내부 전반사: 임계각

1 · 예측

더 밀도가 높은 매질(유리 같은)에서 덜 밀도가 높은 매질(공기 같은)로 진행하는 빛은, 입사각이 충분히 가파르면 굴절해 나가는 대신 완전히 반사될 수 있습니다. 굴절률이 더 높은 유리는 임계각이 더 작습니까, 더 큽니까?

• 굴절률이 더 높은 유리는 임계각이 더 큽니다.
• 임계각은 유리의 지수에 의존하지 않습니다.
• 굴절률이 더 높은 유리는 임계각이 더 작습니다 — 전반사가 더 쉽게 일어납니다.

2 · 설정

1. tir 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 빛은 유리에서 공기로 이동합니다(n² = 1.0 고정).
2. 임계각 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행에 대해 유리의 굴절률을 설정하고 임계 각도를 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 임계각 θ_c(y축)를 1/n₁(x축)에 대해 그래프로 그리세요.

4 · 분석

1. 한 번의 시행에 대해 n² = 1.0을 사용하여 θ_c = asin(n²/n₁)을 계산합니다. 표와 비교해 보세요.
2. 굴절률이 더 높은 유리(빛을 더 강하게 휘게 함)가 왜 더 작은 임계각을 갖는지 설명하세요 — 전반사는 더 넓은 범위의 입사각에서 일어납니다.

5 · 확장

1. 광섬유는 전반사를 이용해 빛을 고굴절률 유리 코어 안에 가두어, 거의 손실 없이 섬유의 길이를 따라 튕겨가게 합니다. 광섬유 케이블 제조사가 왜 저굴절률 클래딩으로 둘러싸인 매우 고굴절률의 유리 코어를 사용하는지 설명하세요.
2. 다이아몬드는 이례적으로 높은 굴절률(약 2.42)을 가지며, 이는 매우 작은 임계각(약 24°)을 줍니다. 잘 세공된 다이아몬드가 왜 눈부시게 반짝이는지 — 위에서 들어온 빛이 나가기 전에 여러 번 전반사되는 경향이 있기 때문임을 — 설명하세요.

이 실험의 물리학

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