KR200301318Y1 - An equipment for experimenting optical refraction and total reflection - Google Patents

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Abstract

본 고안은 광의 굴절 및 전반사 실험 장치에 관한 것으로서, 상호 일정거리 이격된 제 1과 2 원형판(10,11)과; 상기 제 1과 2 원형판(10,11)의 원형상을 감싸며 부착된 원통형 가이드(20)와; 상기 제 1 원형판(10)에 부착된 원형 각도기(40)와; 상기 원통형 가이드(20)에 형성된 개구(21)와; 상기 개구(21)를 밀봉하는 밀봉부재(30)로 구성된다.The present invention relates to an apparatus for refraction and total reflection experiment of light, the first and second circular plates 10 and 11 spaced apart from each other by a certain distance; Cylindrical guide (20) attached to surround the circular shape of the first and second circular plates (10, 11); A circular protractor 40 attached to the first circular plate 10; An opening 21 formed in the cylindrical guide 20; It consists of a sealing member 30 for sealing the opening 21.

따라서, 본 고안은 교실에서 학생들이 간단한 실험 절차에 의해서, 광의 굴절 및 전반사 현상을 관찰하고 실험할 수 있게 되어, 이론의 이해도를 높일 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention enables students to observe and experiment with the refraction and total reflection of light by a simple experimental procedure in the classroom, thereby improving the understanding of the theory.

Description

광의 굴절 및 전반사 실험 장치{An equipment for experimenting optical refraction and total reflection}An equipment for experimenting optical refraction and total reflection

본 고안은 광의 굴절 및 전반사 실험 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교실에서 학생들이 간단한 실험 절차에 의해서, 광의 굴절 및 전반사 현상을 관찰하고 실험할 수 있게 되어, 이론의 이해도를 높일 수 있는 광의 굴절 및 전반사 실험 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for refraction and total reflection of light, and more particularly, in the classroom, students can observe and experiment with refraction and total reflection of light by a simple experimental procedure, thereby refraction of light to improve the understanding of theory. And a total reflection experiment apparatus.

일반적으로 광(다르게, 빛)은 한 매질에서 다른 매질로 진행되면, 굴절(屈折)(Refraction)현상과 전반사(全反射)(Total reflection)현상이 발생한다.In general, when light (differently, light) progresses from one medium to another, refraction and total reflection occur.

먼저, 굴절현상은 별의 반짝임과 물그릇 속의 수저가 굽어보이는 등 수많은 예를 관찰할 수 있다.First of all, there are many examples of refraction, such as star sparkles and curbs in water bowls.

도 1은 일반적인 광의 굴절현상을 설명하기 위한 설명도로써, 광이 한 매질(공기)에서 입사되어, 다른 매질(물)로 진행할 때, 입사점에 세운 법선을 기준으로 공기중에서 입사되는 광의 각(입사각(α1))과 물 속에서 진행하는 광의 각(굴절각(α2))은 다르게 된다.FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a general phenomenon of refraction of light. When light enters one medium (air) and proceeds to another medium (water), the angle of light incident in the air based on the normal line established at the point of incidence ( The angle of incidence α1 and the angle of light propagating in the water (refractive angle α2) are different.

이러한 굴절현상은 공기중에 진행하는 광의 속력에서 물로 진행하는 광의 속력은 다르기 때문에 발생한다.This refraction occurs because the speed of light traveling in the air is different from the speed of light traveling in the air.

이 때, 입사각(α1)과 굴절각(α2)의 sin비는 일정하며, 이를 굴절률(n)이라 한다.At this time, the sin ratio between the incident angle α1 and the refractive angle α2 is constant, which is referred to as the refractive index n.

즉, 입사각(α1)을 증가시키면 굴절각(α2)도 증가하게 되고, 굴절률은 매질의 종류에 따라 달라진다.That is, when the incident angle α1 is increased, the refractive angle α2 is also increased, and the refractive index varies depending on the type of medium.

도 1에서, 공기의 굴절률이 n1이고, 물의 굴절률이 n2이면, 공기에서 물로 광이 진행되면, 입사각(α1)과 굴절각(α2) 사이에는 n1sin(α1)=n2sin(α2)의 관계가 성립된다.In FIG. 1, when the refractive index of air is n1 and the refractive index of water is n2, when light propagates from air to water, a relationship of n1sin (α1) = n2sin (α2) is established between the incident angle α1 and the refractive angle α2. .

이를 빛의 굴절 법칙 또는 스넬(Snell)의 법칙이라고 한다.This is called the law of refraction of light or Snell's law.

한편, 전반사 현상은 광학적으로 밀(密)한 매질(굴절률이 큰물질)에서 소(疎)한 매질(굴절률이 작은 물질)로 입사할 때, 입사각이 어느 특정 각도(임계각) 이상이면 그 경계면에서 광이 전부 반사되어 버리고 굴절은 존재하지 않게 되는 현상이다.On the other hand, the total reflection phenomenon is that when the incident angle is more than a certain angle (critical angle) from the optically dense medium (large refractive index) to the small medium (small refractive index material), This is a phenomenon where all the light is reflected and no refraction exists.

도 2는 일반적인 광의 전반사 현상을 설명하기 위한 설명도로써, 물의 굴절률은 공기의 굴절률보다 크다.2 is an explanatory diagram for explaining a total reflection phenomenon of general light, wherein the refractive index of water is larger than that of air.

물 속에 광원이 있고, 이 광원에서 광이 방출되면, 전반사가 일어날 수 있는 입사각의 최소값, 즉 임계각 이상으로 광을 입사시키면, 광은 공기중으로 진행하지 못하고 반사되는 전반사 현상이 발생한다.(도 2의 실선)If there is a light source in the water and the light is emitted from the light source, when the light is incident at a minimum value of the incident angle at which total reflection can occur, that is, the critical angle, the light does not proceed into the air, but a total reflection phenomenon occurs. Solid line)

그런데, 입계각 이하로 광을 입사시키면, 광은 공기중으로 진행하게 된다.(도 2의 점선)By the way, when light enters below the grain boundary angle, the light proceeds to the air. (Dotted line in FIG. 2)

여기서, 전반사 현상은 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 전파되는 경우에만 발생된다.Here, the total reflection phenomenon occurs only when propagating from a medium having a large refractive index to a medium having a small refractive index.

전술된 광의 굴절 및 전반사는 우리가 생활하는 환경에서 늘상적으로 발생되는 것이지만, 학생들의 교육용으로 교실에서 이를 증명할 수 있는 실험 장치는 존재하질 않아서, 이론에 근거하여 교육을 실시할 수밖에 없었다.The above-mentioned refraction and total reflection of light are always generated in the environment in which we live, but there is no experimental device that can prove this in the classroom for students' education.

그러므로, 학생들은 광의 굴절 및 전반사가 발생하는 현상에 대하여, 충분한 교육을 수행하기가 어려웠다.Therefore, it was difficult for the students to provide sufficient education about the phenomenon in which light refraction and total reflection occurred.

따라서, 본 고안은 상기 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 교실에서 학생들이 간단한 실험 절차에 의해서, 광의 굴절 및 전반사 현상을 관찰하고 실험할 수 있게 되어, 이론의 이해도를 높일 수 있는 광의 굴절 및 전반사 실험 장치를 제공하는 데 있다.Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and in the classroom, students can observe and experiment with light refraction and total reflection by a simple experimental procedure, and thus the light refraction and the understanding of the theory can be improved. It is to provide a total reflection experiment apparatus.

상기한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 상호 일정거리 이격된 제 1과 2 원형판(10,11)과;Preferred embodiments for achieving the above object of the present invention, the first and second circular plates 10 and 11 spaced apart from each other by a certain distance;

상기 제 1과 2 원형판(10,11)의 원형상을 감싸며 부착된 원통형 가이드(20)와;Cylindrical guide (20) attached to surround the circular shape of the first and second circular plates (10, 11);

상기 제 1 원형판(10)에 부착된 원형 각도기(40)와;A circular protractor 40 attached to the first circular plate 10;

상기 원통형 가이드(20)에 형성된 개구(21)와;An opening 21 formed in the cylindrical guide 20;

상기 개구(21)를 밀봉하는 밀봉부재(30)로 구성된 광의 굴절 및 전반사 실험 장치가 제공된다.An apparatus for refraction and total reflection of light composed of a sealing member 30 for sealing the opening 21 is provided.

도 1은 일반적인 광의 굴절현상을 설명하기 위한 설명도이다.1 is an explanatory diagram for explaining a general phenomenon of refraction of light.

도 2는 일반적인 광의 전반사 현상을 설명하기 위한 설명도이다.2 is an explanatory diagram for explaining a total reflection phenomenon of general light.

도 3은 본 고안에 따른 광의 굴절 및 전반사 실험장치의 사시도이다.3 is a perspective view of an apparatus for refraction and total reflection of light according to the present invention.

도 4는 본 고안에 따른 실험장치로 광의 굴절을 실험하는 상태도이다.Figure 4 is a state diagram for testing the refraction of light with the experimental apparatus according to the present invention.

도 5는 본 고안에 따른 실험장치로 전반사를 실험하는 상태도이다.Figure 5 is a state diagram for testing the total reflection with the experimental apparatus according to the present invention.

도 6은 본 고안에 따른 광의 굴절 및 전반사 실험장치에 지지부와 수평유지판이 부착된 상태의 사시도이다.Figure 6 is a perspective view of the support and the horizontal holding plate attached to the refraction and total reflection experiment of the light according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10,11 : 제 1과 2 원형판 20 : 원통형 가이드10,11: 1st and 2nd round plate 20: cylindrical guide

21 : 개구 30 : 밀봉부재21: opening 30: sealing member

40 : 원형각도기 51 : 지지부40: circular protractor 51: support

52 : 수평유지판 80 : 레이저 포인트52: level plate 80: laser point

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 고안에 따른 광의 굴절 및 전반사 실험장치의 사시도로써, 상호 일정거리 이격된 제 1과 2 원형판(10,11)과; 상기 제 1과 2 원형판(10,11)의 원형상을 감싸며 부착된 원통형 가이드(20)와; 상기 제 1 원형판(10)에 부착된 원형 각도기(40)와; 상기 원통형 가이드(20)에 형성된 개구(21)와; 상기 개구(21)를 밀봉하는 밀봉부재(30)로 구성된다.3 is a perspective view of an apparatus for refraction and total reflection of light according to the present invention, and includes first and second circular plates 10 and 11 spaced apart from each other by a predetermined distance; Cylindrical guide (20) attached to surround the circular shape of the first and second circular plates (10, 11); A circular protractor 40 attached to the first circular plate 10; An opening 21 formed in the cylindrical guide 20; It consists of a sealing member 30 for sealing the opening 21.

여기서, 상기 제 1과 2 원형판(10,11)과 원통형 가이드(20)는 투명한 재질로 형성하는 것이 바람직하며, 투명 아크릴판으로 형성하는 것이 더 바람직하다.Here, the first and second circular plates 10 and 11 and the cylindrical guide 20 are preferably formed of a transparent material, more preferably formed of a transparent acrylic plate.

이렇게 구성된 본 고안에 따른 광의 굴절 및 전반사 실험장치는 상기 개구(21)로 물을 삽입시키고, 삽입된 물의 표면이 상기 원형 각도기(40)의 90°~ 270°수평선상과 일치되도록 하여, 실험을 수행해야 한다.The refraction and total reflection experiment apparatus of the light according to the present invention configured as described above inserts water into the opening 21, and the surface of the inserted water coincides with the 90 ° to 270 ° horizontal line of the circular protractor 40 to perform the experiment. Should be done.

그러면, 실험장치로 광의 굴절 및 전반사를 실험하는 과정을 도 4와 5를 이용하여 설명한다.Next, a process of experimenting with refraction and total reflection of light with an experimental apparatus will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

도 4는 본 고안에 따른 실험장치로 광의 굴절을 실험하는 상태도로써, 본고안의 실험장치 내부로 물의 표면이 상기 원형 각도기(40)의 90°~ 270°수평선상과 일치되면, 물의 삽입을 종료하고, 물의 상측방향에서 레이저 포인트(80)로 광을 물의 표면으로 입사시킨다.Figure 4 is a state diagram for testing the refraction of light with the experimental apparatus according to the present invention, when the surface of the water coincides with the 90 ° ~ 270 ° horizontal line of the circular protractor 40, the insertion of water ends , The light is incident on the surface of the water to the laser point 80 in the upper direction of the water.

즉, 공기중에서 물로 광은 입사되는 것이다.That is, light is incident on water in the air.

상기 원형 각도기(40)의 90°~ 270°수평선상과 0°~ 180°수직선상 교차점이 광이 물 표면에 접속되는 입사점과 일치되도록, 상기 레이저 포인트(80)로 광을 입사시킨다.Light is incident on the laser point 80 such that the intersection of the 90 ° to 270 ° horizontal lines and the 0 ° to 180 ° vertical lines of the circular protractor 40 coincides with the incident point where the light is connected to the water surface.

이 때, 광은 공기중에서 물속으로 진행하면서, 광이 공기중에서 물 표면의 입사점까지 접촉되는 입사각(α1)과 입사점에서 물속으로 반사되는 반사각(α2)은 동일하지 않는 굴절이 발생된다.At this time, while light travels in the air into the water, refraction occurs in which the angle of incidence α1 contacted by light to the incidence point of the water surface in air and the reflection angle α2 reflected in the water at the incidence point are not the same.

이런 광의 굴절 현상을 학생들은 본인의 책상에서, 원형 각도기(40)로 입사각(α1)과 반사각(α2)을 측정함으로써, 관찰할 수 있고, 굴절 현상에 대하여 정확하게 이해할 수 있게 된다.Students can observe the refraction of light by measuring the angle of incidence α 1 and the angle of reflection α 2 with a circular protractor 40 at their desks and can accurately understand the refraction phenomenon.

도 5는 본 고안에 따른 실험장치로 전반사를 실험하는 상태도로써, 전술된 굴절 실험과 동일하게, 물의 표면이 상기 원형 각도기(40)의 90°~ 270°수평선상과 일치되면, 물의 삽입을 종료한다.Figure 5 is a state diagram for testing the total reflection with the experimental apparatus according to the present invention, the same as the above-described refraction experiment, when the surface of the water coincides with the 90 ° ~ 270 ° horizontal line of the circular protractor 40, the insertion of water is terminated do.

그리고, 전술된 굴절 실험과는 반대로, 물의 하측방향에서 레이저 포인트(80)로 물의 표면을 향하여 광을 입사시킨다.And, contrary to the refraction experiment described above, light is incident on the surface of the water to the laser point 80 in the downward direction of the water.

광의 전반사 실험은 물속에서 공기중으로 광을 입사시키는 것이다.The total reflection experiment of light is to inject light into the air under water.

이 때, 임계각 이하로 광이 입사되면, 물의 표면 외측방향으로 광은 진행하는 반면에, 임계각 이상으로 광을 입사시키면, 물의 표면 외측방향으로는 진행하지 않고 반사된다.At this time, when light enters below the critical angle, light travels toward the outside of the surface of the water, whereas when light enters above the critical angle, the light does not proceed toward the outside of the surface of the water.

이 실험에 참여하는 학생들은 광의 입사를 조정하면서, 반사되는 시점의 각을 원형 각도기(40)로 측정하여, 임계각을 알 수 있고, 광의 전반사 현상에 대하여 학습할 수 있게 된다.Students participating in this experiment can measure the angle of the reflected point with the circular protractor 40 while adjusting the incidence of light, so that the critical angle can be known and the total reflection phenomenon of the light can be learned.

도 6은 본 고안에 따른 광의 굴절 및 전반사 실험장치에 지지부와 수평유지판이 부착된 상태의 사시도로써, 원형 각도기(40)의 0°~ 180°수직선상과 동일 축상으로 지지부(51)의 일측이 원통형 가이드(20)에 부착되어 있고, 상기 지지부(51)의 타측은 수평유지판(52)에 부착되어 있다.6 is a perspective view of a state in which the support and the horizontal holding plate are attached to the apparatus for refraction and total reflection of light according to the present invention, and one side of the support 51 is coaxial with a 0 ° to 180 ° vertical line of the circular protractor 40. It is attached to the cylindrical guide 20, the other side of the support 51 is attached to the horizontal holding plate (52).

그러므로, 본 고안에 따른 광의 굴절 및 전반사 실험장치는 상기 지지부(51)로 지지되어, 수평유지판(52)으로 수평이 맞추어진다.Therefore, the apparatus for refraction and total reflection of light according to the present invention is supported by the support part 51, and is leveled with the horizontal holding plate 52.

상기 수평유지판(52)은 평평한 판이며, 상기 원형 각도기(40)의 90°~ 270°수평선상과 평행하다.The horizontal holding plate 52 is a flat plate and is parallel to the 90 ° to 270 ° horizontal lines of the circular protractor 40.

이로써, 실험장치에 물을 삽입하였을 경우, 광의 굴절과 전반사 실험을 수행 중에, 계속적으로 상기 지지부(51)와 수평유지판(52)에 의해서, 물의 표면을 90°~ 270°수평선상에 일치시킬 수 있게 된다.Thus, when water is inserted into the experimental apparatus, during the refraction and total reflection experiment of the light, the surface of the water is consistently aligned on the 90 ° to 270 ° horizontal lines by the support part 51 and the horizontal holding plate 52. It becomes possible.

이상 상술한 바와 같이, 본 고안의 교실에서 학생들이 간단한 실험 절차에 의해서, 광의 굴절 및 전반사 현상을 관찰하고 실험할 수 있게 되어, 이론의 이해도를 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, in the classroom of the present invention, students can observe and experiment the refraction and total reflection of light by a simple experiment procedure, thereby improving the understanding of the theory.

본 고안은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 고안의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 실용신안등록청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes are possible within the technical spirit of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended utility model registration claims.

Claims (4)

상호 일정거리 이격된 제 1과 2 원형판(10,11)과;First and second circular plates 10 and 11 spaced apart from each other by a predetermined distance; 상기 제 1과 2 원형판(10,11)의 원형상을 감싸며 부착된 원통형 가이드(20)와;Cylindrical guide (20) attached to surround the circular shape of the first and second circular plates (10, 11); 상기 제 1 원형판(10)에 부착된 원형 각도기(40)와;A circular protractor 40 attached to the first circular plate 10; 상기 원통형 가이드(20)에 형성된 개구(21)와;An opening 21 formed in the cylindrical guide 20; 상기 개구(21)를 밀봉하는 밀봉부재(30)로 구성된 광의 굴절 및 전반사 실험 장치.Refracting and total reflection experiment apparatus composed of a sealing member 30 for sealing the opening (21). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1과 2 원형판(10,11)과 원통형 가이드(20)는 투명한 재질인 것을 특징으로 하는 광의 굴절 및 전반사 실험 장치.The first and second circular plates (10, 11) and the cylindrical guide 20 is a device for refraction and total reflection of light, characterized in that the transparent material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 원형 각도기(40)의 0°~ 180°수직선상과 동일축상으로 일측이 원통형 가이드(20)에 부착되어 있는 지지부(51)와;A support portion 51 having one side attached to the cylindrical guide 20 on the same axis as the 0 ° to 180 ° vertical line of the circular protractor 40; 상기 지지부(51)의 타측에 부착된 수평유지판(52)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 광의 굴절 및 전반사 실험 장치.Refractive and total reflection experiment apparatus, characterized in that the horizontal holding plate 52 is further provided on the other side of the support (51). 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 수평유지판(52)은 평평한 판이며, 상기 원형 각도기(40)의 90°~ 270°수평선상과 평행한 것을 특징으로 하는 광의 굴절 및 전반사 실험 장치.The horizontal holding plate (52) is a flat plate, and the refraction and total reflection experiment apparatus of the circular protractor 40, characterized in that parallel to the horizontal line.
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