a) 水中の魚が大きく見える


水槽の中の魚が大きく見えたり、釣りをなさる方だと釣り上げた魚が思ったよりも小さく感じる経験をなさっていると思います

下左図に水槽内に上下同じ大きさのチャートを半分水中に浸して撮影した写真を示します
下段の水中に浸かっているチャートは上部の大気中のチャートより大きく見えます

これは光の屈折による現象です
下右図の上図は大気中で物点Aを見た場合を、下図は水中に上図と同じ位置に物点Bがある場合を示します
物点Bから射出する光線(青の実線)は、水と大気の界面で屈折し、赤の実線になります
眼で見ると、水中の物点Bは赤の実線の延長線(赤の破線)上のB’点に見えることになります
つまり、水中の魚などの物体は大気中で見るより近くに見えるため、大きく見えることになります

a, bの関係

下右図に水中での光線図の詳細を示します

物点Bからの射出光線の水面での光線高さを [c] とすると、
c/a= tan(u)
c/b= tan(u’)
a・tan(u)= b・tan(u’)
a/ b= tan(u’)/ tan(u)・・・①
ここでu, u’が小さな値とすると、
tan(u)= sin(u), tan(u’)= sin(u’)
①式は、
a/ b= sin(u’)/ sin(u)・・・②
ここで [sin(u’)/ sin(u)] は屈折率(n)を示すので
②式は、
a/ b= n もしくは b= a/ n

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