빛이 물질의 경계면을 통과할 때 꺾어지는 현상에 대해 생각해 보세요.
※ 원래 일부의 빛은 반사되나, 반사 효과는 없는 것으로 가정하였습니다.
※ 제시된 굴절률은 파장 589nm의 노란색 빛에 대한 자료입니다.
※ 파장에 따른 굴절률의 미세한 변화는 무시했습니다.
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유리평면에 의한 입사광선의 반사와 굴절 입사한 광선의 일부는 반사되어 나갑니다. 즉 유리면에서부터 튀어 나오듯이 멀어져갑니다. 나머지는 표면에서 굴절됩니다. 즉 유리면을 통과해서 그 안으로 들어 갑니다. 광선이 경계면에 수직으로 입사한 경우를 제외하고는 모든 경계면에서 광선의 진행방향은 항상 바뀝니다. 즉 입사광선이 경계면을 만나 휘어집니다. |
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입사각 θ1, 반사각 θ1`, 굴절각 θ2들은 경계면에 수직인 방향과 광선사이의 각도로 정의됩니다. |
반사법칙
반사광선은 입사평면 안에 놓여 있으며 다음의 관계식을 만족합니다.
| θ1 = θ1` |
굴절법칙
굴절광선은 입사평면에 놓여 있으며 다음의 관계식을 만족합니다.
| n1 sinθ1 = n2 sinθ2 |
여기서 n1은 차원이 없는 상수이며 첫번째 매질의 굴절률이라고 부르고 n2는 두번째 매질의 굴절률이라고 부릅니다.
어떤 물질의 굴절률은 c/v와 같습니다. 여기서 c는 진공에서의 빛의 속도이고 v는 물질에서의 빛의 속도입니다. 진공과 여러 물질들의 굴절률은 다음과 같습니다.
따라서 위의 애플릿의 경우, 다음과 같은 관계식으로 나타낼 수 있습니다.
| sin(입사각) = (매질의 굴절률) ×sin(굴절각) |
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굴절 현상 때문에 물고기는 실제보다 수면에 가까이 있는 것처럼 보입니다. |
여러 매질의 굴절률
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| 매질 | 굴절률a |
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진공 공기(STP)b 물 아세톤 에틸알콜 설탕물(30%) 비결정수정 설탕물(80%) 보통유리 소금결정 폴리스틸렌 특수유리 사파이어 고밀도유리 다이아몬드 |
1.00 1.00029 1.33 1.36 1.36 1.38 1.46 1.49 1.52 1.54 1.55 1.65 1.77 1.89 2.42 |
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a 파장 598nm 빛(나트륨등의 노란색 빛)에 대하여 b STP: 표준상태, 0℃이고 1기압인 상태 |
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진공에서는 굴절률이 1.0으로 정의되어 있고 공기중에서는 1에 매우 가깝습니다. (많은 경우 근사적으로 1을 쓰기도 합니다.) 어떤 물질도 1보다 작은 값을 가지지 못합니다.
| 굴절률이 다른 매질에 입사한 광선은 진행 속도의 차이로 인해 굴절 됩니다. (Fundamentals of Physics - Holiday, Resnick, Walker) |
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