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Refraction

When light enters a medium that causes it to change speed it also changes direction.

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굴절

빛의 굴절

이사진은 무슨 마술을 보여주나? 아니면 실제로 빨대가 물에 들어가는 부분에서 끊어졌나? 이 두 질문에 답은 모두 "아니올시다"이다. 빨대에는 아무 이상이 없으며 여기에는 아무런 마술도 포함되지 아니했다. 이는 단지 빛이 다른 매체에 들어갈 때의 성질을 보여준다, 

빛의 속도와 물질

빛은 언제나 같은 속도로 진공 상태의 우주를 여행한다. 이 속도를 c로 표시하는데 그 값은 초속 3억 미터 또는 30만 킬로미터이다. 그러나 빛이  매체를 통과할 때에는 그 속도가 감소된다. 매체의 종류에 따라 그 속도가 달라지는데 아래 표에는 6가지 물질 속에서의 가시광선의 속도가 나타나 있다.  

           물질  빛의 속도    단위: 백만 m/s
   공기(Air)            299
   물(Water)            231 
   유리(Glass)            200 
   식용유(Vegetable oil)            150 
   알코올(Alcohol)            140 
   다이아몬드(Diamond)            125 

Q: 식초를 통과하는 빛의 속도를 예상해보라.

A: 식초는 대부분이 물로 되어 있으므로 식초 중에서의 빛의 속도는 물에서의 속도와 비슷할 것이다. 일반 식초 안에서의 가시광선의 속도는 초속 약 2억 3천만 미터이다 

빛의 굴절

빛이 한 매체에서 다른 매체로 들어가면 그 속도가 변한다. 예를 들어 빛이 공기 중에서 유리로 들어가면 속도가 느려진다. 만일 빛이 유리판에 수직(90 °)으로 부딪치면 속도는 느려지지만 빛은 유리를 곧장 통과한다. 그러나 만일 빛이 유리에 90 °가 아닌 다른 각도로 부딪치면 그 빛은 속도가 떨어짐과 동시에 굽어진다. 빛이 새로운 매체에서 속도가 감소하여 굽는 것을 굴절(refraction)이라 한다. 아래 그림은 굴절이 어떻게 일어나는지를 보여준다. 빛이 유리(Glass)를 통과해 다시 공기(Air) 중으로 들어가면 속도가 다시 변한다. 이때에는 속도가 증가되고 다시 굴절이 일어나 빛이 처음 진행 방향으로 돌아온다. 다음 사이트에서 빛의 굴절에 대해 더 자세한 내용의 비디오를 볼 수 있다. http://www.neok12.com/php/watch.php?v=zX0a6a7b01014b4e727a7f7b&t=Light-Optics

빛의 굴절:

굴절각

빛이 다른 매체로 들어갈 때에 얼마나 굽는지는 그 속도 변화에 따라 결정된다. 속도의 변화가 클수록 굴절각이 커진다. 예를 들어 빛이 공기 중에서 물로 들어갈 때보다 공기 중에서 다이아몬드로 들어가 때에 더 많이 굴절된다. 이는 빛이 물에서보다 다이아몬드 내에서 더 낮은 속도로 이동하기 때문이다. 

Q: 이제 처음 그림의 빨대가 왜 끊어져 보이는지 설명할 수 있겠는가? 

A: 빨대가 끊어진 것처럼 보이는 것은 굴절 때문이다. 빛이 유리잔의 물에서 공기를 지나 우리의 눈으로 들어오는 동안 속도가 변하고 굴절이 일어났다.  

요약

  • 빛은 빈 우주공간에서는 항상 일정한 속도로 이동한다. 이 속도는 c로 표시하며 그 값은 초속 3억 미터 또는 30만 킬로미터이다.  그러나 빛이 매체를 통과할 때에는 속도가 느려진다.
  • 만일 빛이 한 매체에서 다른 매체로 90 °가 아닌 각으로 부딪치면 빛의 속도가 변화되고 굽어진다. 이와 같이 빛이 굽어지는 것을 굴절이라 한다. 
  • 빛이 다른 매체로 들어갈 경우 굴절되는 정도는 빛의 속도 변화에 달려있다. 속도의 변화가 클수록 굴절각이 커진다. 

용어

  • 굴절(refraction): 빛이 새로운 매체에 비스듬이 부딪칠 때 속도가 변하면 굽어지는 현상 

연습

신기루를 본적이 있는가? 다음 사이트에서 어떻게 굴절이 신기루를 형성하는지 탐구하라. 그리고 아래 질문의 빈칸에 보기의 용어를 골라 써넣어라.  http://www.physicsclassroom.com/Class/refrn/u14l4c.cfm

신기루는 빛이 __________.가 다양한 공기 중을 통과할 때에 형성된다. 빛이 덜 조밀한 매체를 동과할 때에는 그 속도가 __________. 이 때문에 __________이 일어나는데 이는 빛이 __________.것이다. 사람의 뇌는 이 이미지(상)를 빛이 __________ 로부터 __________.되는 것으로 해석한다. 이처럼 보았다고 생각하는 이미지가 바로__________이다.

[보기:: 굽어지는, 밀도, 증가한다, 신기루, 반사, 굴절, 물]

복습

  1. "빛의 속도는 일정하다."는 말을 들어본 적이 있을 것이다. 이것이 사실인가? 왜 그런지 또는 그렇지 않은지 설명하라.
  2. 빛의 굴절이란 무엇인가? 언제 왜 굴절이 일어나는가?
  3. 공기 중에서 다이아몬드로 가시광선이 들어갈 때의 굴절을 그림으로 그려보라. 

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