레이저 빛이 물줄기를 따라 휘는 이 상황의 원리는 무엇인가요?
한쪽에 작은 구멍이 뚫린 투명수조에 물을 가득 채우고, 구멍 반대편에서 구멍을 향해 레이저를 비추었더니 레이저빛이 바깥으로 분출하는 물줄기를 따라서 휘어지는 현상을 관찰할 수 있었습니다. 그런데 레이저가 왜 휘는 것이죠? 직진해야 하는 것 아닌가요?
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
레이저 빛은 직진하는 성질을 가지고 있지만 물줄기와 공기의 경계면에서 전반사라는 현상이 일어나 빛의 진행 경로가 바뀌게 됩니다 물줄기 내부에서 빛이 계속해서 경계면에 부딪히며 전반사를 반복하기 때문에 마치 빛이 물줄기를 따라 휘어지는 것처럼 보이는 것입니다 이는 빛이 밀도가 다른 매질의 경계면에서 굴절하는 일반적인 현상과 유사하지만 특정 조건에서 빛이 완전히 반사되는 전반사 때문에 더욱 두드러지게 나타납니다.
안녕하세요. 아하의 전기전자 분야 전문가입니다.
레이저 빛이 물줄기를 따라 휘어지는 현상은 "전반사"라는 원리 때문입니다. 물과 공기처럼 서로 다른 매질의 경계면에 빛이 입사할 때 빛의 굴절률 차이에 의해 전반사가 발생할 수 있습니다. 물줄기 내부의 레이저 빛은 경계면에서 외부로 나가지 않고, 계속해서 내부로 반사되며 물길을 따라가게 됩니다. 이는 광섬유 케이블에서 빛을 전송하는 방식과 유사합니다. 이 원리 덕분에 빛이 물줄기와 비슷한 방향으로 진행됩니다. 질문자분이 관찰한 현상도 이러한 물리적 원리를 반영한 것입니다.
안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
레이저가 휘는 현상은 광학 현상 중 하나인 굴절에 의해 발생합니다. 굴절은 빛이 다른 매질로 들어가면서 속도가 달라지는 현상으로 이때 빛의 진행 방향이 바뀌게 됩니다. 이러한 굴절은 물과 같은 매질에서 더욱 뚜렷하게 나타나는데 물은 공기보다 밀도가 높기 때문에 빛의 속도가 더욱 느려지게 됩니다. 그래서 레이저 빛이 물을 통과하면서 굴절이 발생하고 빛의 진행 방향이 바뀌게 되는 것입니다. 이러한 굴절 현상이 물줄기를 따라서 계속 일어나면서 레이저 빛이 휘는 현상이 관찰되는 것입니다. 이러한 현상은 물뿐만 아니라 다른 매질에서도 발생할 수 있으며 레이저 빛의 파장이나 물의 밀도에 따라서 휘는 정도가 달라질 수 있습니다. 감사합니다.
도움이 되셨다면 아래 추천과 좋아요 부탁드립니다.
안녕하세요. 박성학 과학전문가입니다.
빛이 물줄기를 따라 휘는 것은 빛의 전반사 현상 때문으로 빛이 물줄기 내부에 들어가면 공기중으로 빠져나오지 못하고 그 안에서 반사를 반복해 물의 흐름에 따라 휘어지는 것입니다
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.
물이 담긴 투명 수조에서
레이저 빛이 휘어지는 현상은
빛의 굴절과 반사라는
두 가지 원리로 설명할 수 있습니다.
빛은 물과 공기의
경계면에서 굴절됩니다.
빛이 물에서
공기로 이동할 때 굴절률이 변하여
빛의 진행 방향이 바뀌는 현상입니다.
수조에 비스듬히 입사하는
레이저 빛은 물과 공기의 경계
면에서 굴절되어
빛의 진행 방향이 바뀝니다.
굴절된 빛은 수조 벽면에 반사되어
다시 물과 공기의
경계면을 만나 굴절됩니다.
이 과정을 반복하며 빛의 진행 방향이
계속 바뀌어 휘어진 빛줄기가 관찰됩니다.
굴절의 정도는 빛의 입사각과 물과 공기의 굴절률 차이에 따
라 결정됩니다.
빛이 경계면에 더 비스듬히 입사할수록
굴절의 정도가 커집니다.
레이저 빛을 더 비스듬히 비출수록
빛이 더 많이 휘어지는 것을
관찰할 수 있습니다.
물의 굴절률은 공기보다 높습니다.
빛이 물에서
공기로 이동할 때 굴절률이 감소하여
빛의 진행 방향이
아래쪽으로 휘어집니다.
수조 벽면에 반사된 빛은 다시 굴절되어 빛줄기가 더욱 뚜렷
하게 관찰됩니다.
레이저 빛이 굴절되는 경로는
물줄기와 일치하지 않습니다
굴절된 빛은 물줄기를 따라 이동하는 것처럼
보이기 때문에 빛이 물줄기를 따라
휘어지는 것처럼 관찰됩니다.
투명 수조에 물을 채웁니다.
레이저 포인터를 준비합니다.
레이저 포인터를 물이 담긴
수조에 비스듬히 비춥니다.
굴절된 레이저 빛을 관찰합니다.
레이저 빛은 눈에 해로울 수 있으므로
직접 눈을 비추지 않도록 주의해야 합니다.
어린아이가 실험을 할 때는
반드시 어른의 감독하에 진행해야 합니다.
물이 담긴 컵에 빨대를 꽂으면
빨대가 부러진 것처럼 보이는
현상도 빛의 굴절 때문입니다.
답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.