빛의 성질(반사와 분산)과 3차무지개

소개글

빛의 성질(반사와 분산)과 3차무지개에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

방울에서 나온 것이다.
따라서 700-730m 사이에 있는 물방울들로부터 나오는 모든 빛들이 주황색, 노란색, 초록색, 파란색, 남색의 빛이 순차적으로 보인다. 물론 이것은 물방울이 관찰자로부터 1km 떨어졌을 때의 경우이다. 만약 관찰자로부터 5km 떨어졌다면 더 크고 폭이 넓은 무지개를 볼 수 있다.
2차 무지개는 물방울의 아랫부분으로 입사해 나온 빛이 만든다. 1차 무지개와는 달리 밑에서부터 빨주노초파남보의 순서로 보인다. 2차 무지개는 물방울 속에서 두 번 반사하기 때문에 한 번 반사한 1차 무지개와 반대로 보라색 빛이 빨간색 빛의 바깥쪽으로 나온다. 따라서 쌍무지개를 보면 색깔이 대칭적이라는 것을 확인할 수 있다.
색깔별로 퍼진 채로 물방울 안에서 진행하던 빛은 물방울과 공기의 경계면 에서는 반사를 한다. 물론 그 중 일부는 공기 중으로 꺾여 나간. 이때 빛이 공기와의 경계 면으로 들어가는 각도와 반사하는 각도는 같다.(반사의 법칙). 반사된 빛은 다시 물방울 속에서 진행하다가 다시 공기와의 경계면과 만나면 일부는 반사하고 일부는 공기 중으로 꺾여서 물방울 밖으로 그 모습을 드러낸다.
이때 덜 꺾인 빨간색 빛은 아래쪽으로, 많이 꺾인 보라색 빛은 위쪽으로 나온다. 물방울로 들어 온 햇빛과 물방울에서 나오는 빨간색 빛 사이의 각도는 42°, 보라색 빛은 40° 쯤 된다. 즉 빨간색이 보라색보다 2° 정도 아래쪽에 있다. 만약 물방울 속에서 두 번 반사된 빛이 꺾여 나오면 2차무지개가 나타난다.
세 번째 반사되면 3차무지개도 나타날 수 있다. 하지만 물방울 속에서 진행하는 빛은 물방울 경계면에서 반사되고 굴절되면서 빛의 양이 감소한다. 따라서 2차 무지개는 1차 무지개에 비해 빛의 양이 줄어든 상태이므로 1차 무지개보다 흐리게 나타난다. 무지개가 만들어질 때는 대부분 쌍무지개가 만들어지지만 거의 관찰되지 않는 이유이다.
하지만 가끔은 쌍무지개를 관찰할 수 있는 행운이 주어진다. 언제 이런 행운을 만날 수 있을까. 간단히 말하면 무지개를 선명히 볼 수 있을 때 쌍무지개를 볼 수 있다. 즉 무지개를 만드는 물방울의 크기가 크면 빛을 모으는 양도 커진다.
대개 지표 부근의 물방울이 상층의 물방울보다 크기 때문에 더 많은 햇빛을 모을 수 있다. 이런 경우 1차 무지개는 물론 진하게 보이고 2차 무지개도 쉽게 볼 수 있다.
무지개의 생성원리는 반사의 법칙과 굴절의 법칙(Snell‘s law)로 설명된다.
반사의 법칙 : θ1 = θ1'
굴절의 법칙 : n1 sinθ1 = n2 sin θ2
(빨간색의 경우 물의 굴절률은 약 1.331, 파란색의 경우 굴절률은 1.343이다)
선명한 무지개를 보기 위해서는 물방울의 크기가 1밀리미터 이상이 되어야 한다. 그보다 작으면 붉은 색 쪽부터 희미해지게 된다. 직경이 0.01mm이하인 경우에는 거의 흰색이 된다. 이는 빛의 간섭현상 때문이다. 그리고 앞에서 설명한 바와 같이 우리 눈은 희미한 빛의 색깔은 잘 구별하지 못한다. 그래서 밤중에 생기는 달무리는 흰색처럼 보이게 되는 것이다.

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