자연과학 업로드 일반물리학 실험 - 빛의 반사와 굴절 Report JA

자연과학 업로드 일반물리학 실험 - 빛의 반사와 굴절 Report
 

빛의 반사와 굴절




실험 목표
빛의 성질인 직전성과 반사의 법칙을 이해하고 굴절 현상을 설명할 수 있다.

실험 원리
1) 빛의 직진성과 반사의 법칙
빛은 그 진행경로를 방해하는 조건이 없는 한 직진한다. 이것은 어느 두 지점에서 빛을 측정할 경우 두 지점의 최단경로인 직선(직진)을 택한다. 이것은 빛이 측정용으로 쓰이는 가장 큰 이유일 것이다. 이러한 특징은 반사와 굴절에서도 같은 양상을 보인다.
규칙적인 반사는 거울과 같은 평면에 입사될 때 일어나고, 반사 후의 빛의 방향은 입사 광선의 방향에 의하여 결정된다. 하나의 광선이 반사후의 진행하는 방향은 다음과 같은 반사의 법칙에 의해 결정된다.
“ 규칙반사가 일어날 때”
가. 입사각과 반사각은 입사면의 법선에 대하여 그 크기가 같고,
나. 반사광선과 입사광선과 법선은 같은 평면에 있다.
여기서 평면이란 입사광선과 거울의 법선으로 이루어지는 평면을 말한다. 반사의 법칙은 페르마의 원리에 의해 설명된다. 이러한 페르마의 원리는 ‘최단시간의 경로’라는 표현으로 집약된다. 최단시간의 경로란 직진성을 의미하며 반사의 경로를 추적하기에 아주 적절하게 사용된다.
2) 빛의 굴절과 전반사
빛이 굴절률(물질의 고유한 특성)이 서로 다른 두 매질의 경계면을 통과할 때 직진하지 않고 꺾옂는 현상을 굴절이라 한다. 빛의 굴절 역시 페르마의 원리에 의해 설명될 수 있을 것이다. 굴절률이 상이한 물질내를 통과하는 빛은 그렇지 않은 경우와 같은 시간에 가튼 변위를 가지기 위해 꺾여지게 된다. 굴절 후의 광선의 방향은 스넬(snell)의 법칙이라고 하는 굴절의 법칙에 의하여 결정된다. 이 법칙은 입사각의 사인값과 굴절각의 사이값의 비는 주어진 파장의 빛에 대하여 주어진 두 매질의 굴절률의 비와 같다는 것이다. 또한 입사광선과 굴절광선 및 법선은 같은 평명(즉, 입사면)에 있다는 것이다. 사인 법칙의 수학적인 표현은 다음과 같다.

여기서 i 는 입사각, r는 굴절각, 은 매질 1에서의 광속도. 는 매질 2에서의 광속도이고, , 는 각 매질의 굴절률이다. 매질의 굴절률은 진공 속에서 광속도와 그 매질 내에서의 광속도의 비이다. 즉, 이다. 공기 중에서의 광속은 진공 중에서의 광속도와 거의 같기 때문에 대부분의 경우 공기의 굴절률을 1로 간주한다.
3) 빛의 전반사
빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진…(생략)
 

    
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