파면의 굴절에 대한 모의실험

 

 

 

 

호이겐스원리를 충실히 따라서 그 다음의 파면을 형성시켜서 이를 화면에 효과적으로 나타내도록 프로그램되어 있다. 프로그램에서는 처음에 주어진 파면의 각 지점이 구면파를 발생하도록 한다. 이 구면파는 호이겐스의 원리에 따라 파면에 수직한 방향으로 가장 강한 파를 내게 되고, 파면의 여러 지점들이 만들어준 구면파의 포락선을 추출하여 이를 다음 시간에서의 새로운 파동을 만들도록 하였다. 이 새로운 파면은 같은 절차에 의해서 다음 파면을 계속해서 만들고 있다.   매질의 경계를 굴절해 들어가는 파동의 파면이 어떻게 형성되는지를 잘 관찰해보자.

 

 

 

1. 화면에서 색으로 표시한 부분은 마우스로 누르거나 끌어서 상황을 변경할 수 있다.

2. 화면에서 "run"을 눌러서 프로그램을 실행시켜보자. 노란색의 굵은 곡선의 한 순간의 파면을 나타낸다. 이 파면의 각 지점들이 만들어 내는 구면파가 시간이 진행함에 따라 커져서 그 다음 파면을 어떻게 형성하는가를 보여주고 있다.

3. 한 그림이 완성되면 파면의 생성을 중지한다. 이때 "reset"을 누르면 처음부터 다시 시작하게 된다.

4. 두 매질의 굴절률, 입사각 및 파장은 마우스를 이용하여 변경할 수 있다. 변경하게 되면 자동으로 실행 정지되게 되어 있으므로 다시 "run"을 눌러서 파면이 이동하는 모습을 살펴보도록 하자.

5. 조건을 바꾸면 굴절된 파가 진행하는 방향, 굴절각을 시각적으로 보여주게 되는데 이는 스넬의 법칙을 미리 적용하여 굴절된 파면이 진행하게 될 방향을 예측한 것으로서 이와 실제의 파면의 행동을 비교해 볼 수 있다.

6. "반사파 보기"를 선택해 두면 매질의 경계면에서 반사되는 파동도 동시에 관측할 수 있다.

7. 가장자리에서는 빛이 통과해 버리지만 의 가장자리는 파를 반사하는 거울로 되어 있어 여기에서 파면이 반사된다.

8. 공기에서 물, 유리로 또는 역의 방향으로 진행하는 상황 등 다양한 조건으로 변경시켜서 파의 진행하는 양상을 관측해 보자.

9. 전반사의 상황을 만들어서 파면이 전파되는 원리를 생각해보자.