1.거울표면에서의 반사

 

 

 

 

거울 표면에서 빛이 반사되는 경로를 벡터(vector)를 사용하여 나타내었습니다. 위의 첫번째 그림은 입사빛과 반사빛이 x, y는 원래 방향으로 유지되었고, z방향으로만 바뀐것이고 두번째 그림은 x,z축dl이 바뀐 것 입니다.

 

우리는 평면 거울에서 반사된 물체를 볼 때 실상을 보는 것이 아니라 허상을 보게 됩니다. 즉, 거울에 비친 물체가 실제로는 뒤에 있지만 대뇌에서 인식하기로는 거울속에 있는 것으로 보이게 되는 것 입니다.

아래 그림은 평면거울에서 반사된 빛을 화살선으로 나타내었는데 점선으로 된 부분은 실제 빛이 가는 부분이 아니라 우리가 대뇌에서 인식하는 허상이 형성되는 부분입니다(당연 거울속으로 빛이 흡수되면 되었지 들어가지는 안지요). 그리고 실선이 물체 S에 반사되어 우리 눈에 들어오는 빛의 경로 입니다.

 

 

 

2.표면(평면)으로 입사 빛의 굴절

 

우선 첫 강의 때 배운 스넬의 법칙(굴절의 법칙)이 아래와 같이 주어집니다.

여기서 n은 굴절율을 나타내며 n1은 입사하는 곳의 굴절율이고 n2는 표면을 통과해 굴절이 일어나는 곳의 굴절율입니다.

위의 그림에서 표면 아래에서 나와 표면을 통과한 후 굴절된 빛이 우리 눈에 들어와 상을 맺게 되는데, 이 때문에 대뇌에서는(빛이 직진하는 것으로 알고 있기 때문에) 빛이 빨간색으로 동그라미 친 곳에서 나온 것으로 착각하게 됩니다(원래는 S에서 빛이 나왔죠). 그런데 위의 표면에서 반사할때의 허상과는 다르게 점선들이 한 점에 모이지 못하며(굴절 때문에 각이 틀어졌으므로) 허상을 맺지도 못합니다(허상을 맺으려면 한 점에서 나온 것 처럼 보여야 하므로).

 

그런데 어떻게 우리 눈에 굴절된 허상이 보이게 되는 것일까요?(사실 우리가 물속의 어떤 물체를 볼 때는 이 허상을 보는 것이거든요. 그래서 연필을 예로 들면 꺾여서 보이게 되는 것이죠)

 

두가지 경우가 있습니다. 우리가 이 굴절되어 나온 빛을 어디서 보느냐에 따라 두가지로 나뉘는데 즉, 입사 빛의 각이(여기서 ) 작을 경우와 클 경우 입니다.

만약 입사 빛의 각이 작다면 거의 수직 입사에 가까우므로 비록 빛이 굴절되지만 굴절각이 작아 빛이 직진한다고 가정해도 크게 지장이 없습니다.

그리고 입사각이 클 경우엔 굴절각이 커져 허상이 한 곳에 모인다고 가정하긴 어렵지만 우리는 눈으로 들어온 빛만을 보므로(수정체는 굉장히 작고 그래서 작은 영역만을 보므로)  허상이 보이게 되는 것 입니다.

 

그리고 이 입사각이 아주 클 경우에는 아래 그림과 같이 전반사가 일어나게 되는데 이때는 이론적으로(또는 이상적으로) 더 이상 빛이 표면 밖으로 나오지 않습니다.

그리고 전반사가 되는 최소각을 임계각이라고 부르는데 이 각은 어떤 매질을 빛이 통과하느냐에 따라 달라지므로 입사면과 굴절면의 굴절율에 관계하는 양이되고 아래와 같습니다.

 

 

 

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