굴절

요약 파동이 서로 다른 매질(媒質)의 경계면을 지나면서 진행방향이 바뀌는 현상이다.

매질에 따라서 파동의 진행 속력이 달라지기 때문에 서로 다른 매질의 경계면을 통과하는 파동의 진행방향이 바뀌게 되는 현상을 굴절이라고 한다. 빛이나 소리 등 파동의 구체적인 종류와 무관하게 나타난다.

[그림]처럼 각각 균일한 두 매질의 경계면에 단일한 파장의 파동이 입사할 경우, 입사하는 각도(θ₁)와 굴절되는 각도(θ₂) 사이에는 다음의 관계가 성립한다.



이때 입사각과 굴절각은 경계면에 대한 법선(法線:수직한 선)을 기준으로 잰다. C는 경계면을 이루는 두 매질의 조합에 따라서 다른 값을 가지지만 두 매질이 정해지면 경계면에서의 입사 위치, 입사하는 각도에 무관한 상수이다. 매질이 균일하지 않다면 경계면에서의 위치에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 구체적으로 C는 경계면 양쪽의 두 매질의 굴절률의 비가 된다.

굴절의 예로는 물컵 속의 연필 굽어 보이는 현상, 수조 바닥에 놓인 동전이 실제보다 가깝게 떠 보이는 현상 등이 있다. 또 안경이나 망원경에 쓰이는 렌즈나 프리즘도 빛의 굴절을 이용하는 광학기구이다.

매질의 굴절률은 파장에 따라서 조금씩 차이를 보이기 때문에 같은 각도로 입사한 다른 파장의 빛은 다른 방향으로 굴절된다. 프리즘은 이러한 현상을 이용하여 입사광을 파장별로 분광하기 위해서 사용된다. 하지만 망원경이나 안경에 사용되는 렌즈에서는 파장에 따른 굴절각의 차이 때문에 색수차가 발생하여 보려는 대상의 형상을 왜곡하는 문제점이 발생한다.