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▶ 파동의 굴절 |
한 매질에서 나아가던 물체가 다른 매질을 만나면 경계면에서 나아가던 벙향이 바뀝니다. 이것을 굴절이라고 합니다.
물결피, 소리, 그리고 빛과 같은 파동도 굴절합니다. 파동이 굴절하는 이유도 두 매질에서 파동이 나아가는 속력이 다르기 때문입니다. 파동이 입사하는 지점에서 경계면에 수직으로 그은 선을 법선이라고 합니다. 그리고 경계면으로 들어가는 파동을 입사파, 경게면에서 굴절하여 나오는 파동을 굴절파라고 합니다.
경계면에 수직으로 들어간(입사한) 파동은 굴절하지 않습니다. 하지만 경계면에 비스듬히 들어간 파동은 굴절합니다. 진행 속력이 큰 매질에서 작은 매질로 들어갈 때에는 법선 쪽으로 굴절합니다. 반대로 진행 속력이 작은 매질에서 큰 매질로 들어갈 때에는 법선 바깥쪽으로 굴절합니다.
물결파, 소리, 그리고 빛의 굴절에 대해 조금 더 자세히 알아봅시다.
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물결파의 굴절 |
물결탱크(ripple tank)를 사용하여 물결파의 굴절을 관찰해봅시다. 아래 동양상에서는 수조 안에 투명 판을 넣어 물의 깊이가 달라지도록 하였습니다. 투명 판이 놓인 곳의 물의 깊이가 다른 곳보다 얕습니다.
깊은 곳에서 나아가던 물결파가 얕은 곳과의 경계면에서 어떻게 되는지 확인해보세요.
(* 비디오 출처: https://www.youtube.com/watch?v=Sar8jV8gm8Q)
물결파가 나아가는 방향이 꺾이지요? 왜 그럴까요?
물결파가 굴절하는 것도 두 매질에서 물결파가 나아가는 속력이 다르기 때문입니다. 물이 얕을수록 물결파가 나아가는 속력이 작습니다. 속력이 큰 매질에서 작은 매질로 들어올 때엔 파동이 법선 쪽으로 휩니다.
깊은 바다에서 출발한 물결파가 해변가로 들어오면서 휘는 것도 굴절 때문입니다.
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소리파의 굴절 |
소리도 나아가는 속력이 다른 매질의 경계면에서 굴절합니다. 예를 들어, 소리는 공기의 온도(기온)가 높을수록 더 빠르게 나아갑니다. 따라서 따뜻한 공기에서 차가운 공기 쪽으로 나아갈 때에는 법선 쪽으로 휘어지고, 반대로 차가운 공기에서 따뜻한 공기 쪽으로 나아갈 때에는 법선 바깥쪽으로 휘어지지요.
이러한 소리의 굴절 때문에 일어나는 일의 예를 다음에서 알아보세요.
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빛의 굴절 |
물 속에서 달릴 때에는 공기 중에서 달릴 때보다 훨씬 천천히 앞으로 나아갑니다.
빛도 물에서 보다 공기 중에서 더 빨리 나아갑니다. 따라서 빛이 공기 중에서 물로 들어 갈 때 빛은 법선 쪽으로 휘어집니다. 반대로 빛이 물에서 공기로 나아갈 때는 법선 바깥쪽으로 휘어집니다.
빛의 굴절때문에 일어나는 현상의 예를 아래에서 알아보세요.
[동전은 어디에서]
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