파동의 특성

소개

일반물리
파동의 특성을 알아본다.

목차

파동의 특성
1. 직진성
2. 반사
2.1 정반사
2.2 난반사
3. 굴절
4. 간섭
4.1 보강간섭
4.2 상쇄간섭
5. 회절
6. 편광
6.1 편광의 종류
7. 참고문헌

본문내용

파동의 특성

파동(wave) 이란?

일반적으로 파동은 어떤 물리량이 주기적으로 변하면서 그 변화가 공간을 따라 전파되어 나가는 것을 말한다.
그 물리량이 기체의 압력일 때는 보통 소리라고 하는 음파가 되고, 평형위치에 대한 수면의 변위일 때는 수면파가 된다. 그 외에도 지진파, 줄의 진동 등이 있다. 보통 파동으로 되는 물리량은 서로 공간적으로 영향을 주고 받을 수 있어 유기적으로 연결되어 있어야 하고 또한 평형상태로 되돌아가려고 하는 탄성이 있어야 한다. 자연현상에서는 여러 가지 종류의 파동이 있고, 그 전파모양이나 진동모양이 일정하지 않다. 그러나 어느 경우든지 파동이라 함은 물리량이 존재하고 있는 바탕으로 볼 수 있는 매질 자체가 전파되어 나가는 것이 아니라, 그 매질의 성질이 전파되어 나가는 것이다.

1. 직진성
빛은 같은 물질 속을 지날 때 곧게 나아간다. 이와 같이 빛이 곧게 나아가는 성질을 빛의 직진성이라 한다.
빛이 나아가는 모습을 볼 수 있는 곳은 문틈, 숲 사이로 비치는 햇빛, 자동차의 전조등, 가로등, 등대, 손전등, 영화관의 영사기 등 여러 곳에서 볼 수 있다.


그림1. 빛의 직진

2. 반사

파동은 전파되다가 다른 매질을 만나면 그 경계면에서 그 일부가 되돌아오게 되는데 이러한 현상을 파동의 반사라고 한다. 이때 두 매질의 상대적인 성질에 따라 반사되는 파동의 위상이 변할 수도 있으며 변하지 않을 수도 있다.

광선이 거울에 진입하면 반사의 법칙에 의해 빛이 반사된다.
반사가 일어날 때 광선의 입사각과 반사각은 정확하게 일치하고, 이를 반사의 법칙이라 한다.
광선이 굴절되는 상황에서도 일부분이 반사된다.
투명한 거울이나 물에서도 우리의 얼굴이 비쳐진다. 특히 뒤쪽이 어두운 유리나 깊은 호수에서라면 마치 거울처럼 모습을 선명하게 볼 수 있어 매무새를 고칠 수 있을 정도가 된다. 이는 매질의 경계에서 반사의 법칙에 따라 빛의 일부분이 반사되기 때문이다. 이렇게 반사하는 현상을 내부반사라 한다.
이러한 현상은 빛이 가지고 있는 전기장과 자기장이 매질에서 전자기 법칙에 따라 행동한 결과인데 이는 프레넬 방정식으로 잘 정리되어 있다. 이에 따르면 유리의 경우 100%의 수직으로 입사 (입사각이 0) 하는 빛 중에서 굴절하는 빛이 96%이고 4%가 반사된다. 물의 경우에는 약 2%가 반사되어 이것이 바로 우리 얼굴이 비쳐 보이는 빛의 밝기가 될 것이다. 입사각이 0에서 점점 커지면 반사하는 빛의 비율도 점점 커져서 유리의 경우 입사각이 80도 정도가 되면 50% 이상이 반사된다. 호수에 비스듬히 비쳐지는 하늘이 상당히 밝은 것은 이 때문이다.

참고자료

· (1) Hecht Optics, 제8장 (270∼332쪽)
· (2) "물리학총론" D. Halliday 외 저, 김종오 역, 교학사, 38-6절 (962∼966쪽)
· (3) 대학기기분석, 기기분석 교재연구회
· (4) www.google.co.kr/광학