虹のしくみ — 雨粒の屈折・分散と42°の謎
高2 ✦ 物理 ✦ 波動 ✦ 光の屈折と分散·高2物理・波動
動かす前に — どうなると思う？
空気から水に入る光は、境界でどちらに曲がる？
ヒント: 速くなる？遅くなる？密な水の中では…
入射角 θᵢ59°
屈折率 n1.334
偏角 D138.0°
虹角（最小偏角 ✦）42.0°
中央の円は雨つぶ1個の拡大断面です。〈入射点〉＝光が当たる高さ、〈波長〉＝光の色。動かすと太い光線の「出口の角度」が変わり、色ごとに角度がずれて虹が7色に分かれます。
空の虹（太陽の高さで見え方が変わる）
太陽の高さ（高度）°
低い太陽（朝夕）ほど虹は大きく、約42°より高いと消える✅ 虹が見える（太陽高度 20°）
太陽の高さを変えると、虹が地平線から出たり沈んだりします。太陽が約42°より高いと虹は地平線の下に隠れて見えません＝真昼に虹が出にくく、朝や夕方に出やすい理由です。
虹って、空のどこにある？
その 1虹は空のある一点にあるのではなく、太陽を背にした自分の影の先（対日点）を中心に、約42°の円すいの上に見えます。だから近づいても逃げていくし、 見えている虹は人ごとに少しずつ違う「自分だけの虹」です。
なぜ色が分かれる？ — 屈折と分散
その 2- 雨粒に入った光は屈折→反射→屈折で曲がる。曲がりの合計が偏角 D。
- 水の屈折率は色（波長）でわずかに違うので、 赤と紫が別の角度で出てくる（分散）。
- 偏角が最小になる入射点に光が集まり、その角度だけ明るく光ります。
このページで何ができる？
その 3- 入射点の高さ b/Rを動かして、雨粒の中の光路と偏角の変化を見る。
- 波長（色）を変えて、赤と紫が別の角度で出る＝色が分かれる様子を見る。
- 反射回数を 2 にすると、約51°の副虹が現れ、色順が逆になる。
- 偏角グラフで、なぜ42°だけ明るいのか（最小偏角）を確かめる。