전반사

Total internal reflection

물속에서 수면을 비스듬히 올려다보면 왜 바깥 하늘 대신 은빛 거울 같은 면이 보일까요?

무슨 일이 일어났나

굴절률이 큰 물질에서 작은 물질로 빛이 나갈 때, 들어오는 각이 어떤 각(임계각)을 넘으면 빛이 하나도 나가지 못하고 모두 되반사됩니다(전반사).

임계각에서는 꺾인 빛이 경계면을 따라 90° 로 눕기 때문에, 바깥이 공기라면 sin θc = 1/n 이 됩니다.

시뮬레이터로 재면 물(1.333) → 공기는 48.6°, 크라운 유리(1.520) → 공기는 41.1°, 다이아몬드(2.417) → 공기는 24.4° 입니다.

광섬유 케이블 속 빛은 이 전반사로 유리 벽에 부딪혀 되튀며 먼 곳까지 나아갑니다.

💡 생활 속 예시

  • 수족관 유리벽 아래쪽에서 비스듬히 올려다보면, 헤엄치는 물고기가 수면 안쪽에 거꾸로 한 번 더 비쳐 보이기도 합니다.
  • 집으로 들어오는 인터넷 광섬유 선 속 빛도 유리 벽에서 전반사하며 구부러진 선을 따라갑니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 투명한 물질 속 빛은 언제든 밖으로 빠져나갈 수 있다.

    임계각을 넘으면 빛은 모두 물질 안으로 되반사됩니다. 출처

누가 왜 찾았나

요하네스 케플러(1571–1630)는 전반사의 성질을 처음 찾아내 설명한 사람으로 꼽힙니다. 그는 망원경이 어떻게 작동하는지, 눈 속에서 빛이 꺾여 우리가 어떻게 보게 되는지도 처음 설명했습니다. 빛이 물질의 경계에서 어떻게 움직이는지를 끝까지 따져 본 사람이었습니다.

확인된 값

입사각이 임계각보다 크면 빛이 모두 반사된다 = 전반사
θ₁ > θc 출처
광섬유 케이블 속 빛은 벽에서 되튀며 나아간다 = 전반사 (1977 년 광섬유 전화선 전시품)
fiber optics 출처
물의 굴절률
1.333 출처
크라운 유리의 굴절률
1.52 출처
다이아몬드의 굴절률
2.417 출처
공기의 굴절률
1.0003 출처
공기로 나갈 때 임계각 식
sin θc = 1/n 출처
요하네스 케플러가 산 해
1571–1630 출처
전반사의 성질을 처음 찾아 설명한 사람: 케플러
Johannes Kepler 출처
망원경 작동 원리를 처음 설명한 사람: 케플러
Johannes Kepler 출처
눈 속 굴절로 보는 과정을 처음 설명한 사람: 케플러
Johannes Kepler 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 물리학 실험 · 광학 [12물실04-03]
  • 일본 · 中学校 第1分野 (1) 身近な物理現象

출처

이어서 보기

같은 단원 · 빛의 반사와 굴절

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2022 개정 과학과 교육과정과 영국·호주·일본 교육과정에서 그 내용이 어디에 나오는지 함께 적습니다.

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