빛이 다른 매질의 경계면에 부딪힐 때 나타나는 현상이 반산과 굴절인데요 이 둘은 어떻게 다른가요?
안녕하세요
빛이 다른 매질의 경계면에 부딪힐 때 나타나는 현상으로 크게 반산과 굴절로 나눌수가 있는데요 이 둘은 어떻게 다른가요?
안녕하세요. 김재현 전문가입니다.
빛이 다른매질을통과할때는 경계면에서 빛이 굴절을일으키게됩니다. 이는 빛이 매질을 투과할때 속도의 차이가 생겨서 그렇습니다. 우리가 알고있는 초속30만km는 진공에서의 속도이고 우리 주변의공기속에서는 속도는 이보다 약간떨어집니다. 그리고 투명한 매질을 지날때는 매질에 따라 속도가 다르죠. 그리고 반사는 굴절과는 다른 현상이며 빛이 물체에 맞을때 법선을 기준으로 입사각과 반사각이 동일한 현상입니다.
안녕하세요.
빛이 서로 다른 매질의 경계면에 부딪힐 때, 반사(反射, reflection)와 굴절(屈折, refraction)이 나타날 수 있습니다. 이 두 현상은 빛이 경계면을 어떻게 통과하거나 되돌아오는가에 따라 구분되며, 기본적으로는 빛의 속도 변화와 경로 변경과 관련이 있습니다.먼저, 반사는 빛이 한 매질에서 다른 매질로 전달되지 않고 경계면에서 다시 되돌아오는 현상입니다. 즉, 빛이 경계면에 도달했을때, 일부 또는 전체 빛이 원래 매질로 되돌아가는 것을 의미합니다. 이때 반사 법칙에 따라, 입사각(光의 경계면에 도달하는 각도)과 반사각(光이 다시 튕겨 나가는 각도)은 항상 같게 유지됩니다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같습니다 :
θᵢ = θᵣ
여기서 θᵢ는 입사각, θᵣ는 반사각입니다. 거울에 비친 상이 바로 이 반사 현상에 의해 나타나며, 빛이 매질을 통과하지 않고 되돌아오는 특징을 보입니다.
반면, 굴절은 빛이 한 매질에서 다른 매질로 전달될 때, 경계면을 통과하면서 속도가 변화하고 이에 따라 진행 방향이 꺾이는 현상입니다. 굴절은 두 매질의 굴절률(屈折率, refractive index)의 차이에 의해 발생하며, 빛의 속도는 일반적으로 밀도가 더 높은 매질에서 느려지고, 그 결과 진행 방향이 변경됩니다. 굴절률이 높은 매질로 빛이 이동할 때는 빛의 속도가 감소하며, 이로 인해 빛이 경계면에서 수직에 더 가까운 쪽으로 굴절됩니다. 굴절은 스넬의 법칙(Snell`s Law)으로 설명되며, 수식으로는 다음과 같습니다 :
n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂
여기서 n₁과 n₂는 각각 첫 번째와 두 번째 매질의 굴절률이고, θ₁과 θ₂는 각각 입사각과 굴절각입니다. 예를 들어, 공기에서 물로 빛이 들어갈 때 물의 굴절률이 더 크기 때문에 빛은 더 느려지고, 경계면을 통과할 때 꺾여 굴절각이 입사각보다 작아집니다.
결론적으로, 반사는 빛이 경계면에서 되돌아오는 현상으로 입사각과 반사각이 동일하게 유지되는 반면, 굴절은 빛이 경계면을 통과하여 다른 매질로 이동하면서 속도가 변화하고, 이에 따라 진행 방향이 꺾이는 현상입니다.안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.
쉽게 말하자면 반사는 다른 매질의 경계면에서 매질을 투과하지 못하고 흡수되었다가 재방출되는 것이고, 굴절은 다른 매질을 투과하는 빛을 이 꺽이는 현상을 의미합니다.
금속이 아닌 대부분의 물질들은 빛이 입사할때, 일부 빛은 반사하고, 일부 빛은 투과하게됩니다. 빛이 다른 매질을 투과할때, 매질의 굴절률이 다르다면 이 굴절률 차이에 의해서 빛의 경로가 꺽이면서 투과하게 됩니다. 이러한 빛의 꺽임을 굴절이라고 부릅니다.
이때 매질의 분자구조, 원자구조에 따라 투과를 잘하는 파장, 반사를 잘하는 파장 등이 정해지게 됩니다.
추가로 반사, 굴절(투과) 외에도 일부 빛은 다른 매질에서 흡수되어 열에너지로 변환되기도 합니다.
정리하자면 빛이 다른 매질로 입사할때 나타나는 현상은 반사, 투과, 흡수가 있고, 투과할때 매질의 굴절률이 차이가 난다면 빛의 진행 방향이 굴절률 차이에 따라 꺽이게되는데 이것이 굴절입니다.
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감사합니다.