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コンテスト/Gnit Sunday Open 003 (GSO003)/第5問 【深海探査】未知の液体の絶対屈折率と分散センサー
第5問

【深海探査】未知の液体の絶対屈折率と分散センサー

終了
300 ptsLv.5 初級波動
2026/04/05 19:30〜2026/04/05 21:00
作成者:admin

問題文

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\text{PQR}PQR (頂角 ∠P=60∘\angle \text{P} = 60^\circ∠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\text{PQ}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\text{PR}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 nfn_fnf​ 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 ncBn_{cB}ncB​ であった。面 PQ\text{PQ}PQ への入射角 θ0\theta_0θ0​ を 0∘0^\circ0∘ 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\text{PR}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\text{PQ}PQ での入射角が θ0B\theta_{0B}θ0B​ に達した瞬間に、面 PR\text{PR}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\text{PR}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 ncRn_{cR}ncR​ であった。青色光のときと同様に、面 PQ\text{PQ}PQ への入射角を 0∘0^\circ0∘ から大きくしていき、面 PR\text{PR}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\text{PQ}PQ への入射角を θ0R\theta_{0R}θ0R​ とした。

光の進行はすべて正三角形 PQR\text{PQR}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 nfn_fnf​ は真空の絶対屈折率 111 より大きく、かつ ncB,ncRn_{cB}, n_{cR}ncB​,ncR​ よりも小さいものとする。 このとき、赤色光の面 PQ\text{PQ}PQ での入射角の正弦 sin⁡θ0R\sin \theta_{0R}sinθ0R​ を求めよ。

制約

  • プリズムの頂角: ∠P=60∘\angle \text{P} = 60^\circ∠P=60∘
  • 青色光に対する結晶の絶対屈折率: ncB=2.8n_{cB} = 2.8ncB​=2.8 (無次元量)
  • 赤色光に対する結晶の絶対屈折率: ncR=2.5n_{cR} = 2.5ncR​=2.5 (無次元量)
  • 青色光における境界の入射角 θ0B\theta_{0B}θ0B​ の条件: sin⁡θ0B=0.6\sin \theta_{0B} = 0.6sinθ0B​=0.6
  • 面 PQ\text{PQ}PQ における入射角 θ0\theta_0θ0​ は、法線から測った角度とする(0∘≤θ0<90∘0^\circ \le \theta_0 < 90^\circ0∘≤θ0​<90∘)。
  • 液体Fの絶対屈折率 nfn_fnf​ は波長に依存しない一定値。

入力形式

求められた sin⁡θ0R\sin \theta_{0R}sinθ0R​ の値は、以下の分母を有理化した形式で表される。

sin⁡θ0R=A−BC\sin \theta_{0R} = \frac{\sqrt{A} - B}{C}sinθ0R​=CA​−B​

ここで、A,B,CA, B, CA,B,C は自然数(正の整数)であり、A,B,CA, B, CA,B,C の最大公約数は 111 である。また、AAA は 111 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×CA \times B \times CA×B×C の値を半角数字で解答せよ。

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