[물리1] 파동의 굴절 l 굴절률, 굴절 법칙(스넬 법칙)

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오늘은 “파동의 굴절 l 굴절률, 굴절 법칙(스넬 법칙)"에 대해서 알아보겠습니다.

파동의 굴절이란?  "파동이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때 속력이 달라져 파동의 진행 방향이 바뀌는 현상"입니다. 매질에 따라서 파동이 진행할 때 속력이 달라지므로 굴절이 일어나는 것이죠.

파동이 굴절 될때 입사각의 sin값과 굴절각의 sin값의 비와 파장의 비와 속력의 비는 일정합니다. 그래서 이 비가 같은 것을 활용해서 문제에서 적용을 잘해야 합니다. 파동 굴절 문제를 풀 때는 이 식은 꼭 생각을 하고 있어야 합니다. 그리고 매질 1과 매질 2의 경계면을 기준으로 수직인 선을 그은 것을 법선이라고 합니다. 파동이 진행할 때 법선이랑 가까울수록 파동의 속력이 느리다고 생각하고 암기하면 문제풀 때 편리할 것입니다. 그리고 파동이 굴절할 때 파동의 속력과 파장은 변할 수 있어도 진동수는 변하지 않는다는 것도 꼭 알아둬야 합니다. 진동수는 파동 고유의 성질이기 때문이죠.또 속력이 빨라지면 파장이 길어진다는 것도 알아야 합니다. 파장은 이동 거리라고 생각하면 되므로, 속력이 빨라지면 이동 거리가 늘어나는 것은 당연하겠죠? 그리고 파동이 진행할 때 굴절이 일어난다면 항상 느린쪽으로 꺾인다는 것도 하나의 팁입니다. 잘 알아주면 좋을 것 같아요.

굴절률은 "매질에서 빛의 속력 v에 대한 진공에서의 빛의 속력 c의 비"입니다. 그래서 아까 전에 배운 식에 대입을 해보면 더 많은 식들이 나오죠. 일단 입사각, 굴절각에 따른 속력 비는 정해져 있다는 전제 하에 n = c / v 식을 대입해서 굴절률의 비에 대한 식도 이끌어 낸 것입니다. 

매질의 굴절률이 클수록 그 매질에서 빛의 속력은 느려지므로, 빛이 굴절되는 정도가 커져 법선 쪽으로 많이 꺾입니다. 그래서 그림에서는 굴절률이 가장 큰 다이아몬드에서 가장 법선에 가깝게 파동이 굴절된 것을 볼 수 있죠.

마지막으로 물결파의 진행 방향과 굴절입니다. 깊은 물에서 얕은 물로 파동이 굴절 될 때에는 빠르게 진행하다가 느려지므로 파동이 법선쪽으로 꺾이는 것을 볼 수 있죠. 그리고 얕은 물에서 깊은 물로 파동이 굴절 될 때에는 느리게 진행하다가 빠르게 진행하므로 굴절되는 파동이 매질의 경계면 쪽으로 꺾이는 것을 볼 수 있습니다. 이 때의 속력, 입사각과 굴절각, 파장, 굴절률의 차이를 유심히 보며 비교해보면 좋을 것 같습니다.

아래에 영상도 있으니 참고하시면 됩니다! 감사합니다 :)