빛의 반사와 굴절

답은 간단하다 — 책상은 다른 광원(태양, 전등)의 빛을 반사해서 우리 눈으로 보내고 있다. 빛이 광원 → 사물 → 우리 눈으로 도달하는 과정에서 사물의 색·모양·위치 정보가 함께 전달된다.

그런데 빛이 항상 똑바로 가는 것은 아니다. 거울을 만나면 같은 매질로 되돌아오고(반사), 물·유리를 만나면 다른 매질로 들어가며 꺾인다(굴절). 두 가지가 만들어 내는 일들을 살펴보자.

반사의 법칙: 입사광·법선·반사광은 같은 평면에 있고, 입사각 = 반사각이다.

법선은 매질의 경계면에 수직으로 그은 가상의 선이고, 입사각·반사각은 법선과 이루는 각이다. 거울 면을 기준으로 한 각이 아니라 법선을 기준으로 한 각임에 주의해야 한다.

빛은 공기보다 물에서, 물보다 유리에서 더 느리게 진행한다. 이렇게 매질에 따라 빛의 속도가 다르기 때문에, 빛이 매질 경계를 비스듬히 지날 때 진행 방향이 꺾인다.

· 빛이 속도가 느려지는 매질로 들어가면 → 법선 쪽으로 꺾임 (입사각 > 굴절각)
· 빛이 속도가 빨라지는 매질로 들어가면 → 법선에서 멀어지는 쪽으로 꺾임 (입사각 < 굴절각)

위 그림에서 빛이 공기에서 물로 들어갈 때 법선 쪽으로 꺾이는 것을 볼 수 있다. 만약 빛이 직진했다면 빨간 점선처럼 더 멀리 갔겠지만, 물에서 속도가 느려져 법선 쪽으로 꺾여 짧게 진행한다.

이 때문에 우리가 물 속의 빨대를 보면, 빨대에서 나온 빛이 물 → 공기로 굴절되어 우리 눈에 들어온다. 우리 뇌는 빛이 직진했다고 가정하므로 빨대의 끝이 실제보다 위쪽으로 보이고, 빨대가 수면에서 꺾여 보인다.

다이아몬드의 굴절률이 매우 커서 빛이 안에서 여러 번 반사된 뒤에야 빠져나온다. 그래서 다이아몬드가 반짝거리며 빛난다.