「空気から水に入るとき、角度はどちらが大きくなるのか?」という疑問に対する明確な答えは、「空気中の角度(入射角)の方が、水やガラスの中の角度(屈折角)よりも常に大きくなる」です。
光が折れ曲がる理由は、物質によって「光が進む速度」が異なるためです。光は真空中や空気中では秒速約30万キロメートルという猛スピードで進みますが、水の中では約22.5万キロメートル、ガラスの中では約20万キロメートルまで減速します。この境界面でのスピード変化が、進行方向のズレを生み出す根本原因です。
光の進み方を整理すると、次の2つのパターンに集約されます。
1. 空気から水・ガラスへ進む場合(速度:速い → 遅い)
光がブレーキをかけられる形になるため、光は法線に近づくように折れ曲がります。その結果、【入射角 > 屈折角】となり、屈折角の方が小さくなります。
2. 水・ガラスから空気へ進む場合(速度:遅い → 速い)
光が一気に加速して解放されるため、光は法線から遠ざかるように折れ曲がります。その結果、【入射角 < 屈折角】となり、屈折角の方が大きくなります。
「スピードが速い空気側の角度が常に広がり、スピードが遅い水中・ガラス側の角度が狭くなる」と覚えておけば、どのような問題設定でも迷うことはありません。