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반사
반사(反射)는 일정한 방향으로 나아가던 파동이 다른 물체의 표면에 부딪쳐서 나아가던 방향을 반대로 바꾸는 현상을 말한다.
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개요[편집]
우리는 낮이나, 불을 켠 경우에는 주위의 물체들을 볼 수 있다. 또, 호수와 같은 잔잔한 수면 위에 물체의 상이 맺혀지는 것을 볼 수 있다. 이것은 빛이 물체에 부딪친 다음에 반사하기 때문이다. 이와 같이 빛이 매질의 경계면에서 일부 또는 전부가 같은 매질 속으로 오는 현상을 반사라고 한다.
반사는 진행하는 빛, 전자기파 등의 파동이 장애물에 부닥칠 경우 서로 다른 매질의 경계에서 방향을 바꿔 진행하는 물리 현상이다. 처음 들어오는 파동을 입사파, 반사되어 나가는 파동을 반사파라 하고 경계면의 법선과 입사파 및 반사파가 이루는 각을 각각 입사각과 반사각이라 한다. 반사에서 입사각과 반사각은 항상 같다. 또한 파동의 진동수, 파장, 속력 모두 변하지 않는다.
파동이 서로 다른 물질로 입사할 때, 입사각이 물질의 임계각보다 클 경우 파동이 직진하면서 굴절되는 대신에 전반사가 일어나서 방향이 원래 매질 쪽으로 바뀌어 돌아온다. 전반사가 일어나기 위해서는 빛과 같은 파동이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행해야 하며, 입사각이 매질의 임계각보다 커야 한다.
빛의 경우는 거울이 대표적이다. 사실 빛은 거울뿐만 아니라 모든 검은색이 아닌 표면에서 반사한다. 보통 반사하려는 빛의 파장보다 매끄러우면 깔끔하게 반사 가능한데 특히 파장이 긴 전파는 닭튀김하는 철망으로도 반사가 된다. 전파 망원경의 반사판이 매끄럽지 않아도 되는 이유이다.
입사되는 빛 중에서 반사되는 비율을 반사율이라고 부른다. 빛의 반사 정도를 나타내는 단위 반사율은 반사광의 에너지와 입사광의 에너지의 비율로 빛을 포함한 여러 종류의 파동이 물체의 표면에서 어느 정도 반사되는지를 나타내며, 이는 물질의 종류와 표면의 상태에 따라 달라진다.[1][2][3]
반사의 법칙[편집]
빛은 직진하다가 불투명한 물체를 만나면 그 물체를 통과하지 못하고 튕겨져 나와. 물체에 부딪히기 전의 빛을 입사광, 부딪힌 후 튕겨 나오는 빛을 반사광이라고 한다. 이때 물체와 부딪히는 점에서 물체 면에 수직 되게 선을 그린다. 이것을 법선이라고 하고, 입사광이 법선과 이루는 입사각과 반사광이 법선과 이루는 반사각은 항상 같아 이것을 반사의 법칙이라고 한다.
- 입사 광선과 반사 광선은 법선의 양쪽에 있고 두 광선은 반사면에 세운 수선(법선)은 같은 평면 내에 있다.
- 빛이 반사할 때에는 입사각과 반사각은 같다. ∠입사각 = ∠반사각
반사의 분류[편집]
반사는 파동이 진행될 때 매질과 만나 일부는 투과 또는 굴절하며 일부만 반사한다는 것이다. 대부분 거울을 통해 반사란 모든 파가 되돌아 나오는 것으로 이해할 수 있는데 꼭 일부는 반사 굴절한다는 것이다. 반사의 종류는 물체의 표면 상태나 매질의 상태에 따라 다음과 같이 분류된다.
정반사[편집]
정반사는 거울같이 매끄러운 면에 평행한 빛이 입사하면 반사되는 빛도 평행하게 되는데 이를 정반사라 한다. 정반사는 빛이 한 방향으로만 반사된다. 반사광선의 방향에서만 물체를 볼 수 있다. 반사광선이 없는 곳에 사람이 있으면 물체를 볼 수 없게 된다. 정반사의 예로 평면거울, 매끈한 금속 등을 들 수 있으며 자동차 반사 필름과 같은 제품도 있다.
난반사[편집]
보통 물체의 표면과 같이 거친 표면에 평행 광선이 입사하면 반사광선은 평행하지 않게 되는데 이를 난반사라 한다. 울퉁불퉁한 면에서 여러 방향으로 빛이 흩어져서 반사하는 것이다. 빛이 사방으로 흩어져 반사되어 어느 방향에서나 물체를 볼 수 있다. 종이를 현미경으로 확대하면 거칠다는 것을 알 수 있다. 난반사의 예로 종이, 영화 스크린 등 대부분의 물체이다.
표면이 매끄러운 거울의 경우 정반사를 하기 때문에 반사되는 곳에서만 거울에 비친 내 모습을 볼 수가 있다. 그래서 거울의 경우 방향을 조금만 잘못 잡으면 내 모습을 볼 수 없다. 반면에 달의 경우는 어느 곳에서나 볼 수 있는데 그 이유는 달 표면은 울퉁불퉁하기 때문에 난반사를 한다. 빛이 사방으로 퍼지기 때문에 모든 방향에서 볼 수 있다.
고정단 반사[편집]
고정단 반사와 자유단 반사는 매우 중요한 내용이다. 반사의 과정에서 파의 위상 변화를 이해하고 차 후 간섭현상을 이해하는데 중요한 내용이기 때문이다.
고정단 반사는 매질에서 진행될 때 반사된 파가 밀한 매질에서 소한 매질로 갈 때의 반사 이해와 소한 매질에서 밀한 매질로 갈 때의 반사와 연결된다. 반사파는 입사파와 모습이 뒤집히므로 위상이 180°(반파장) 변하고, 투과파와는 경계점 대칭이다. 이때 관계되는 힘은 작용 - 반작용력이다. 공기에서 물(유리)로 입사할 때는 고정단 반사가 일어난다.
자유단 반사[편집]
반사파는 입사파와 같은 모습이므로 위상은 불변이고, 투과파와는 경계면 대칭이다. 이렇게 되는 이유는 반사할 때의 상황이 처음 입사파의 펄스를 만들 때와 똑같기 때문이다. 물(유리)에서 공기로 입사할 때는 자유단 반사가 일어난다.
거울에 의한 반사[편집]
반사라고 하면 제일 많이 나오는 것이 거울이다. 거울은 크게 두 종류가 있다. 거울 면이 평평한 평면거울과 굽어져 있는 구면거울이 있으며 구면거울을 자세하게 오목거울과 볼록거울로 나눈다. 사용하는 거울에 따라 보이는 상의 모습이 다르다.
평면거울[편집]
어딘가의 광원의 빛이 병(반사체)에 부딪혀서 병에서 빛이 나가서 거울에서 다시 반사되어 우리 눈에 들어오게 된다. 사람의 눈은 자신의 눈으로 빛이 들어왔을 때 이 빛이 반사된 것이라 생각하지 못하고 현재 들어온 이 빛이 원래부터 저 앞에서부터 쭉 뻗어져서 왔구나 하는 생각을 한다. 자동차의 운전석에 붙은 백미러가 평면거울의 반사 원리를 이용한 것이다.
- 거울 뒤쪽에 물체가 있는 것처럼 보임
- 실물과 좌우가 바뀐 모양으로 보임
- 실물의 크기 = 상의 크기 (상 : 거울에 비친 물체의 모습)
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오목거울[편집]
오목거울은 빛을 모으게 한다. 물체가 가까이 있을 때 실물보다 큰 상이 생기며 물체가 멀리 있을 때는 실물보다 작고 거꾸로 된 상이 생긴다.
- 성화 채화 : 빛을 모아 쉽게 채화 될 수 있게 하기 위해 오목 거울 사용
- 자동차의 전조등 : 오목 거울을 사용해 빛을 모아 빛이 앞으로 쭉 나갈 수 있게 함
- 등대 : 멀리에서도 빛을 잘 볼 수 있게끔 오목거울을 사용해서 빛이 모아질 수 있게끔 해줌
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볼록거울[편집]
볼록거울은 빛을 퍼지게 함(넓은 범위를 볼 수 있음), 항상 물체보다 작은 상이 생긴다.
- 굽은 길의 거울 : 범위는 넓으나 물체는 작게 보여, 시야를 확보할 수 있어 볼록 거울을 사용
- 자동차 측면 거울(사이드미러) : 뒤쪽 상황을 볼 수 있게 해주는 측면 거울의 경우 볼록 거울을 사용해 작지만 넓은 범위를 확인할 수 있게 해줌
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오목거울과 볼록거울은 쉽게 확인할 수 있는 게 숟가락이다. 앞쪽은 오목하게 들어가 있어 오목거울, 뒤쪽은 볼록하게 나와 있기 때문에 볼록거울이라 생각하면 된다. 볼록거울의 경우 한 면은 볼록하고 반대편 면은 막혀있음. 나란하게 빛이 들어오면 빛이 퍼짐, 오목거울의 경우는 빛이 들어오면 빛이 퍼지면서 반사한다.[4][5][6]
동영상[편집]
각주[편집]
참고 자료[편집]
- 〈반사〉, 《네이버 국어사전》
- 〈반사〉, 《위키백과》
- 〈반사〉, 《나무위키》
- 화이트럽, 〈빛의 반사〉, 《네이버 블로그》, 2009-11-12
- 타키온, 〈물리 이야기 - 반사의 성질〉, 《네이버 블로그》, 2016-04-18
- 밝은햇살, 〈빛의 반사〉, 《네이버 블로그》, 2006-11-02
같이 보기[편집]
