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비누 방울은 왜 무지개 색으로 보일까? |
비누 방울은 비눗물의 얇은 막입니다. 이 막의 양쪽에는 공기가 있지요. 또한 물위에 떨어진 기름도 얇은 기름막입니다. 기름막의 한쪽에는 물이, 다른 쪽에는 공기가 있지요. 그러니까 비눗방울과 기름막은 다른 물질과 접해 있는 얇은 막이라는 공통점이 있습니다.
이와 같은 얇은 막은 어느 정도의 두께를 갖고 있지요. 그리고 빛이 얇은 막을 만날 때 반사되는 면은 2개가 있습니다.
이와 같은 막에 빛이 쪼여지면 빛의 일부는 반사면 1에서 반사되어 나옵니다. 나머지는 막 안으로 굴절하여 들어간 후 반사면 2에서 반사됩니다, 그리고 다시 반사면 1에서 굴절하여 공기 중으로 나옵니다.
위의 그림에서 알 수 있듯이 반사면 2에서 반사되어 나오는 빛은 반사면 1에서 반사되어 나오는 빛보다 빛이 막을 지나는 만큼 더 이동한 후 나오게 됩니다.
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빛은 아래위로 오르락내리락거리며 앞으로 나아가는 파동입니다.
둘 이상의 파동이 만나면 간섭이라는 현상이 일어납니다. |
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비눗방울이나 기름막의 반사면 1과 반사면 2에서 나오는 빛이 만날 때에도 간섭이 일어납니다. 다음의 두 극단적인 상황을 생각해 볼 수 있습니다. 경우 1) 빛의 위상이 180도 다를 때(한 파동이 올라갈 때 다른 파동은 내려가는 경우) |
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경우 2) 두 빛의 위상이 같은 경우(두 파동이 동시에 오르락내리락하는 경우) |
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경우 1은 두 파동이 간섭을 일으켜 파동이 없어지게 되고(눈에 안 보이고), 경우 2는 파동의 진폭이 더 커지게 되지요(선명하게 보이고). 어떤 일이 일어날 지는 막의 두께와 파동의 파장에 따라 달라집니다.
햇빛과 같은 백색광원은 여러 색깔의 빛으로 이루어져 있습니다. 여러 색깔의 빛은 파장이 서로 다릅니다. 따라서 어떤 간섭이 일어날지는 막의 두께와 빛의 색깔에 따라 달라집니다. 즉, 빛의 색깔에 따라 사라질 수도 있고, 에희미하게 보일 수도 있고, 또는 선명하게 보일 수도 있습니다.
따라서 우리가 얇은 막에서 볼 수 있는 아름다운 색은 햇빛을 이루고 있는 여러 색깔의 빛이 얇은 막에서 간섭을 일으켜서 만들어낸 것이지요.
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파동의 간섭에 대한 실험을 보고싶다면 [파동과 파동이 만나면] |
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