굴절의 법칙

굴절법칙의 작도법

자와 컴퍼스로 굴절과 반사되는 광선을 작도한다.

다음 그림은 매질의 경계에서 스넬의 법칙에 따라 굴절하는 광선을 작도로 찾아내는 방법을 보이고 있다. 이때 사용하는 기구는 평행선을 그을 수 있는 삼각자 2개와 컴퍼스이다.

1. 두 물질 각 영역에 경계의 한점을 공통중심으로 해서 굴절률에 비례하는 반경의 반원을 그린다.

2. 중심으로 입사하는 광선이 위 매질의 반원과 만나는 점에서 수평으로 연장선을 그어서 그 반원의 다른 교점을 구한다.

3. 이를 수직으로 내려서 아래 매질의 반원과의 교점을 구한다.

4. 원의 중심을 통과한 빛이 이 교점으로 굴절하게 된다.

5. 반사하는 빛은 2의 과정에서 찾은 교점으로 향하는 빛이다.

6. 과정 3에서의 교점을 찾을 수 없는 경우가 전반사의 상황으로 굴절의 법칙을 충족하지 못해서 모든 빛이 반사된다.

이는 sin 함수로 표현되는 스넬의 법칙을 기하학적으로 해석한 것이라고 볼 수 있지만 실은 이것이 더 근본적이다. 즉 빛의 전자기장이 매질의 경계에서 가지는 경계조건을 충족하기 위해서 그림의 기하학적인 조건이 먼저 성립해야 하는 것이다. 한편, 이 방법은 굴절률이 방향에 따라 달라질 수 있는 복굴절을 다룰 때는 아주 유용해진다. (빛의 편광 단원의 '경계에서의 복굴절'과 '복굴절의 모의실험'을 참고하라)

아래 그림은 이러한 작도법으로 반사되는 빛과 굴절되는 빛을 도해하는 절차를 보여준다. 각 매질의 굴절률을 변화시킬 수 있고, 또한 입사각도 다르게 설정할 수 있다.

_ 복굴절의 모의실험_ 경계에서의 복굴절_ 빛의 편광_ 경계조건_ 전반사_ 광선