굴절
장난감 자동차가 운동하다가 모래가 있는 곳으로 비스듬히 들어가면 진행 방향이 꺾입니다. 이것은 모래밭에서의 속력이 아스팔트에서보다 느리기 때문입니다. 마찬가지로 유리에 비스듬한 방향으로 빛을 비추면 빛의 진행 방향이 유리쪽으로 꺾이는 현상이 일어납니다. 이와 같이 빛이 진행하다가 다른 물질을 만날 때 두 물질의 경계면에서 진행 방향이 꺾이는 현상을 굴절이라고 합니다.
굴절률
아래 그림은 공기 중에서 물로 진행하는 빛의 경로를 나타낸 것입니다.
이때 두 물질의 경계면으로 진행하는 빛을 입사 광선, 경계면에서 꺾여서 진행하는 빛을 굴절 광선이라고 합니다. 한편, 입사 광선이 법선과 이루는 각을 입사각, 굴절 광선이 법선과 이루는 각을 굴절각이라고 합니다.
물질로 입사한 빛이 굴절되는 정도를 그 물질의 굴절률이라고 하는데, 입사각이 같을 때 굴절각이 작은 물질일수록 굴절률이 큽니다. 예를 들어 빛이 공기에서 유리와 다이아몬드로 각각 입사할 때 입사각이 같더라도 굴절각은 다이아몬드가 유리보다 작습니다. 따라서 다이아몬드의 굴절률이 유리의 굴절률보다 큽니다. 굴절률은 물질마다 서로 다르므로 물질을 구별하는 데 이용하기도 합니다.
굴절에 의한 현상
물이 들어 있는 컵에 막대를 비스듬히 넣으면 막대가 꺾인 것처럼 보이고, 물속에 발을 담그고 있으면 원래보다 짧은 것처럼 보입니다. 또 물에 반쯤 잠긴 곰의 모습은 물의 경계면 위쪽보다 아래쪽이 실제보다 크게 보입니다. 이것은 모두 빛이 굴절되기 때문에 일어나는 현상입니다.
그런데, 물 속에 있는 물고기의 이미지가 왜 더 작아 보입니까?
그렇지 않습니다. 분명히 물 속에 있는 물고기의 이미지는 원래 크기보다 크게 보입니다. 착각을 불러 일으키는 이유는 당신이 이 상황을 옆에서 쳐다보았기 때문입니다. 만약 당신이 이 시뮬레이션의 눈(안구) 위치에 있다면, 물 속에 있는 물고기는 원래 크기보다 크게 보일 것입니다.
아래 그림의 시야각을 보시기 바랍니다. 물고기가 물 속에 있을 때는 각각 36˚, 26˚의 시야각을 가집니다. 그런데 물이 없다면 이 물고기는 각각 31˚, 23˚의 시야로 줄어듭니다. 따라서 물고기는 물 속에 있는 것이 더 크게 보입니다.
