Art Science Inquiry(ASI)-빛의 간섭

소개글

Art Science Inquiry(ASI)-빛의 간섭에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 탐구동기

Ⅱ. 탐구 과제

Ⅲ. 탐구 가설

Ⅳ. 탐구 설계

Ⅴ. 탐구 수행

Ⅵ. 탐구 결과 및 종합

Ⅶ. 확장 탐구(더 알고 싶은 내용)

본문내용

게 되어 날개표면의 고유한 광구조 두께와 빛의 입사각에 따라 나비의 날개색이 달라지게 되는 것이다.
결과2 비눗물 막의 불규칙한 색깔
실험결과: 막 전체에 순환이 이루어지고 있었으며 고리를 기울였을 때, 비눗물 막의 윗부분은 너무 얇아서 어둡게 보이고 상대적으로 좀 더 두꺼운 중간 영역에서 무늬 또는 띠를 볼 수 있었다. 가장 두꺼운 막의 아래부분으로 갈수록 무늬 간격은 점점 좁아지고 색깔은 중첩되어 희미해졌다.
종합: 비눗물 막을 기울여보면 비눗물 액체의 중력에 의해 비눗물이 아래로 끌리므로 두께가 평형을 이루지 못하게 되고, 막 내부 액체의 순환에 의하여 불규칙하고 얼룩진 색깔이 보이는 것이다.
처음에 세웠던 가설에서는 단지‘비눗물 자체의 무게 때문에 막의 두께가 일정치 않아 불규칙한 간섭색이 일어났을 것이다’라고 생각했으나 막 내부의 순환에 의하여 일어나는 대류와 함께 복합적인 원인이 있었음을 알 수 있었다.
Ⅶ. 확장 탐구(더 알고 싶은 내용)
1) 광구조(photonic structure)
광결정의 주기 구조는 크게 1,2,3 차원 구조로 나눌 수 있는데 각각에 대해 쓰이는 곳이 다르다. 또한 광결정 구조를 만드는 방법은 만들고자 하는 광결정의 차원이 얼마이냐에 따라 많은 차이를 보인다. 일반적으로 광결정은 가장 간단한 1차원 광결정 구조의 경우 서로 다른 물질들을 층층이 쌓기만 하면 된다.
우리가 가장 많이 사용하는 1차원 광결정 구조 중에 안경의 무반사 코팅을 들 수 있으며 DFB(Distributed Feed Back) laser역시 1차원 광결정 구조를 이용한 것이다. 최근에 가장 많은 관심을 갖는 것은 2차원과 3차원 광결정 구조이다. 2차원 광결정의 경우 z 축으로는 변화가 없으며 x-y 평면상으로 주기적으로 서로 다른 물질들이 배열되어 있는 것으로 기존의 optical integrated circuit과 결합되어 사용하는 경우가 많으므로 hybrid photonic crystal이라고 부르기도 한다.
2차원 광결정 구조의 경우 물질 내에 다른 물질들을 봉의 형태로 이때 삽입하는 물질로 air를 쓸 수도 있다. 다시 말해 물질 내에 단순히 구멍을 뚫는 것만으로도 2차원 광결정 구조를 만들 수 있다는 것이다. 3차원 광결정 구조의 경우 모든 방향으로의 완벽한 photonic band gap을 형성한다는 장점이 있지만 그러한 구조의 제작이 수월하지는 않다. 3차원 광결정 구조를 제작하는 방법중 하나로 silica sphere를 쌓는 방법이 있다
그림17. 양치류 식물인 셀라기넬라는 잎의 표면이 다층구조로 돼 있어 푸른색을 띤다.
나비 외에도 자연계에는 광구조를 갖고 있는 생물들을 종종 볼 수 있다. 반짝이는 녹색 겉날개가 아름다운 비단벌레 같은 딱정벌레류나 유리새 같은 몇몇 새의 깃털에서도 발견된다. 열대림에는 푸른색 잎이 난 양치류 식물을 볼 수 있는데 이 색도 잎의 광구조 때문이다. 광물에서도 이런 구조를 볼 수 있다. 무지개 빛으로 현란한 보석 오팔도 현미경으로 들여다보면 작은 구슬이 일렬로 배치돼 있는 광구조임을 알 수 있다. 오팔의 경우 이런 규칙적인 배치가 3차원으로 펼쳐져 있는데, 이 형태가 마치 결정과 비슷해 광결정(photonic crystal)이라고 부른다.
2) 나비의 날개 색깔이 내부의 광구조 두께와 빛의 입사각에 의해 결정되는데, 광 구조의 두께를 변화시킬 수 있다면 색깔은 어떻게 관찰될까?
3) 비눗물 막 실험을 할 때, 거품에 비춰진 상은 어떠한 원리로 형성되었을까?
4) 나비의 날개, 비눗물 막과 같은 빛의 간섭 외에 다양한 빛의 간섭 예를 탐구해 보자.
※참고문헌
Halliday 외 일반물리학(개정7판), 경상대 외 6개 대학 물리학과 공역, 범한서적,
pp.1164~1168
만원지폐에 담긴 물리학-빛의 간섭 이용한 위조방지기술(통권 제257호), 최준곤(2007년 5 월호), 과학동아, pp.152~155
일반물리학실험, 부산대학교 물리학 교재편찬위원회, 청범출판사, pp.405~408
논문- 파동간섭효과를 고려한 다층 박막 구조의 광학특성에 대한 수치해석 연구, 심형섭 외(2006.6), 대한기계학회 2006년도 춘계학술대회 강연 및 논문 초록집, pp2516~2521
실험- 이동준의 자바실험실
http://physica.gsnu.ac.kr/physedu
http://100.naver.com/100.nhn?docid=3131
http://blog.naver.com/jjungdlr

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ASI,   공통과학교육론,   빛의 간섭,   박막간섭,   Art Science Inquiry,   나비날개,   광구조