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May 02, 2023

설명: 반사, 굴절 및 렌즈의 힘

프리즘은 들어오는 빛이 각도에 따라 다른 양만큼 휘어지도록 합니다.

프리즘은 들어오는 빛이 해당 빛의 파장 또는 색상에 따라 다양한 양만큼 휘어지도록 합니다. 빛이 프리즘을 통과하여 반대편으로 나가면 무지개로 퍼집니다.

예카테리나 데미도바/순간/게티 이미지

트리샤 무로

2023년 6월 7일 오전 6시 30분

현미경, 망원경 및 안경. 이 모든 것은 빛의 움직임을 조작하여 작동합니다.

빛의 파동이 거울과 같은 매끄러운 표면에 닿으면 반사됩니다. 또한 빛이 공기에서 유리 렌즈를 통과할 때와 같이 밀도가 다른 환경 사이를 이동할 때 구부러지거나 굴절됩니다. 빛의 이러한 기본 특성을 통해 과학자들은 우주를 가로질러 들여다보든 세포 내부를 들여다보든 필요에 맞게 렌즈와 거울을 설계할 수 있습니다.

거울을 보면 당신의 모습이 보일 것입니다. 반사의 법칙은 간단합니다. 빛의 광선이 거울과 충돌할 때 어떤 각도를 이루든 그것은 거울 표면에서 반사될 때 갖게 되는 각도와 동일합니다. 화장실 거울에 손전등을 45도 각도로 비추면 45도 각도로 반사됩니다. 반사된 자신을 볼 때, 조명을 받은 얼굴에 비치는 빛이 거울에 완전히 부딪혀서 바로 눈으로 반사됩니다.

이는 거울이 극도로 매끄러워서 반사되는 광택이 나는 표면이기 때문에 효과가 있습니다. 매끄러움 덕분에 특정 각도에서 들어오는 모든 빛이 같은 방향으로 반사됩니다. 대조적으로, 침실의 페인트칠된 벽 표면은 너무 울퉁불퉁해서 잘 반사되지 않습니다. 벽에 부딪힌 빛은 돌출부에 반사되어 여러 방향으로 반사됩니다. 이것이 바로 대부분의 벽이 반짝이지 않고 칙칙해 보이는 이유입니다.

손전등과 헤드라이트 내부에는 뒤에 곡면 거울이 있는 작은 전구 하나가 있다는 것을 눈치채셨을 것입니다. 이 곡선은 전구에서 여러 방향으로 나오는 빛을 모아서 한 방향, 즉 바깥쪽으로 나가는 강한 광선에 집중시킵니다. 곡면 거울은 광선의 초점을 맞추는 데 매우 효과적입니다.

망원경의 거울도 같은 방식으로 작동합니다. 별과 같은 먼 물체에서 들어오는 빛의 파장을 천문학자가 볼 수 있을 만큼 충분히 밝은 빛의 단일 지점으로 집중시킵니다.

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빨대가 물컵에 놓여 있을 때 어떻게 구부러지는지 아시나요? 굴절 때문이에요. 굴절의 법칙에 따르면 빛의 파동은 한 매질(예: 공기)에서 다른 매질(예: 물 또는 유리)로 이동할 때 휘어집니다. 이는 각 매체마다 "광학 두께"라고도 알려진 밀도가 다르기 때문입니다.

해변을 따라 달리는 것을 상상해 보세요. 구체적인 경로에서 달리기 시작하면 상당히 빠르게 질주할 수 있습니다. 모래를 건너자마자 속도가 느려집니다. 이전과 같은 속도로 발을 움직이려고 해도 할 수 없습니다. 물 속을 계속 달리려고 하면 속도가 더욱 느려질 것입니다. 지금 달리고 있는 각 표면(모래나 물)의 "두께"는 발이 공중에서 움직일 때와 비교하여 속도를 늦춥니다.

빛 역시 매체에 따라 속도가 변합니다. 그리고 빛은 파동으로 이동하기 때문에 그 파동은 속도가 변하면서 휘어질 것입니다.

물컵 속의 빨대로 돌아가서: 유리잔의 측면을 통해 보면 빨대가 지그재그처럼 보일 것입니다. 또는 얕은 수영장 바닥에 다이빙 링을 놓고 그것을 잡으려고 시도한 적이 있다면 링이 보이는 위치와 정확히 일치하지 않는다는 것을 알게 될 것입니다. 광선의 굴절로 인해 링이 실제 지점에서 짧은 거리에 있는 것처럼 보입니다.

이러한 굽힘의 효과는 빛의 파장이나 색상에 따라 크거나 작습니다. 파란색이나 보라색과 같은 짧은 파장은 빨간색과 같은 긴 파장보다 더 많이 휘어집니다.