進み具合

このコースについて

1849年、イポリット・フィゾーは720枚の歯を持つ回転歯車で、約17 kmを往復する光の時間を測りました。このコースでは光速を測る長い試みを、光の振る舞いを学ぶ6単元の最後で扱います。それ以前の単元は、影、鏡、ガラス、水、レンズ、虹という、自分の目で見られるものを扱います。

単元は影から始まります。皆既日食では月の影の暗い中心が覆う帯は幅50マイル未満のことが多い一方、半影は1000マイル以上に広がります。反射では、全身を映す平面鏡は身長の半分の高さでよいと学びます。屈折では、ダイヤモンド内部の光が外へ出られるのは法線から24.4°以内で表面に当たるときだけで、これが輝く理由です。レンズと眼では、25 cm先の本に焦点を合わせるため、眼の屈折力が約50から54ジオプトリーへ上がると示します。色の単元では、クラウンガラスの屈折率は410 nmの紫で1.530、660 nmの赤で1.512なので、紫がより曲がります。波の実験室はスネルの法則と薄いレンズの式で光線を描きます。光源を点まで縮めると半影が消え、物体の矢印を2Fより遠くへ動かすと像が小さくなります。

分散が歓迎されるとは限りません。OpenStaxは、光ファイバーに白色光を送ると時間的に広がってしまい、それが光ファイバー網でレーザーを使う理由の1つだと説明しています。

はじめる前に

屈折と色は、波と音で波長に出会っているとよくわかりますが、影と鏡の光線の単元はそれだけでも成り立ちます。いくつかの問題ではサインとレンズの式を使うので、三角比が役立つ背景で、電卓も要ります。

終わったら

学び終えると、相似な三角形で影の幅を求め、全身鏡の高さが身長の半分でよい理由を説明し、ダイヤモンドの臨界角を求められます。レンズがつくる像の位置を見つけ、目の屈折力をジオプターで表し、虹が出るには太陽がどこにあればよいかを述べ、フィゾーの歯車による光速の測定をたどれます。

関連するコース

運動
位置、速さ、速度、加速度を学び、落下や投射へ進みます。運動実験室では地球、月、火星でボールを発射し、動きを見ながら時間、高さ、飛距離を確かめられます。
力
押す力と引く力、摩擦や重力、そして力と運動を結びつけたニュートンの三つの法則を扱います。運動実験室では地球、月、火星で振り子を揺らし、測った周期を式と比べます。
エネルギー
仕事、運動エネルギー、位置エネルギー、エネルギー保存則、仕事率を計算例とともに学びます。エネルギー実験室では、エネルギーの棒グラフと摩擦のスライダーを使ってジェットコースターを動かせます。荷物を押したり持ち上げたりして、仕事や仕事率も確かめられます。
波と音
波とは何か、波長・振動数・速さの関係、音の伝わり方、波の重ね合わせ、弦や管が決まった音で響く理由、そして電磁波のスペクトルを学びます。波の実験室では、単元の本文と同じ式を使って、ロープ、ばね、管の中の音、波紋水槽、定常波を描きます。

このコースの出典 (16)

OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 25.2 The Law of Reflection (θr = θi, diffuse vs mirror reflection, image as far behind the mirror)
25.3 The Law of Refraction (Roemer 1676 data -> 2.26 × 10⁸ m/s, about 25% low; Michelson rotating mirrors with a fixed mirror 35 km away, 0.04%; c = 2.99792458 × 10⁸ m/s; n = c/v; Table 25.1 air 1.000293, water 1.333, ice 1.309, crown glass 1.52, flint 1.66, polystyrene 1.49, zircon 1.923, diamond 2.419; Snell's law; 30.0° -> 22.0° gives 1.33; air to diamond 30.0° -> 11.9°; zircon 1.56 × 10⁸ m/s; Ibn Sahl 984; Snell 1580 to 1626; lawn-mower analogy)
25.4 Total Internal Reflection (mirror more than 90%; θc = sin⁻¹(n2/n1); polystyrene 42.2°, water 48.6°, diamond 24.4°; fibre optics, cladding; corner reflectors on bicycles and on the Moon; binoculars)
25.5 Dispersion (Kamal al-Din al-Farisi 1267 to 1319, camera obscura and a water-filled glass vessel; Theodoric of Freiberg; Ibn al-Haytham; about six rainbow colours; Table 25.2 n at 660/610/580/550/470/410 nm; violet bent most; rainbow seen looking away from the Sun; secondary rainbow from two reflections; lasers disperse little)
25.6 Image Formation by Lenses (ray tracing rules, P = 1/f in diopters, 1/do + 1/di = 1/f, m = −di/do, 0.750 m object and f = 0.500 m -> 1.50 m and m = −2.00, magnifier do 7.50 cm -> di −30.0 cm and m = 4.00, Table 25.3 three cases)
26.1 Physics of the Eye (cornea and lens act as one thin lens, most bending at the cornea, cornea n 1.38, lens-to-retina 2.00 cm, near point 25 cm, power 50.0 D to 54.0 D, hair 1.20 × 10⁻² cm at 60.0 cm)
27.3 (Young 1801)
NASA science.nasa.gov/eclipses/geometry (umbra, penumbra; typical umbral path may be less than 50 miles wide, penumbra a thousand miles or more) and nasa.gov image article Diagram of Umbra and Penumbra (umbra shrinks, penumbra grows away from the Sun)
NASA Visible Light page (Newton 1665 prism experiment, 380 to 700 nm)
Royal Society, Fara 2015 commentary on Newton (1672) New Theory about Light and Colours (royalsocietypublishing.org/rsta/article/373/2039/20140213)
NIST Meter page (Evenson group 299 792 456.2 ± 1.1 m/s; 1983 definition fixes c = 299 792 458 m/s) and NIST J. Res. 1972 measurement (tf.nist.gov/general/pdf/527.pdf)
APS News July 2010, Fizeau (Galileo lanterns; Roemer 1676; Fizeau 1849, 313 300 km/s, about 5% high)
Wikipedia Fizeau's measurement (8633 m, 720 notches, 25.2 turns per second -> 313 274 304 m/s, 4.5% high) and Speed of light (Galileo proposal 1638; Foucault 1862 298 000 ± 500 km/s, −0.60%; Michelson 1926 299 796 ± 4 km/s)
Baez and DESY "How is the speed of light measured?" (same table)
NASA Moon Fact Sheet (mean distance 384 400 km)
IAU 2012 astronomical unit 149 597 870 700 m.

確認日: 2026-10-17