무지개
- 빛의 굴절(Refraction): 무지개의 형성은 먼저 빛의 굴절에 기인합니다. 굴절은 빛이 한 매질(대기)에서 다른 매질(물방울)로 들어갈 때 속도와 방향이 변하는 현상을 의미합니다. 이러한 굴절은 빛의 파장이 다른 매질에서 서로 다른 속도로 이동하기 때문에 발생합니다.
- 반사(Reflection): 빛이 물방울 표면에 부딪히면 일부 빛은 반사됩니다. 반사는 빛이 돌아가는 현상으로, 물방울 표면에서 빛이 튕겨져 나갑니다.
- 내부 반사(Internal Reflection): 일부 빛은 물방울 내부에서 반사됩니다. 내부 반사는 물방울과 공기 경계면에서 일어나는데, 물방울 내부에서 효과적인 반사 각도를 가집니다. 이러한 내부 반사로 인해 빛은 물방울 내부에서 여러 번 반사됩니다.
- 굴절과 확산(Refraction and Dispersion): 빛이 물방울 내에서 반사하고 내부에서 반사할 때 광선은 굴절 및 확산됩니다. 굴절은 빛의 방향이 변하는 것을 의미하며, 물방울 내부에서 다양한 각도로 반사됩니다. 이 과정에서 빛의 다양한 색상(빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라)이 나타납니다.
- 반사와 굴절의 결합: 빛이 물방울 내부에서 다수의 반사와 굴절을 거치며 다양한 색상의 광선이 형성됩니다. 이렇게 생성된 다양한 색상의 광선이 물방울을 빠져나와 우리 눈에 도달하면 무지개를 관찰할 수 있습니다.
- 무지개의 모양: 무지개는 반지 모양으로 나타나며, 이때 가장 밝은 색상은 빨강색이고, 외부 경계에 위치합니다. 내부에는 보라색이 위치하고 있습니다. 이중 무지개의 경우, 두 번 반사되어 더 바깥쪽에 형성되며, 색상 순서가 반전됩니다.
- 무지개 관찰 위치: 무지개는 대개 비가 그친 후나 폭우 후에 태양이 높이에 있을 때 관찰하기 가장 쉽습니다. 태양 빛이 물방울을 통과하고 광학 현상이 발생하는데, 태양과 물방울 사이의 각도에 따라 무지개의 위치가 달라집니다.
요약하면, 무지개의 형성은 광선의 굴절, 반사, 내부 반사, 그리고 색상의 굴절 및 확산에 의해 발생합니다. 빛이 물방울에서 여러 번 반사되고 굴절됨으로써 다양한 색상의 광선이 형성되며, 이것이 우리에게 아름다운 무지개를 선사하는 원리입니다
