KR100665280B1 - Optical experimental equipment of reflection and refraction - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빛의 반사 및 굴절실험기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연기로 충진되고 반사판이 형성된 공간에 레이저광을 입사시켜, 입사되고 반사되는 레이저의 광경로를 명확하게 관찰할 수 있도록 하여 빛의 반사실험을 간편하게 실행할 수 있으며, 또한 서로 다른 매질 상태를 설정하여 빛의 굴절실험을 간편하게 실행할 수 있는 빛의 반사 및 굴절실험기구에 관한 것이다.The present invention relates to a light reflection and refraction experiment apparatus, and more particularly, by injecting the laser light into the space filled with smoke and the reflection plate formed, it is possible to clearly observe the optical path of the incident and reflected laser light It is possible to easily perform the reflection experiment of the light reflection and refraction experiment apparatus that can easily perform the refraction experiment of light by setting different media states.
본 발명은 일측이 개구된 원통형상으로, 측면은 외부의 레이저출력기(40)에 의한 신호광이 입사되도록 투명재질의 입사창(34)이 형성되고, 내측은 지름을 경계로 하여 양측으로 구획하는 경계막(31)에 의해 제1매질부(32)와 제2매질부(33)로 구분되며, 상기 제1매질부(32)와 제2매질부(33)의 바닥면은 비투과성재질의 매질통(30)으로 구성되고, 상기 매질통(30)의 개구부를 밀폐하도록 개폐되며, 상부면은 상기 매질통(30)의 내부에 형성되는 광경로를 관찰할 수 있는 투명재질로 상기 광경로에 의한 빛의 각도를 측정할 수 있는 각도눈금(12)이 형성되고, 측면은 외부의 빛이 입사되는 것을 차단하기 위한 비투과성재질로 형성된 각도측정부(10)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, one side is opened in a cylindrical shape, the side is formed with a transparent material incident window 34 so that the signal light is incident by the external laser output device 40, the inner side borders partitioned on both sides with a diameter boundary The membrane 31 is divided into a first medium portion 32 and a second medium portion 33, and the bottom surface of the first medium portion 32 and the second medium portion 33 is a non-transparent material. Consists of a cylinder 30, the opening and closing to seal the opening of the medium cylinder 30, the upper surface is a transparent material that can observe the optical path formed in the inside of the medium cylinder 30 to the optical path The angle scale 12 is formed to measure the angle of the light by the side, the side is characterized in that it comprises an angle measuring unit 10 formed of a non-transparent material for blocking the incident light of the outside. .
광학, 반사, 굴절, 산란, 각도, 매질, 기체, 액체 Optical, reflection, refraction, scattering, angle, medium, gas, liquid
Description
도1은 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구의 분리사시도,1 is an exploded perspective view of a light reflection and refraction experiment apparatus according to an embodiment of the present invention,
도2a는 본 발명의 일실시예에 의한 각도측정부의 구조도,2a is a structural diagram of an angle measuring unit according to an embodiment of the present invention;
도2b는 본 발명의 일실시예에 의한 매질통의 구조도,2b is a structural diagram of a medium container according to one embodiment of the present invention;
도3은 본 발명의 일실시예에 의한 반사판의 구조도,3 is a structural diagram of a reflector according to an embodiment of the present invention;
도4a 및 도4b는 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 굴절실험을 설명하기 위한 빛의 경로도,4A and 4B are light path diagrams for explaining refraction experiments using a light reflection and refraction test apparatus according to an embodiment of the present invention;
도5a 및 도5b는 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 전반사실험을 설명하기 위한 빛의 경로도,5A and 5B are light path diagrams for explaining a total reflection test using a light reflection and refraction test apparatus according to an embodiment of the present invention;
도6은 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 반사실험의 상태도,6 is a state diagram of a reflection experiment using a light reflection and refraction experiment apparatus according to an embodiment of the present invention;
도7a 및 도7b는 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 난반사실험의 상태도,7a and 7b is a state diagram of the diffuse reflection experiment using the light reflection and refraction experiment apparatus according to an embodiment of the present invention,
도8은 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 굴절실험에서 레이저의 광경로를 설명하기 위한 측면도,8 is a side view for explaining the optical path of the laser in the refraction experiment using the light reflection and refraction experiment apparatus according to an embodiment of the present invention;
도9a 및 도9b는 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이 용한 굴절실험의 상태도.9A and 9B are state diagrams of refraction experiments using a light reflection and refraction test apparatus according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10: 각도측정부 11: 흑색측면10: angle measuring section 11: black side
12: 각도눈금 20: 반사판12: angle scale 20: reflector
21: 난반사용 흑색판 22: 난반사용 백색판21: diffused black plate 22: diffused white plate
23: 정반사판 30: 매질통23: specular reflection plate 30: medium container
31: 경계막 32: 제1매질부31: membrane 32: first medium portion
33: 제2매질부 34: 입사창33: second medium portion 34: entrance window
35: 밀폐콕 36: 산란물질투입구35: sealed cock 36: scattering material inlet
37: 흑색면 38: 반사판 체결부37: black side 38: reflector plate fastening portion
40: 레이저출력기 41: 입사광40: laser output 41: incident light
42: 굴절광 43: 반사광42: refractive light 43: reflected light
44, 45: 난반사광44, 45: diffuse reflection
본 발명은 빛의 반사 및 굴절실험기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연기로 충진되고 반사판이 형성된 공간에 레이저광을 입사시켜, 입사되고 반사되는 레이저의 광경로를 명확하게 관찰할 수 있도록 하여 빛의 반사실험을 간편하게 실행할 수 있으며, 또한 서로 다른 매질 상태를 설정하여 빛의 굴절실험을 간편하게 실 행할 수 있는 빛의 반사 및 굴절실험기구에 관한 것이다.The present invention relates to a light reflection and refraction experiment apparatus, and more particularly, by injecting the laser light into the space filled with smoke and the reflection plate formed, it is possible to clearly observe the optical path of the incident and reflected laser light It is possible to easily perform the reflection experiment, and also to the light reflection and refraction experiment apparatus that can easily perform the refraction experiment of light by setting different media states.
일반적으로 빛의 반사에 관한 실험은 직진성이 우수한 레이저출력기를 이용하여 레이저광을 각도기 달린 거울에 반사시켜 그 입사각과 반사각을 측정하는 실험이다. 그러나 상기와 같은 반사실험을 주간의 실험실에서 수행할 경우에 레이저광의 경로를 정확하게 관찰할 수 없으므로 실험의 효율성이 떨어지며, 그 각도가 0~180°로 표시되어 있어 학생들에게 혼란을 줄 소지가 있다.In general, the experiment on the reflection of light is an experiment to measure the incident angle and the reflection angle by reflecting the laser light to the protractor mirror using a laser printer with excellent straightness. However, when the reflection experiment is performed in the daytime laboratory, the path of the laser light cannot be accurately observed, and thus the efficiency of the experiment decreases, and the angle is displayed at 0 to 180 °, which may cause confusion for the students.
한편 빛의 굴절에 관한 실험은 레이저광을 물이 담긴 수조에 입사시켜 그 진행경로를 펜으로 그린 후 그 입사각과 굴절각을 일반 각도기(0~180° 범위의 각도를 측정할 수 있는 각도기)를 이용하여 그 각도를 측정해야 하므로 그 과정이 복잡하고 시간이 많이 걸리면서도 입사각과 굴절각을 정확하게 측정하기 어렵다는 단점이 있었다.On the other hand, the experiment on the refraction of light is made by injecting the laser light into a water tank containing water and drawing the path of progress with a pen, and then using the general protractor (protractor that can measure the angle in the range of 0 ~ 180 °). Since the angle must be measured, the process is complicated and time-consuming, but it is difficult to accurately measure the angle of incidence and the angle of refraction.
이에 국내실용신안등록 제0301318호(2003. 01. 06, 발명의 명칭: 광의 굴절 및 전반사 실험장치)에서는 교실에서 학생들이 간단한 실험절차에 의해 광의 굴절 및 전반사현상을 관찰하고 실험할 수 있도록 하여 이론의 이해도를 높이는 장치가 개시되어 있다. 즉 상기 광의 굴절 및 전반사 실험장치는 원형각도기가 부착된 제1원형판과, 제1원형판과 일정거리 이격된 제2원형판과, 상기 제1 및 제2원형판을 감싸도록 부착된 원통형가이드로 구성되며, 상기 원통형가이드에는 밀봉부재로 밀봉되는 개구가 형성되어 있다. 따라서 상기 개구를 통해 물을 원형각도기의 수평선상과 일치되도록 공급하고, 상기 원통형가이드를 통해 레이저광을 입사시켜 물과 공기를 통과하면서 발생되는 빛의 굴절실험을 수행하도록 되어 있다.In this regard, Korean Utility Model Registration No.0301318 (2003.01.06, Name of Invention: Light Refraction and Total Reflection Experimental Device) allows the students to observe and test light refraction and total reflection through a simple experimental procedure in the classroom. An apparatus for improving the comprehension of is disclosed. That is, the apparatus for refraction and total reflection of light comprises a first circular plate with a circular protractor, a second circular plate spaced from the first circular plate at a predetermined distance, and a cylindrical guide attached to surround the first and second circular plates. The cylindrical guide is formed with an opening sealed by a sealing member. Therefore, water is supplied through the opening to coincide with the horizontal line of the circular protractor, and the laser beam is incident through the cylindrical guide to perform a refraction experiment of light generated while passing through water and air.
그러나 상기 광의 굴절 및 전반사 실험장치는 공기 중에서의 광경로를 정확하게 관찰하기 어렵기 때문에 실험의 효율성이 떨어질 수 있으며 액상의 두 매질사이에서의 굴절을 관찰할 수 없다는 문제점이 있다. 또한 고정되고 세워진 상태로 실험을 수행해야 되고, 한 쪽 방향으로만 그려진 각도눈금으로 인해 실험 진행자가 레이저광을 쏘면서 눈금을 보기 위해서는 그 자세가 불편할 수 있다.However, since the light refraction and total reflection experiment apparatus is difficult to accurately observe the optical path in the air, the efficiency of the experiment may be lowered and there is a problem in that refraction between the two liquid media cannot be observed. In addition, the experiment should be performed in a fixed and standing state, and the posture may be inconvenient for the experimenter to see the scale while shooting the laser light due to the angular scale drawn in only one direction.
한편, 반사 실험을 수행하기 위해서는 별도의 장치를 사용해야만 하는 문제점도 있다.On the other hand, there is a problem that a separate device must be used to perform the reflection experiment.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 빛의 정반사와 난반사 및 빛의 굴절현상을 조작이 단순하고 명확하게 관찰할 수 있는 빛의 반사 및 굴절실험기구를 제공하는 것이다. 다시 말해 미립자로 형성된 산란물질을 제1매질부에 충진시켜 광경로를 명확하게 관찰할 수 있도록 하고, 상기 제1매질부의 통과하여 거울에 입사되는 광의 입사각과 거울에 반사되는 광의 반사각을 용이하게 측정할 수 있는 빛의 반사 및 굴절실험기구를 제공하는 목적이 있다. 또한 제1매질부와 제2매질부에 절대굴절률이 동일하거나 상이한 물질을 설정하여 빛의 굴절현상이나 전반사현상을 용이하게 관찰할 수 있는 빛의 반사 및 굴절실험기구를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a light reflection and refraction experiment apparatus that can be observed simply and clearly the operation of the specular and diffuse reflection of light and the refraction of light. In other words, the scattering material formed of fine particles is filled in the first medium so that the optical path can be clearly observed, and the incident angle of the light passing through the first medium to the mirror and the reflection angle of the light reflected to the mirror are easily measured. It is an object of the present invention to provide a light reflection and refraction experiment apparatus. In addition, by providing a material having the same or different absolute refractive index to the first medium portion and the second medium portion to provide a light reflection and refraction experiment apparatus that can easily observe the refractive or total reflection phenomenon of the light.
또한 입사된 광에 의해 형성된 입사각과 반사각 및 굴절각 등을 용이하게 측정할 수 있도록 주연부에 각각 0°에서 90°까지 구분되고, 관찰자가 어떤 방향에서도 용이하게 각도를 판독할 수 있도록 상하대칭된 2줄의 숫자로 각도눈금이 형성 된 빛의 반사 및 굴절실험기구를 제공하는 목적이 있다.In addition, two angles are divided from 0 ° to 90 ° around the periphery to easily measure the incident angle formed by the incident light, the reflection angle and the refraction angle, and two lines vertically symmetrical so that the viewer can easily read the angle in any direction. The purpose is to provide a light reflection and refraction experiment apparatus with the angle scale formed by the number of.
본 발명은 일측이 개구된 원통형상으로, 측면은 외부의 레이저출력기에 의한 신호광이 입사되도록 투명재질의 입사창이 형성되고, 내측은 지름을 경계로 하여 양측으로 구획하는 경계막에 의해 제1매질부와 제2매질부로 구분되며, 상기 제1매질부와 제2매질부의 바닥면은 비투과성재질의 매질통으로 구성되고, 상기 매질통의 개구부를 밀폐하도록 개폐되며, 상부면은 상기 매질통의 내부에 형성되는 광경로를 관찰할 수 있는 투명재질로 상기 광경로에 의한 빛의 각도를 측정할 수 있는 각도눈금이 형성되고, 측면은 외부의 잡음광이 입사되는 것을 차단하기 위한 비투과성재질로 형성된 각도측정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, one side is opened in a cylindrical shape, the side is formed with a transparent material incident window so that the signal light from the external laser output is incident, the inner side is the first medium portion by the boundary film partitioned on both sides with a diameter boundary And a second medium portion, wherein the bottom surface of the first medium portion and the second medium portion is composed of a non-permeable medium cylinder, and is opened and closed to seal the opening of the medium cylinder, and an upper surface thereof is formed inside the medium cylinder. A transparent material for observing the optical path formed is formed an angle scale for measuring the angle of the light by the optical path, the side is an angle formed of a non-transmissive material for blocking the incident of external noise light Characterized in that it comprises a measuring unit.
또한 상기 경계막은 광투과율이 높고 박막형태인 것으로, 상기 제1매질부와 제2매질부의 절대굴절률보다 큰 절대굴절율을 갖으며, 상기 경계막의 일측면에 삽입되는 반사판을 더 포함하며, 상기 반사판은 빛을 정반사시키는 정반사판과, 빛을 난반사시키는 난반사판이 적어도 하나 이상 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the boundary layer has a high light transmittance and a thin film form, and has an absolute refractive index greater than that of the first medium portion and the second medium portion, and further includes a reflecting plate inserted into one side of the boundary layer, wherein the reflecting plate includes: A specular reflector for specularly reflecting light and at least one specular reflector for specularly reflecting light are formed.
또한 바람직하게는 상기 각도눈금은 1사분면에서 4사분면까지 구분되고, 1사분면과 2사분면은 0°에서 90°, 90°에서 0°까지 일정 간격으로 표시되며, 3사분면과 4사분면은 상기 1사분면과 2사분면에 대칭되도록 형성되며, 상기 형성된 각도눈금과 상하대칭된 각도눈금이 더 형성된 것이 좋다.Also preferably, the angular scale is divided from the first quadrant to the fourth quadrant, the first and second quadrants are displayed at a predetermined interval from 0 ° to 90 °, 90 ° to 0 °, and the third and fourth quadrants are the first quadrant. It is formed to be symmetrical to the two quadrants, it is preferable that the formed angle scale and the upper and lower symmetric angle scale is further formed.
또한 상기 매질통의 측면에 상기 제1매질부 또는 제2매질부와 관통되는 산란물질투입구가 더 형성되고, 상기 산란물질투입구를 개폐하는 밀폐콕을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the side of the medium cylinder is further formed with a scattering material inlet penetrating the first medium portion or the second medium portion, further comprising a sealing cock for opening and closing the scattering material inlet.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 빛의 반사 및 굴절실험기구를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the light reflection and refraction experiment apparatus of the present invention.
도1은 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구의 분리사시도이고, 도2a는 본 발명의 일실시예에 의한 각도측정부의 구조도이며, 도2b는 본 발명의 일실시예에 의한 매질통의 구조도이고, 도3은 본 발명의 일실시예에 의한 반사판의 구조도이며, 도4a 및 도4b는 본 발명에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 굴절실험을 설명하기 위한 빛의 경로도이고, 도5a 및 도5b는 본 발명에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 전반사실험을 설명하기 위한 빛의 경로도이다.1 is an exploded perspective view of a light reflection and refraction experiment apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a structural diagram of the angle measuring unit according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is an embodiment of the
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구는 상기 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 일측이 개구된 원통형상으로 내측 지름을 경계로 하여 양측으로 구획되어 매질부가 형성된 매질통(30)과, 상기 매질통(30)의 개구부를 개폐하기 위한 각도측정부(10)를 포함하여 구성된다.In the light reflection and refraction experiment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 30 and an
상기 각도측정부(10)는 매질통(30)의 내부에 형성되는 광경로를 관찰할 수 있는 투명재질로 상부면이 형성되고, 외부의 잡음광이 입사되는 것을 차단하기 위한 비투과성재질로 측면이 형성되어 구성된다. 이 때 본 발명에서는 흑색으로 도포된 흑색측면(11)으로 구성하였다. 또한 상기 상부면에는 입사된 광에 의해 형성된 입사각과 반사각 및 굴절각등을 측정할 수 있도록 주연부에 각도눈금(12)이 형성되어 있고, 상기 흑색측면(11)의 내측에는 일정 깊이로 체결홈(13)이 형성되어 있다. 이 때 상기 각도눈금(12)은 1사분면에서 4사분면까지 구분되고, 1사분면과 2사분면은 0°에서 90°, 90°에서 0°까지 표시되어 있으며, 3사분면과 4사분면은 1사분면과 2사분면에 대칭되도록 각도눈금(12)이 형성되어 있고, 상기 90°의 위치는 상기 체결홈(13)에 일치되도록 한다. 또한 각도눈금(12)은 관찰자가 어떤 방향에서도 용이하게 각도를 판독할 수 있도록 상하대칭된 2줄의 숫자로 형성되고, 중심부분에는 각의 기준선(24)의 도시되어 있다.The
상기 매질통(30)의 내부는 내측 지름상에 일정 높이로 장착되는 경계막(31)에 의해 제1매질부(32)와 제2매질부(33)로 구획되며, 측면은 외부에서의 신호광이 입사되도록 중앙부에 투명한 입사창(34)과, 상기 입사창(34)의 상부 및 하부에 잡음광의 입사를 차단하기 위한 흑색면(37)이 형성되어 구성된다. 이 때 상기 상부의 흑색면(37)은 비투과성재질로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 흑색측면(11)과 동일한 높이로 형성한다. 또한 상기 입사창(34)에는 상기 제1매질부(32) 또는 제2매질부(33)와 관통되는 산란물질투입구(36)가 형성되며, 상기 산란물질투입구(36)는 밀폐콕(35)에 의해 개폐된다. 따라서 상기 제1매질부(32)에는 상기 산란물질투입구(36)를 통해 미립자로 형성된 연기를 투입하여 레이저광의 경로를 분명하게 관찰할 수 있도록 한다. 또한 상기 제2매질부(33)에는 제1매질부(32)에 설정된 매질과 절대굴절률이 상이한 액체상의 매질을 투입하여 빛의 굴절실험을 수행할 수 있도록 한다.The inside of the
한편 상기 경계막(31)과 연결되는 측면의 상부 흑색면(37)에는 일정 높이로 돌출된 체결바(39)가 형성되어 상기 각도측정부(10)가 매질통(30)과 결합되는 경우 에 체결홈(13)에 삽입되어 각도의 기준점이 항상 일정하게 유지되도록 한다. 그리고 상기 경계막(31)의 일측에는 빛을 반사시키기 위한 반사판(20)이 경계막(31)과 밀착되어 삽입되도록 반사판 체결부(38)가 더 형성된다. 또한 상기 흑색면(37)에 형성된 체결바(39)의 하부에는 일정 높이로 돌출된 지지바(25)가 형성되어 결합된 각도측정부(10)를 매질통(30)에서 용이하게 이탈시킬 수 있도록 한다.On the other hand, a
상기와 같이 형성된 제1매질부(32)와 제2매질부(33)의 바닥면은 비투과성재질이나 흑색으로 도포되어 빛의 반사를 감소시키고, 레어저광의 경로를 더욱 선명하게 관찰할 수 있도록 한다.The bottom surface of the first
상기 경계막(31)은 제1매질부(32)와 제2매질부(33)를 경계짓는 매체로써, 빛의 굴절실험에 영향을 주지 않아야 된다. 다시 말해 굴절실험의 경우 경계막(31)의 재질이 굴절각에 영향을 주지 않아야 하며, 난반사실험의 경우 난반사 발생여부에 영향이 없어야 한다.The
먼저 굴절실험의 경우를 살펴본다. 도4a는 빛의 굴절현상을 설명하기 위한 것으로, 입사점과 수직인 법선을 기준으로 입사각(θ1)과 굴절각(θ2)이라 하고, 각 매질의 굴절율을 n1, n2라 할 때, 빛의 굴절에 대한 스넬(Snell)의 법칙에 의하면 각 매질의 굴절율과 입사각 및 굴절각 사이에는 n1sinθ1=n2sinθ2의 관계가 성립한다. 한편 도4b와 같이 두 매질 사이에 다른 매질이 평행하게 개입하는 경우에는 굴절이 2회 발생하며, 매질2의 출사광은 도1a의 매질2의 경우와 비교했을 때 두 경우 모두 굴절각(θ2)이 동일하다는 것을 알 수 있다.First, the case of the refraction experiment. FIG. 4A is for explaining the refraction of light. The incidence angle θ 1 and the refraction angle θ 2 with respect to the normal line perpendicular to the incidence point are referred to. According to Snell's law of refraction, the relationship of n1sinθ 1 = n2sinθ 2 is established between the refractive index of each medium, the angle of incidence, and the angle of refraction. On the other hand if the other medium is parallel to intervene between the two media, as shown in FIG. 4b is when refraction occurs two times, compared to the case of the
n1sinθ1 = n3sinθ3 n1sinθ 1 = n3sinθ 3
n3sinθ3 = n2sinθ2 n3sinθ 3 = n2sinθ 2
∴ n1sinθ1 = n2sinθ2 ∴ n1sinθ 1 = n2sinθ 2
따라서, 실험하고자 하는 두 매질의 중간에 다른 매질(본 발명의 경우 경계막(31))이 들어가더라도 실험 결과가 같음을 알 수 있다. Therefore, even if a different medium (
전반사실험의 경우 경계막의 영향은 도5a와 도5b에 도시하였다. 전반사는 광학적으로 밀(密)한 매질(굴절율이 큰 물질)에서 소(疎)한 매질(굴절율이 작은 물질)로 입사할 때, 입사각이 어느 특정 각도(임계각) 이상이면 그 경계면에서 광이 전부 반사되어 버리고 굴절은 존재하지 않게 되는 현상이다. 도5a는 2종의 매질이 경계면을 이룰 때의 입사각이 임계각인 경우를 도시한 것이다. 상기 스넬의 법칙에 의하면 n1sin90°=n2sinθ2인 각θ2가 임계각이다. 그런데 도5b와 같이 두 매질 사이에 굴절율이 더 큰 다른 매질이 평행하게 개입하는 경우에는, 매질2에서 매질3사이에서는 전반사가 일어나지 않으나(소한 매질에서 밀한 매질에는 전반사가 발생하지 않는다.), 매질3과 매질1사이에서 전반사가 일어나 결과적으로 그 임계각이 도5a의 임계각과 동일하다는 것을 알 수 있다.In the total reflection test, the influence of the membrane is shown in FIGS. 5A and 5B. When the total reflection is incident from an optically dense medium (large refractive index material) to a small medium (small refractive index material), if the incident angle is more than a certain angle (critical angle), all the light at the interface It is a phenomenon that is reflected and no refraction exists. Fig. 5A shows a case where the incident angle when two media forms an interface is a critical angle. According to the law of Snell n1sin90 ° = n2sinθ 2 of the angle θ 2 is the critical angle. However, when another medium having a larger refractive index intervenes in parallel between the two media as shown in FIG. 5B, total reflection does not occur between the medium 2 and the medium 3 (the total reflection does not occur in the dense medium in the small medium). It can be seen that total reflection occurs between 3 and
n1sin90˚= n3sinθ3 n1sin90˚ = n3sinθ 3
n3sinθ3 = n2sinθ2 n3sinθ 3 = n2sinθ 2
∴ n1sin90˚=n2sinθ2 (단, n1 < n2 <n3)∴ n1sin90˚ = n2sinθ 2 (where n1 <n2 <n3)
따라서, 본 발명과 같이 실험하고자 하는 두 매질의 중간에 다른 매질(본 발명의 경우 경계막(31))이 들어가더라도 동일한 입사각에서 전반사가 일어난다.Therefore, total reflection occurs at the same angle of incidence even if another medium (the
상술한 바와 같이, 경계막(31)은 반사, 굴절, 전반사실험의 결과를 거의 왜곡하지 않으며, 오히려 경계막(31)이 있음으로써 상기 국내실용신안등록 제0301318호 광의 굴절 및 전반사 실험장치로는 실험할 수 없는 2개의 기체상 또는 액상 매질간 광학 실험도 가능하게 된다.As described above, the
이 때 상기 θ1 과 θ2 의 법선을 근접하게 하기 위해서는 θ3 의 각이 매우 작아지고, 경계막(31)의 두께가 매우 작아져야 됨을 알 수 있다.In this case, in order to bring the normal between θ 1 and θ 2 close to each other, the angle of θ 3 may be very small, and the thickness of the
따라서, 본 발명의 경계막(31)은 실험하고자 하는 매질의 굴절율과 비교했을 때 경계막(31)의 재질은 그 굴절율이 클수록 바람직하며, 더 정확한 측정을 위해서는 광투과율이 크고, 두께는 얇을 수록 바람직하다. 이러한 소재로는 가공이 쉽고, 기계적 강도가 높으면서 투명도가 높으며 굴절율도 높은 고밀도유리나 아크릴 등이 있다.Therefore, the
상기 매질통(30)의 측면에 형성된 입사창(34)의 위치는 레이저출력기(40)가 지면과 입사창(34)에 위치되는 경우에 경계막(31)을 통과하거나 반사판(20)에 의해 반사된 반사광이 상기 각도측정부(10)의 각도눈금(12)에 조준되도록 형성하는 것이 바람직하다.The position of the
상기 반사판(20)은 도3에 도시된 바와 같이, 일측면은 빛을 정반사시키는 정반사판(23)으로 형성되고, 타측면은 빛이 난반사시키는 난반사용 백색판(22)과 난 반사용 흑색판(23)이 각각 일정 면적만큼 구획되어 형성하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 반사율이 상이한 여러가지 색을 도포하거나, 표면상의 요철(凹凸) 형성이 상이한 박막등을 부착하여 다양한 형태의 난반사를 관찰할 수 있도록 별도로 형성할 수 있음은 당업자라하면 용이하게 실시할 수 있을 것이다.As shown in FIG. 3, the reflecting
도6은 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 반사실험의 상태도이고, 도7a 및 도7b는 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 난반사실험의 상태도이며, 도8은 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 굴절실험에서 레이저의 광경로를 설명하기 위한 측면도이고, 도9a 및 도9b는 본 발명의 일실시예에 의한 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 굴절실험의 상태도이다.6 is a state diagram of a reflection experiment using a light reflection and refraction experiment apparatus according to an embodiment of the present invention, Figures 7a and 7b are diffuse reflection using a light reflection and refraction experiment apparatus according to an embodiment of the present invention Figure 8 is a state diagram of the experiment, Figure 8 is a side view for explaining the optical path of the laser in the refraction experiment using the light reflection and refraction experiment apparatus according to an embodiment of the present invention, Figures 9a and 9b is an embodiment of the present invention It is a state diagram of the refraction experiment using the reflection and refraction experiment apparatus by an example.
상기와 같이 구성된 본 발명의 빛의 반사 및 굴절실험기구를 이용한 실험양태를 상기 도6 내지 도9b를 참조하여 설명한다.An experimental embodiment using the light reflection and refraction test apparatus of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 6 to 9B.
실험1
매질통(30)의 반사판 체결부(38)에 정반사판(23)이 외부로 노출되도록 반사판(20)을 삽입시키고, 각도측정부(10)로 매질통(30)의 개구부에 밀착되도록 체결시킨다. 이 때 상기 각도측정부(10)에 형성된 체결홈(13)에 매질통(30)의 체결바(39)가 삽입되어 결합되므로, 각도눈금(12)의 90°의 위치에 상기 반사판(20)이 장착되어 항상 일정한 기준점을 설정할 수 있게 된다. 그리고 제1매질부(32)의 밀폐콕 (35)을 산란물질투입구(36)에서 이탈시켜 산란물질투입구(36)를 개방하여 산란물질을 투입시킨다. 본 발명에서는 주변에서 쉽게 구할 수 있는 향연기를 사용하였다.The
그 후 레이저출력기(40)를 매질통(30)의 입사창(34)에 인접시켜 레이저광을 입사시킨다. 이 때 입사광(41)은 각도측정부(10)의 기준점(24)을 향해 신호광을 입사시키게 되면, 정반사판(23)에 반사되는 반사광(43)을 관찰하는 실험할 수 있다. 상기 입사광(41)과 반사광(43)은 제1매질부(32)에 투입된 연기에 의해 명확하게 관찰할 수 있고, 각도측정부(10)에 형성된 각도눈금(12)을 판독하여 정확한 입사각과 반사각을 측정할 수 있게 된다.Thereafter, the
그리고 상기 레이저출력기(40)의 위치를 변화시켜가면서 다양한 형태의 빛의 정반사실험을 수행하게 된다.The specular reflection experiment of various types of light is performed while changing the position of the
상기 도6은 1사분면의 30°위치에서 입사광(41)을 입사시켜 정반사판(23)에 반사되어 반사광(42)이 우측 30°위치로 정반사되는 것을 도시한 것이다.FIG. 6 shows that the
실험2
매질통(30)의 반사판 체결부(38)에 난반사용 흑색판(21)과 난반사용 백색판(22)이 외부로 노출되도록 반사판(20)을 삽입시키고, 상기 실험1과 같이 실험기구를 준비한다.Insert the reflecting
그 후 레이저출력기(40)를 매질통(30)의 입사창(34)을 통해 상기 난반사용 흑색판(21)이나 난반사용 백색판(22)에 입사시킨다. 따라서 반사율이 상이한 난반사판에 따라 선택반사(난반사)가 발생되는 것을 관찰하는 실험할 수 있다.Thereafter, the
상기 도7a는 상기 반사판(20)의 난반사용 백색판(22)에 레이저광을 입사한 것으로 입사광(41)과 난반사용 백색판(22)에 의한 난반사광(44)을 도시한 것이고, 도7b는 난반사용 흑색판(23)에 레이저광을 입사한 것으로 상기 난반사용 백색판(22)에 의한 난반사광(44)과 반사율이 상이한 난반사광(45)이 발생되는 것을 도시한 것이다.FIG. 7A shows the
실험3
제2매질부(33)에 공기의 절대굴절률과 상이한 액체상의 매질을 투입하고, 각도측정부(10)로 매질통(30)의 개구부에 밀착되도록 체결시킨다. 이 때 상기 각도측정부(10)에 형성된 체결홈(13)에 매질통(30)의 체결바(39)가 삽입되어 결합되므로, 각도눈금(12)의 90°의 위치에 상기 경계막(31)이 장착되어 항상 일정한 기준점(24)을 설정할 수 있게 된다. 그리고 상기 제1매질부(32)의 밀폐콕(35)을 산란물질투입구(36)에서 이탈시켜 연기를 투입시킨다. 본 발명에서는 주변에서 쉽게 구할 수 있는 향연기를 사용하였다.A liquid medium different from the absolute refractive index of air is introduced into the second
그 후 상기 실험1 또는 실험2와 같이 레이저출력기(40)를 매질통(30)의 입사창(34)을 인접시켜 레이저광을 입사시키게 되면, 상기 제1매질부(32) 또는 제2매질부(33)에 저장된 물질에 따라 경계막(31)에서 빛이 굴절되는 것을 관찰할 수 있는 실험을 할 수 있다. 또한 상기 입사창(34)에 입사되는 입사각을 조절하면서, 제2매질부(33, 밀한 매질)에서 제1매질부(32, 소한 매질)로 전반사되는 임계각을 측정할 수 있다. 따라서, 굴절되는 경우에는 입사각과 굴절각을 측정하여 매질에 따른 굴절률을 계산하고, 전반사되는 임계각을 측정할 수 있게 된다.Then, when the
상기 도9a는 소한 매질(32)에서 밀한 매질(33)로의 굴절현상 실험으로 상이한 매질에서의 입사광(41)과 굴절광(42)을 도시한 것이고, 도9b는 밀한 매질(33)에서 소한 매질(32)로의 굴절현상을 관찰할 수 있는 실험상태를 도시한 것이다.FIG. 9A shows the
한편 상기 제1매질부(32)의 산란물질투입구(36)를 밀폐콕(35)으로 밀폐시키고 상기 제1매질부(32)에 상기 제2매질부(33)에 투입된 다른 절대굴절률을 갖는 액체물질을 투입하여 굴절을 측정할 수 있는 실험을 할 수 있게 된다. 즉 공기와 물의 비교 이외에도 공기와 설탕물, 물과 농도 진한 설탕물, 농도가 상이한 설탕물의 비교, 물과 식용유 등 매우 다양한 매질에서의 실험이 가능하게 된다.On the other hand, the liquid having a different absolute refractive index that is sealed in the scattering
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention as described above, there are the following effects.
1. 빛의 경로를 측정하기 위한 각도가 빛의 성질에 실험에 맞게 법선을 기준으로 0°~ 90°까지로 형성되어 있어 일반 각도기(0°~ 180°)를 사용할 때 생기는 혼란을 막을 수 있으며, 관찰자가 어떤 방향에서도 용이하게 각도를 판독할 수 있 도록 상하 대칭된 두줄의 숫자로 각도 눈금이 형성되어 있다.1. The angle for measuring the light path is formed from 0 ° to 90 ° based on the normal according to the characteristics of the light to prevent the confusion caused when using a general protractor (0 ° to 180 °). In addition, the angle scale is formed by two lines of vertically symmetric numbers so that the viewer can easily read the angle in any direction.
2. 흑색측면과 흑색 밑면에 의해 외부의 잡음광이 차단될 뿐 아니라 투입된 산란물질에 의해 광경로를 뚜렷하게 관찰할 수 있으므로 주간의 실내 또는 실외에서의 어떠한 환경에서도 충분히 빛의 반사와 굴절에 대한 정확한 실험이 가능하다.2. The black side and the black bottom block not only the outside noise light but also the light path can be clearly observed by the scattering material. Therefore, it is possible to accurately reflect the light reflection and refraction in any environment indoor or outdoor during the day. Experiment is possible.
3. 실험 준비가 간단하여 실험 준비자의 수고를 덜어줄 수 있으며, 실험기구의 조작과 실험 진행과정이 간단하므로, 진행자들이 장치조작 등의 복잡함으로 인해 느끼는 어려움없이 실험의 목적인 빛의 반사와 굴절현상 관찰에만 집중할 수 있다.3. The preparation of the experiment is simple, which can reduce the effort of the experiment preparer. Since the operation of the experiment equipment and the process of the experiment are simple, the reflection and refraction of light, which is the purpose of the experiment, is difficult without the participants feeling complicated by the operation of the device. Focus only on observation.
4. 하나의 실험장치로 반사(정반사와 난반사)와 굴절실험을 모두 수행 할 수 있으므로 장치조작 등에 대한 설명이나 숙련을 위해 필요한 시간이 절약되므로 실험 진행이 원활하다.4. It is possible to perform both reflection (specular and diffuse reflection) and refraction experiments with one experimental device, so the time required for explanation or skill in the operation of the device is saved, so the experiment proceeds smoothly.
5. 동그란 외형이면서 바닥에 놓을 수 있는 형태로 만들어 졌으므로 실험자들이 조를 이루어 어느 쪽에서도 실험할 수 있다.5. It is a round shape and can be placed on the floor, so experimenters can work in groups.
6. 실험에 걸리는 시간이 짧기 때문에 조원 모두가 각자 직접 실험할 수 있는 개별 학습이 가능하며, 곧바로 입사각과 반사각, 입사각과 굴절각을 측정할 수 있으므로 결과 비교를 통한 토론학습이 가능하다.6. Because the time required for experiments is short, individual learning is possible for all members of the group to directly experiment, and the angle of incidence and reflection, the angle of incidence, and the angle of refraction can be measured directly.
7. 정반사판을 끼워 레이저광을 입사시키면 광의 경로를 정확하게 관찰하면서 곧바로 입사각과 반사각을 확인할 수 있으므로 반사의 법칙을 곧바로 이해할 수 있다.7. When the laser light is incident on the specular reflector, the angle of incidence and the angle of reflection can be immediately observed while observing the path of light accurately, so that the law of reflection can be understood immediately.
8. 다양한 색과 재질의 난반사판을 이용하면 난반사실험을 용이하게 수행할 수 있으며, 색이나 재질에 따른 빛의 반사와 흡수의 차이점까지 실험할 수 있다.8. If you use diffuse reflection plate of various colors and materials, you can easily perform diffuse reflection experiment, and you can experiment to the difference of light reflection and absorption according to color or material.
9. 레이저광의 입사각을 0°~ 90°로 달리하면서 굴절각의 변화를 살피다 보면 자연스럽게 입사각과 굴절각 사이의 관계를 알 수 있으며, 굴절에서의 임계각과 전반사실험 같은 심화 실험까지 간단하게 수행할 수 있다.9. If the angle of incidence of the laser light is varied from 0 ° to 90 °, the relationship between the angle of incidence and the angle of refraction can be seen naturally, and the deepening experiments such as the critical angle in total refraction and total reflection can be easily performed.
10. 같은 매질들을 이용한 실험이라도 밀한 매질에서 소한 매질로, 소한 매질에서 밀한 매질로의 실험도 곧바로 진행할 수 있다.10. Even experiments using the same medium can be carried out directly from dense to medium and from medium to dense.
11. 밀도가 다른 다양한 매질을 선택하여 그 굴절현상을 관찰할 수 있으며 그 굴절율을 계산할 수 있다.11. It is possible to select various media with different densities and observe the refractive phenomenon and calculate the refractive index.
12. 고가이거나 반사와 굴절실험장치가 별개로 제작된 대부분의 타 실험장치와는 달리, 본 발명은 저렴한 가격으로 제작할 수 있는 하나의 실험장치로 효과적으로 여러가지 실험을 동시에 수행할 수 있다.12. Unlike most other experiment apparatuses in which expensive or reflection and refraction experiment apparatuses are manufactured separately, the present invention can effectively perform various experiments simultaneously with one experiment apparatus that can be manufactured at low cost.
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