臨界角 について解説します。 臨界角 とは、簡単に言うと、 屈折角が90°となるときの入射角 のことです。……といっても、これだけではイメージが沸きませんよね。具体例をもとにみていきましょう。

次の図を見てください。下の媒質は屈折率nの水で、上の媒質は屈折率1の空気です。水中を進む光が、空気との境界面に入射するケースを考えます。

水から入射した光が境界面で屈折した場合、入射角をθ、屈折角をθ'とすると、
n×sinθ=1×sinθ'
が成り立ちますね。ここで、空気の絶対屈折率1よりも水の絶対屈折率nの方が大きくなることから、sinθ＜sinθ'となります。つまり、 入射角θよりも屈折角θ'のほうが大きい ということがわかります。

屈折率が大きいものから小さいものに光が入射する場合、入射角より屈折角のほうが大きくなることが分かりました。ここで、入射角θをどんどん大きくしていくことを考えます。すると屈折角θ'もどんどん大きくなり、やがて 屈折角θ'=90° となる瞬間が訪れます。

屈折角が90°になったときの入射角 を θ_c と書き、この角度のことを 臨界角 と言います。臨界角の値を知りたい場合は、屈折の法則の屈折角に90°を代入して、
nsinθ_c=sin90°
⇔ sinθ_c=1/n
と求めることができます。

公式として覚えるのではなく、臨界角とは屈折角が90°になったときの入射角であるということから、屈折の法則を用いて求められるようにしておきましょう。