빛의 속도 측정

소개글

4. 실험목표
- 차세대 통신방식인 광섬유 통신을 이용하여 빛의 속도를 정밀하게 측정할 수 있다.


5. 실험원리
우리가 통신을 할 때 많이 쓰이는 광섬유는 어떠한 원리로 원하는 정보를 전달하고 있을까?

일반적으로 빛이 다른 매질을 지나가게 되면 굴절을 일으키게 된다. 그러나 두 매질의 종류와 빛의 입사각에 따라 빛이 굴절하지 않고 모두 반사하는 경우가 있다.

․빛의 전반사


소한 매질에서 밀한 매질로 빛을 입사시킬 때 점차로 입사각을 증가시키면 특정한 각 이상이 되었을때 빛이 전반사 (Total Internal Reflection)를 일으키게 된다. 이때의 각을 임계각 (Critical Angle)이라 부른다. 임계각 보다 큰 입사각으로 빛이 들어오면 따라서 모두 반사를 하게 된다. 이때에는 일반적인 반사의 법칙에 따라 반사를 하게 된다. 위 그림은 입사각을 바꾸어 갈때 빛이 전반사를 일으키게 되는 것을 ․프리즘을 통한 빛의 전반사 실험

실제로 프리즘에서 입사각을 변화시키면서 빛이 전반사 하는 모습을 관찰할 수 있게 된다. 다음의 사진을 보면 프리즘으로 입사하는 광선의 입사각에 따라 일부는 굴절하여 공기중으로 나아가고 일부는 전반사가 되어 나오게 됨을 알 수 있다.


․임계각

목차

4. 실험목표
5. 실험원리
6. 실험 기구 및 장치
7. 실험 방법

본문내용

5. 실험원리
우리가 통신을 할 때 많이 쓰이는 광섬유는 어떠한 원리로 원하는 정보를 전달하고 있을까?

일반적으로 빛이 다른 매질을 지나가게 되면 굴절을 일으키게 된다. 그러나 두 매질의 종류와 빛의 입사각에 따라 빛이 굴절하지 않고 모두 반사하는 경우가 있다.

어떠한 경우에 이러한 일이 발생하는지 알아보도록 하자.

․빛의 전반사
소한 매질에서 밀한 매질로 빛을 입사시킬 때 점차로 입사각을 증가시키면 특정한 각 이상이 되었을때 빛이 전반사 (Total Internal Reflection)를 일으키게 된다. 이때의 각을 임계각 (Critical Angle)이라 부른다. 임계각 보다 큰 입사각으로 빛이 들어오면 따라서 모두 반사를 하게 된다. 이때에는 일반적인 반사의 법칙에 따라 반사를 하게 된다. 위 그림은 입사각을 바꾸어 갈때 빛이 전반사를 일으키게 되는 것을 보여주고 있다. 광원 s에서 나온 빛이 다양한 입사각을 가지고 공기-유리의 경계면을 통과할 때 그림에서와 같이 a부터 d까지는 굴절을 하게 된다. 하지만 e를 지나게 될 때는 더 이상 굴절을 하지 않게 된다. f부터 g까지는 입사각이 임계각을 넘어서게 되므로 모두 전반사가 일어나게 됨을 알 수 있다.

․프리즘을 통한 빛의 전반사 실험

실제로 프리즘에서 입사각을 변화시키면서 빛이 전반사 하는 모습을 관찰할 수 있게 된다. 다음의 사진을 보면 프리즘으로 입사하는 광선의 입사각에 따라 일부는 굴절하여 공기중으로 나아가고 일부는 전반사가 되어 나오게 됨을 알 수 있다.

․임계각

임계각을 구하기 위하여 매질 1에서의 입사각을 임계각으로, 매질 2에서의 굴절각을 90도로 가정하고 굴절의 법칙 (Snell`s law)을 적용한다. 이때 다음과 같은 식을 생각할 수 있다.


따라서 임계각은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

상대 굴절률이 주어졌을 때의 입사각을 계산한 결과를 표를 통하여 확인할 수 있다.

참고 자료

없음