[일반물리] 빛 Light
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- 목차
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0. Basic things about light
1. Reflection
2. Refraction
3. Huygen’s principle
4. 빛의 간섭
5. 이중 슬릿 간섭무늬
6. Diffraction(회절)
7. 회절격자
8. 빛의 편광
- 본문내용
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3. Huygen’s principle
■ 파동으로의 빛
간섭현상을 잘 이해하기 위해서는 빛을 입자로 생각하는 기하광학이 아니라 파동성을 중시하는 파동관학을 알아야 한다. 사실 간섭현상은 빛의 파동성을 직접적으로 보여주는 증거이다.
■ 호이겐스의 원리
빛의 파동성을 최초로 증명한 물리학자는 1678년에 네덜란드의 호이겐스이다. 호이겐스의 이론은 반사와 굴절을 파동의 개념으로 이해하고 굴절률에 대한 물리학적 의미를 잘 설명하고 있다. 호이겐스의 이론에 의하면 현재 파동의 위치를 알면 기하학적 조합에 의해 일정한 시간 뒤의 파동 위치를 알 수 있다. 이러한 기하하적 조합을 호이겐스의 원리하고 부른다.
파면의 모든 점들은 구면파의 원점으로 작용한다. t시간 후의 새로운 파면은 이차파동들의 접면이 된다.
더 쉽게 설명하자면 파가 진행해갈 때 자세히 보면 파면의 모든 점에서 새로운 동그란 파들이 생긴다. 이 때 앞으로 퍼진 파는 아무도 없는 앞으로 계속 나아가고 반대로 뒤로 퍼지는 파는 뒤이어 따라 오는 파들과 충돌하여 순간적으로 상쇄되므로 우리가 볼 때는 파가 계속 앞으로만 퍼져 나가는 것처럼 보인다. 제일 앞서가는 파면에서 또 다시 각 점을 중심으로 새로운 동그란 파가 생겨 같은 과장을 거쳐 파는 사방으로 퍼져 나간다. 이것이 바로 호이겐스의 원리이다.
■ 호이겐스의 원리의 이용 및 예
호이겐스 원리는 임의의 모양의 파면이 그다음 파면을 형성하는 형태를 추측하거나, 파의 진행속도가 다른 지역으로 들어갈 때 굴절하는 양상, 또는 파동의 회절을 설명하는데에 좋은 수단을 제공하기는 하지만 문제점을 가지고 있다. 점 파원은 사방으로 동일한 세기의 파동을 만드므로 파면의 진행방향에 반대되는 방향으로의 파동도 생겨나야 하나 이러한 것은 관측할 수 없다. 프레넬, 키르히호프는 파동방정식을 이용하여 더 엄밀한 방법으로 이 호이겐스 원리를 검증하여 이를 수정할 수 있었다. 이를 프레넬-키르히호프 법칙이라 한다. 이 원리는 진작의 파면의 진행방향과 이루는 각도(θ)에 따라 파의 세기가 다르다는 것 말하고 있다. 파면이 형성하는 파원은 구면파를 만들어 내기는 하지만 파가 진행하는 방향으로 가장 강하고 그 반대 방향으로는 진폭이 0인 파동을 만들어 낸다. 비록 호이겐스 원리가 근사식에 불과하기는 하지만 진행방향과 크게 벗어나지 않은 방향으로의 파동의 세기는 거의 대등하므로 굴절, 반사, 간섭, 회절 등의 파동의 여러 현상을 설명하는데에 매우 유용하게 쓸 수 있다.
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