빛의 반사와 굴절

빛의 직진 : 빛이 공간 속에서 곧게 앞으로 나아가는 현상
빛의 반사 : 빛이 나아가다 성질이 다른 물체의 표면에서 부딪쳐 방향을 바꾸어 진행하는 현상
물체를 볼 수 있는 이유 : 태양이나 전등과 같이 스스로 빛을 내는 물체(광원)에서 빛이 여러 방향으로 나와 물체를 비추면 물체의 표면에서 빛은 여러 방향으로 반사된다.
물체에서 반사된 빛 중 극히 일부분이 눈에 들어오게 되고 우리는 눈으로 들어온 이 빛을 보고 물체를 인식한다.
반사의 법칙 : 빛이 물체에서 반사될 때, 입시각과 반사각의 크기가 서로 같다.

정반사
특징 : 반사된 빛이 일정한 방향으로 나아감. 빛이 반사된 곳에서만 물체를 볼 수 있다.

난반사
특징 : 반사된 빛이 여러 방향으로 불규칙하게 나아감. 어느 방향에서나 물체를 볼 수 있다.

거울에 의한 상 : 거울에 비친 물체의 모습을 거울에 의한 상(image)이라고 한다.
실상과 허상
실상 : 빛이 실제로 지나가는 곳에 생기는 상
허상 : 빛이 지나가지 않고 거울면에서 반사된 빛을 거꾸로 연장시켰을 때 만나는 점에 의한 상

초점과 광축
초점 : 평행한 빛을 비추었을 때 빛이 한 점에 모이는 곳
광축 : 거울과 렌즈의 중심을 지나는 선

평면거울

평면거울에 의한 상의 작도

상의 특징 : 물체와 같은 크기, 좌우가 바뀌어 보인다. (앞뒤가 바뀌어 보인다.) 거울에서 물체가지 거리와 거울에서 상까지의 거리가 같다.

오목거울에 의한 상의 작도

광축에 나란하게 입사한 빛은 초점을 통과하는 방향으로 반사된다.

거울 면과 광축의 교점으로 입사한 빛은 광축에 대칭인 방향으로 반사된다.

두 빛 또는 두 빛의 연장선이 만나는 지점에 물체의 상이 생긴다.

오목 거울

물체가 초점 거리의 두 배 밖에 있을 경우 실물보다 작은 거꾸로 선 상이 보인다. (실상)

물체가 초점 거리의 두 배에 있을 경우 실물과 크기가 같은 거꾸로 된 상이 보인다.(실상)

물체가 초점 거리 안에 있을 경우 실물보다 큰 똑바로 선 상이 보인다.(허상)

볼록거울 

볼록거울에 의한 상의 작도

광축에 나란하게 입사한 빛은 초점에서 나오는 방향으로 반사된다.

거울 면과 광축의 교점으로 입사한 빛은 광축에 대칭인 방향으로 반사된다.

두 빛 또는 두빛의 연장선이 만나는 지점에 물체의 상이 생긴다.

볼록거울은 항상 물체보다 작고 똑바로 선 허상이 생긴다.

오목 거울의 이용 : 오목 거울은 빛을 모은다.

치과 거울, 반사 망원경, 성화 채화경, 자동차의 전조등, 등대의 탐조등 등.

볼록 거울의 이용 : 볼록 거울은 빛을 퍼뜨린다.

굽은 길의 반사경, 자동차의 사이드 미러(우측), 상점의 감시용 거울 등.

굴절 : 빛이 진행하다가 다른 물질을 만날 때 그 경계면에서 진행 방향이 꺾이는 현상

입사각 : 입사 광선과 법선이 이루는 각

굴절각 : 굴절 광선과 법선이 이루는 각

굴절의 원인 : 빛이 통과하는 물질의 종류에 따라 빛의 속력이 다르기 때문

빛이 공기 중에서 물속으로 입사할 때 : 입사각 > 굴절각

빛이 물속에서 공기 중으로 입사할 때 : 입사각 < 굴절각

굴절의 법칙 : 입사각이 커지면 굴절각도 커지고, 입사각이 작아지면 굴절각도 작아진다.

빛이 굴절하는 정도

빛이 굴절하는 경계면에서 속력의 차이가 클수록 굴절하는 정도가 커진다.

굴절하는 정도 : 물 < 유리 < 다이아몬드

굴절각 : 물 > 유리 > 다이아몬드

전반사

빛의 굴절률이 큰 물질에서 작은 물질로 진행할 때의 경계면에서 굴절되지 않고 모두 반사되는 현상

광섬유 (optical fiber)

굴절에 의한 현상

물속에 있는 동전이 떠 보인다.

물체가 수면에서 꺾여 보인다.

렌즈의 모양과 빛의 굴절

볼록 렌즈

광축에 나란하게 입사한 빛은 렌즈를 통과하면서 가운데로 모인다.

볼록렌즈의 중심에 입사한 빛은 굴절하지 않고 똑바로 진행한다.

오목 렌즈

광축에 나란하게 입사한 빛은 렌즈를 통과하면서 바깥쪽으로 퍼져 나간다.

오목렌즈의 중심에 입사한 빛은 굴절하지 않고 똑바로 진행한다.

볼록 렌즈에 의한 상의 작도

물체가 초점 거리의 두 배 밖에 있을 경우 실물보다 작은 거꾸로 선 상이 보인다. (실상)

물체가 초점 거리의 두 배 안에 있을 경우 실물보다 큰 거꾸로 선 상이 보인다. (실상)

물체가 초점 거리의 두 배에 있을 경우 실물과 같은 크기의 거꾸로 선 상이 보인다. (실상)

물체가 초점 거리에 있을 경우 상이 생기지 않는다. 

물체가 초점 거리 안에 있을 경우 실물보다 큰 똑바로 선 상이 보인다. (허상)

상의 특징 : 물체가 초점 거리보다 멀리 있을 때 : 축소, 같은 크기, 확대된 거꾸로 선 상

                 물체가 초점 거리보다 가까이 있을 때 : 실물보다 큰 바로 선 상

오목렌즈에 의한 상의 작도

언제나 실물보다 작은 똑바로 선 상이 보인다. (허상)