빛이 굴절되는 원리에는 무엇이 있나요?

Question

빛을 벽에 비추면 빛이 굴절되는데요. 빛이 어떤 원리로 굴절이 되는지 궁금합니다. 방향이나 세기가 어떻게 결정되는지 알려주세요.

Answer 1

안녕하세요.

빛의 굴절 현상은 빛이 한 매질에서 다른 매질로 진입할 때 발생하며, 이 과정에서 빛의 진행 방향이 변하는 것을 말합니다. 이 현상은 매질의 굴절률 차이에 기반합니다. 굴절률(Refractive index)은 특정 매질에서 빛의 속도를 진공 속도에 대한 비율로 나타내며, 스넬의 법칙(Snels law)에 의해 정의됩니다. 스넬의 법칙은 다음과 같이 표현됩니다 :

n₁ sin(θ₁) = n₂ sin(θ₂)

여기서 n₁과 n₂는 각가 첫 번째 매질과 두 번째 매질의 굴절률을, θ₁과 θ₂는 입사각과 굴절각을 나타냅니다. 빛이 더 높은 굴절률을 가진 매질로 진입할 때는 수직 방향으로 더 굽고, 더 낮은 굴절률을 가진 매질로 진입할 때는 수직에서 멀어지도록 굴절됩니다.
빛의 굴절률이 다른 이유는 매질의 광학 밀도 차이에서 비롯됩니다. 광학 밀도가 높은 매질은 빛의 속도를 더 많이 감소시키며, 이는 빛이 매질 내에서 더 느리게 이동함을 의미합니다. 이런 변화는 빛의 파장과 진행 방향에 영향을 미칩니다. 빛의 굴절 현상은 페르마의 원리(Fermats Principle)에 의해서도 설명될 수 있습니다.