[물리학] 반사와 굴절

1. 빛의 반사

빛을 거울에 비출 때 빛의 진행 방향이 입사한 방향의 반대로 바뀌어 나가는 현상을 빛의 반사라고 한다. 빛이 입사할 때와 빠져나갈 때의 각은 같다. 이때 입사각과 반사각을 이라고 할 때 아래와 같은 식이 성립한다.
2. 빛의 굴절

그림 1. 반사와 굴절을 나타낸 모식도
빛이 두 매질의 경계면을 통과할 때 휘어지는데 이때 굴절이 일어난다고 한다. 입사각
과 굴절각의 관계는 다음과 같다.

여기서 과 는 각각 굴절에 관여한 매질의 차원이 없는 상수로 이를 굴절률이라고 한다. 그리고 식을 나타내는 법칙을 스넬의 법칙이라고 한다. 우리는 굴절각 를 입사각 과 비교하기 위해 식을 아래와 같이 나타낼 수 있다.

우리는 식을 통해 의 상대적인 값이 과 의 상대적인 값에 의존함을 알 수 있다. 또한, 와 이 같다면 와 이 같으므로 빛이 같은 물질을 통과하는 것이며 이때 광선은 방향을 바꾸지 않고 계속 진행한다. 하지만, 가 보다 크다면 는 보다 작다. 반대로 가 보다 작다면 는 보다 크다.

표1. 물질의 굴절률

3. 분산
진공 이외의 매질에서 빛의 굴절률은 빛의 파장에 따라 다르다. 이는 광선이 여러 파장으로 구성되어…