3-2-3. 파동의 간섭과 회절
[ 파동의 간섭 / 파동의 회절 / 영의 실험, 빛의 파동설,
이중슬릿에 의한 빛의 회절 / 단일슬릿에 의한 빛의 회절 / 편광 ]
[ 파동의 간섭 ]
두 개의 파동이 서로 겹칠 때 뽕짝이 잘 맞는 곳에서는 진폭이 커지고, 서로 분위기가
안 맞는 곳에서는 상쇄되어 약해집니다. 이러한 현상을 파동의 간섭이라 하죠.
소개를 받았는데 서로 마음이 맞으면 분위기가 붕 뜨고 신나죠. 보강간섭이 일어난
것입니다. 그러나 아니올씨다인 경우에는 분위기 팍 가라앉아 서로 서먹하고 어색한
것이 완전히 초쳤죠. 이 경우 상쇄간섭이 일어난 것입니다.
파동도 마찬가지로 골과 골 또는 마루와 마루가 만나면 보강간섭이 일어나 진폭이
커지고 반대로 골과 마루가 만나면 팍 삭아 진폭이 작아지는 상쇄간섭이 일어나죠.
파장을 반으로 나눈 것이 짝수배로 간섭하면 보강간섭이, 홀수배로 간섭하면
상쇄 간섭이 일어납니다. 잘 기억하세요. 반파장을 항상 기준으로 합니다.
어릴 때' 반대의 반대' 하던거 기억나요.
만득이 ; 맹구야 ! 넌 천재의 반대다.
맹구 ; 아니야. 난 천재의 반대의 반대야.
만득이 ; 좋아 ! 넌 천재의 반대의 반대의 반대다.
맹구 ; 맹 ??? ??? ???
맹구는 2차원 평면적 사고 방식을 가졌기 때문에 더 이상 계산이 안됩니다.
반파장이 한 칸 밀리면 서로 반대의 모양이 되므로 상쇄됩니다. 두 칸 밀리면
다시 같은 모양이 되므로 보강이, 세 칸 밀리면 다시 반대 모양이 되어 상쇄가 .....
그래서 반파장의 짝수배면 보강이 홀수배면 상쇄가 일어납니다.
파동이 진행하다가 중간에 장애물을 만나면 휘익 휘어 감기면서 돌아갑니다.
틈이 생긴 경우에도 그 틈을 뚫고 나가면서 사방으로 퍼져나갑니다.
이렇게 원래와 다른 방향으로 파가 진행해 가는 것을 회절현상이라고 합니다.
옆방의 소리가 들 리는 것이 퍼져나가던 목소리(음파)가 휘어 휘어 이 방으로
들어온 것입니다. 회절현상이죠. 빛은 파장이 너무나 짧아 회절이 일어나도
너무나 작게 일어나 거의 꺽이지 않기 때문에 전봇대 뒤에 숨은 사람이 보이지
않는 것입니다. 따라서 파장이 길수록 회절이 잘 일어납니다.
같은 물결파가 진행할 때 틈이 좁을수록 회절이 잘 일어납니다. 틈의 입장에서 보면
틈이 좁을수록 파장이 길게 느껴지기 때문입니다. 어릴 때 한 없이 넓게 보였던
골목길이 어른이 되어 가보면 너무나 좁은 길입니다. 같은 길이지만 처지에 따라
다른 결과가 생기는 것이죠. 똑같은 파장의 파동이 좁은 틈의 입장에서는
긴 파장으로 느껴지므로 좁은 틈을 지나는 경우 회절현상이 잘 일어나는 것입니다.
좁은 틈을 지나온 물결파가 틈을 빠져 나오면서 둥그런 구면파를 만드는 것은
파동을 입자(알갱이)라고 생각하면 설명할 수 없는 현상입니다.
틈을 빠져나온 빛도 비슷한 현상을 보이므로 빛은 파동이라고 여겨집니다.
[ 영의 실험 ; 빛의 파동설 ; 이중슬릿에 의한 빛의 간섭 ]
1801년 영(Young)은 틈(슬릿)을 두 개 뚫어(이중 슬릿) 빛의 간섭현상을 밝혀내어
빛이 파동임을 밝혔죠. 두 구멍(틈,슬릿)에서 출발한 빛의 파동이 보강과 소멸을
일으켜 밝고 어두운 무늬를 교대로 만드는 현상을 알아낸 것입니다.
역시 반파장의 짝수배의 위치는 보강간섭으로 밝게, 홀수배 위치에서는
상쇄간섭으로 어둡게 무늬가 쭉 교대로 나타났습니다.
파장이 길수록, 슬릿(틈)사이의 간격이 좁을수록 밝은 무늬사이의 간격이
길어집니다. 파장이 길어야, 틈의 크기가 작아야 회절이 잘 일어나는 것과
같은 이칩니다. 슬릿사이의 간격을 하나의 틈으로 생각해도 됩니다.
결국 간섭은 회절 때문에 나타나는 것입니다.
구멍이 하나인 경우 그 구멍을 통과해 온 빛이 회절이 일어나 파동처럼 퍼져
나가면서 마치 두 물결이 퍼져나가는 것과 같은 현상에 의해 간섭이 일어나
밝고 어두운 부분이 교대로 보이는 회절무늬가 나타납니다. 이 회절 무늬는
간섭 무늬와 같은 현상입니다.
구멍을 크게 생각했을 때 구멍의 양끝을 각각 슬릿으로 생각하면 됩니다.
이중 슬릿의 경우는 짝수배에서 보강이, 홀수배에서 상쇄가 나타났지만
단일 슬릿의 경우는 반파장의 홀수배에서 보강간섭이 짝수배에서 상쇄간섭이
일어납니다.
빛은 횡파이므로 진행방향과 직각방향으로 진동합니다. 이 때 진행하는 빛의
길목에 편광판을 놓으면 편광판의 결정축과 같은 방향으로 진동하는 빛만 빠져
나가고 수직으로 진동하는 빛은 통과하지 못하여 전체적으로 어두워집니다.
이렇게 편광판을 지나온 빛을 편광(한쪽편으로만 진동하는 빛)이라고 합니다.
편광현상이 일어나는 것은 빛이 횡파라는 증거입니다.
편광판이란 한쪽방향으로만 및을 통과시키는 판을 말합니다. 전기석이나
폴라로이드판등이 이러한 성질을 가집니다. 두 편광판을 결정면이 수직이
되도록 겹치면 빛이 통과하지 못하여 검게 보이는 현상도 나타납니다.