[일반물리학실험] 빛의 굴절 및 편광실험 예비보고서
1. 실험목적
빛의 성질인 직진성과 반사의 법칙을 확인하고 횡파이며 전자기파이기 때문에 생기는 빛의 편광현상을 관찰한다.
2. 이론
(1) 빛의 직진성과 반사의 법칙
규칙적인 반사는 거울과 같은 평면에 입사된 때 일어나고, 반사 후 빛의 방향은 입사광선의 방향에 의해 결정된다. 반사 후 광선의 진행방향은 다음과 같이 반사의 법칙에 의해 결정된다.
“규칙반사가 일어날 때”
① 입사각과 반사각은 같고,
② 반사광선은 입사면 내에 있다.
여기서 입사면이란 입사광선과 거울의 법선으로 이루어지는 평면을 말한다.
반사의 법칙은 다음과 같은 페르마의 원리에 의해 설명된다.
‘빛이 한점에서 다른점으로 전파되어가는 경로는 걸리는 시간이 최소가 되는 경로이다.’
(2) 빛의 굴절과 전반사
① 빛의 반사와 굴절
빛이 두 매질의 경계면을 통과할 때 직진하지 않고 꺾어지는 현상을 굴절이라 한다. 빛의 굴절 역시 페르마의 원리에 의해 설명될 수 있다.
굴절 후 광선의 방향은 굴절의 법칙(또는 스넬의 법칙)에 의해 결정되는데 수식적 표현은 다음과 같다.
여기서 n:매질의 상대굴절률, i:입사각, r:굴절각, , 는 각각 매질 , 에서의 빛의 속도, , 는 각 매질에서의 굴절률, 는 전반사 조건의 임계각이다.
매질의 굴절률은 즉, 진공 속에서의 빛의 속도와 그 매질 내에서의 빛의 속도의 비이다. 공기 중에서의 빛의 속도는 진공 중에서의 속도와 거의 같기 때문에 대부분의 경우 공기의 굴절률을 1로 간주한다.
② 빛의 전반사
빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진행할 때 굴절각은 입사각보다 크다. 입사각을 증가시키면 어느 임계치에서는 굴절광선이 경계면을 따라 진행하게 되고, 더욱 커지면 굴절광선이 없어지고 빛은 모두 전반사된다. 즉, 임계각이란 굴절각이 90 일 때의 빛의 입사각을 말하며, 입사각이 임계각보다 크면 빛은 전반사하게 된다.
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2014.04.18
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