未知の海洋惑星において、深海を満たす特殊な液体(以下、液体F)の光学的な性質を調べるため、特殊な光学結晶でできたセンサーが沈められた。 このセンサーの要となるのは、断面が正三角形 PQR (頂角 ∠P=60∘)の形状をしたプリズムである。プリズムは液体Fの中に完全に水没している。
探査船から液体F中へ向けてレーザー光を発射し、プリズムの面 PQ (第1面)に入射させる。入射した光は屈折してプリズム内部を進み、面 PR (第2面)に到達する。 この結晶の絶対屈折率は、入射する光の波長によって異なる値(分散)を示すが、液体Fの絶対屈折率 nf は可視光の波長域において一定であると仮定する。
以下の2つの実験を行った。
【実験1:青色光の照射】 青色光を用いたとき、結晶の絶対屈折率は ncB であった。面 PQ への入射角 θ0 を 0∘ から徐々に大きくしていったところ、幾何学的な関係から、面 PR への入射角は逆に徐々に小さくなっていった。そして、面 PQ での入射角が θ0B に達した瞬間に、面 PR に到達した光の入射角が全反射の臨界角まで小さくなり、面 PR から液体F中へ透過光が現れ始めた。
【実験2:赤色光の照射】 赤色光を用いたとき、結晶の絶対屈折率は ncR であった。青色光のときと同様に、面 PQ への入射角を 0∘ から大きくしていき、面 PR から透過光が現れ始めた(全反射の限界に達した)瞬間の面 PQ への入射角を θ0R とした。
光の進行はすべて正三角形 PQR を含む同一平面上で行われるものとし、液体Fの絶対屈折率 nf は真空の絶対屈折率 1 より大きく、かつ ncB,ncR よりも小さいものとする。 このとき、赤色光の面 PQ での入射角の正弦 sinθ0R を求めよ。
求められた sinθ0R の値は、以下の分母を有理化した形式で表される。
sinθ0R=CA−Bここで、A,B,C は自然数(正の整数)であり、A,B,C の最大公約数は 1 である。また、A は 1 より大きい平方因数を持たない(ルートの中身が最も簡単な状態になっている)。 このとき、A×B×C の値を半角数字で解答せよ。