빛의 굴절 : 요소, 법칙 및 실험 - 물리적 인 - 2026

빛 의 굴절은 굴절률이 다른 두 매체의 분리면에 빛이 비스듬히 입사 할 때 발생하는 광학 현상입니다. 이런 일이 발생하면 빛의 방향과 속도가 바뀝니다.

예를 들어 빛이 공기에서 물로 이동할 때 굴절이 발생합니다. 이는 굴절률이 낮기 때문입니다. 물속에서 몸의 모양이 자신이 가져야 할 방향에서 어떻게 벗어나는지를 관찰하면 수영장에서 완벽하게 감상 할 수있는 현상입니다.

아 토마

빛의 경우가 우리의 일상 생활에서 가장 대표적이고 가장 많이 존재하지만 다양한 종류의 파도에 영향을 미치는 현상입니다.

빛의 굴절에 대한 설명은 네덜란드의 물리학 자 Willebrord Snell van Royen이 제안했습니다. 그는 Snell의 법칙으로 알려지게 된 그것을 설명하는 법을 제정했습니다.

빛의 굴절에 특별한주의를 기울인 또 다른 과학자는 Isaac Newton입니다. 그것을 연구하기 위해 그는 유명한 유리 프리즘을 만들었습니다. 프리즘에서는 빛이 얼굴 중 하나를 통과하여 굴절되어 여러 색상으로 분해됩니다. 이렇게 빛의 굴절 현상을 통해 백색광이 무지개의 모든 색으로 구성되어 있음을 증명했다.

굴절 요소

빛의 굴절 연구에서 고려해야 할 주요 요소는 다음과 같습니다.-두 물리적 매체의 분리 표면에 비스듬히 떨어지는 광선 인 입사 광선. -굴절 된 광선은 매체를 통과하는 광선으로 방향과 속도를 변경합니다. -두 매체의 분리 표면에 수직 인 가상의 선인 법선. -입사각 (i)은 입사광이 법선과 형성되는 각도로 정의됩니다. -굴절각 (r)은 굴절 된 광선과 법선이 형성하는 각도로 정의됩니다.

-또한, 매질의 굴절률 (n)도 고려해야합니다. 이는 진공에서 빛의 속도와 매질에서 빛의 속도의 몫입니다.

n = c / v

이와 관련하여 진공 상태에서 빛의 속도는 300,000,000m / s의 값을 취한다는 것을 기억해야합니다.

다른 매체에서 빛의 굴절률

가장 일반적인 매체에서 빛의 굴절률은 다음과 같습니다.

굴절의 법칙

Snell의 법칙은 종종 굴절의 법칙이라고 불리지 만 사실은 두 가지 굴절 법칙이 있다고 말할 수 있습니다.

굴절의 제 1 법칙

입사 광선, 굴절 광선 및 법선은 같은 공간 평면에 있습니다. Snell이 추론 한이 법칙에서도 성찰이 적용됩니다.

두 번째 굴절 법칙

두 번째, 굴절의 법칙 또는 Snell의 법칙은 다음 식에 의해 결정됩니다.

n ₁ sin i = n ₂ sin r

여기서 n _1은 빛이 나오는 매체의 굴절률입니다. 나는 입사각; n ₂ 빛이 굴절되는 매질의 굴절률; r은 굴절 각도입니다.

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Fermat의 원리

최소 시간의 원리 나 페르마의 원리로부터 방금 본 반사 법칙과 굴절 법칙을 모두 추론 할 수 있습니다.

이 원리는 공간의 두 지점 사이를 이동하는 빛의 광선이 따르는 실제 경로가 이동하는 데 가장 적은 시간이 필요한 경로라는 것을 말합니다.

Snell의 법칙의 결과

이전 표현에서 추론 된 직접적인 결과는 다음과 같습니다.

a) 만약 n ₂ > n ₁ ; sin r <sin io let r <i

따라서 빛의 광선이 굴절률이 낮은 매체에서 굴절률이 높은 매체로 통과하면 굴절 된 광선이 정상에 접근합니다.

b) 만약 n2 <n ₁ ; sin r> sin io let r> i

따라서 광선이 굴절률이 높은 매체에서 낮은 굴절률을 가진 매체로 통과하면 굴절 된 광선이 법선에서 멀어집니다.

c) 입사각이 0이면 굴절 광선의 각도는 0입니다.

제한 각도 및 내부 전반사

Snell의 법칙의 또 다른 중요한 결과는 한계 각도로 알려진 것입니다. 이것은 90º의 굴절각에 해당하는 입사각에 주어진 이름입니다.

이 경우 굴절 된 광선은 두 매체의 분리 표면과 같은 높이로 이동합니다. 이 각도를 임계 각도라고도합니다.

한계 각도보다 큰 각도의 경우 내부 전반사로 알려진 현상이 발생합니다. 이 경우 전체 광선이 내부적으로 반사되기 때문에 굴절이 발생하지 않습니다. 내부 전반사는 굴절률이 높은 매체에서 굴절률이 낮은 매체로 이동할 때만 발생합니다.

내부 전반사의 한 가지 적용은 에너지 손실없이 광섬유를 통한 빛의 전도입니다. 덕분에 광섬유 네트워크가 제공하는 높은 데이터 전송 속도를 즐길 수 있습니다.

실험

굴절 현상을 관찰 할 수있는 매우 기본적인 실험은 물이 가득 찬 유리 잔에 연필이나 펜을 넣는 것입니다. 빛의 굴절로 인해 연필이나 펜의 잠긴 부분이 약간 부러 지거나 예상되는 경로에서 벗어난 것처럼 보입니다.

Velual

레이저 포인터로 비슷한 실험을 시도 할 수도 있습니다. 물론, 레이저 광선의 가시성을 높이기 위해 물컵에 우유 몇 방울을 부을 필요가 있습니다. 이 경우 광선의 경로를 더 잘 이해하기 위해 저조도 조건에서 실험을 수행하는 것이 좋습니다.

두 경우 모두 다른 입사각을 시도하고 굴절각이 변화함에 따라 어떻게 변하는 지 관찰하는 것이 흥미 롭습니다.

원인

이 광학 효과의 원인은 연필의 이미지 (또는 레이저에서 나오는 광선)가 우리가 공중에서 보는 이미지와 관련하여 수 중에서 어긋나게 보이게하는 빛의 굴절에서 찾아야합니다.

일상 생활에서 빛의 굴절

빛의 굴절은 우리 일상의 많은 상황에서 관찰 될 수 있습니다. 일부는 이미 이름을 지었고 다른 일부는 아래에서 언급 할 것입니다.

굴절의 한 가지 결과는 풀이 실제보다 얕은 것처럼 보인다는 것입니다.

굴절의 또 다른 효과는 빛이 대기에 존재하는 물방울을 통과하여 굴절되기 때문에 발생하는 무지개입니다. 빛의 광선이 프리즘을 통과 할 때 발생하는 것과 같은 현상입니다.

빛의 굴절의 또 다른 결과는 실제로 일어난 후 몇 분이 지난 태양의 일몰을 관찰한다는 것입니다.

참고 문헌

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