虹の物理

どこかで「虹は空気中の水滴によって反射されてできる」と聞いたことがあるかと思います。具体的には、
1.空気中の水滴に太陽光が入射する
2.水滴内に入るときに光が屈折する
3.屈折した光が、水滴内で1回or2回反射する
4.水滴から出てくる
というプロセスを経て、我々の目に光が届いてくるのですが、
光はその色によって屈折率が異なるため、"2"の段階で、太陽光がさまざまな色の光に分けられます。水滴がプリズムのような役割を果たすわけです。

"3"の段階で、水滴内で1回反射して出てきた光を「3次散乱光」、2回反射して出てきた光を「4次散乱光」といいます。虹は、この3次散乱光と4次散乱光が我々の目に届いた結果、見えるものなのです。

さらに詳しく言うと、虹は、上の画像のように、明るいもの（主虹）と暗いもの（副虹）の2種類が同時に見えるのですが、3次散乱光が主虹を作り、4次散乱光が副虹を作るのです。（ちなみに画像を見ればわかると思いますが、主虹と副虹では、色の順番が異なっています。この理由は、下の考察で述べています。）



今回は、この虹ができる角度について考えてみました。あわせて、色の順番が主虹と副虹で違う理由、そして主虹と副虹の間にできる「アレキサンダーの暗帯」と呼ばれるものについて、考えました。
前回と同じく、今回もpdfです。手抜きですいません。。。
こちらからどうぞ。

気体の状態変化…吸熱？発熱？

久しぶりの投稿です。今回は、最近マイブームの熱力学について考えてみました。テーマは、「ある状態変化が吸熱なのか、発熱なのか」です。これは、熱効率を考えるときに非常に重要な問題となってきます。
PV図にすると右上がり（↗）or左下がり（↙）となる過程では、その全過程を通して常に吸熱か発熱か、どちらかに決まります（右上がりならば常に吸熱、左下がりならば常に発熱）。しかし右下がり（↘）or左上がり（↖）になるような変化過程は、そう簡単にはいきません。変化している途中で吸熱から発熱に入れ替わったり、またはその逆、というのがあり得てしまうのです。

右下がりの過程

これは、次のように熱効率を聞かれたときに、きちんと考えなければいけない問題となります。

滑らかに動くピストンのついた円筒容器に単原子分子理想気体を入れ、図に示す通り、圧力pと体積VをAの状態からB,Cの状態を経て再びAの状態に戻るように変化させた。ただし、すべての区間は直線に沿っての変化である。 

 

この装置を熱機関として利用したときの熱効率を求めよ。 

（東工大・2000年（改）／図は東進過去問データベースより） 

この問題、A→Bの途中で吸熱から発熱に入れ替わってしまいます。

では、どこで入れ替わるのでしょうか。それは、このpdfをご覧ください。