진도

이 과정에 대하여

1849년 이폴리트 피조는 720개의 톱니가 달린 회전 바퀴로 약 17 km 왕복 거리의 빛을 쟀습니다. 빛의 속력을 재려는 오랜 노력이 이 과정에서는 이렇게 나오며, 빛이 어떻게 움직이는지 다루는 여섯 단원의 마지막입니다. 앞 단원들은 눈으로 직접 볼 수 있는 것들, 곧 그림자, 거울, 유리, 물, 렌즈, 무지개를 다룹니다.

단원은 그림자에서 시작합니다. 개기 일식에서 달 그림자의 어두운 중심부는 너비 50마일이 안 되는 띠를 덮는 경우가 많고, 부분 그림자는 천 마일 이상에 걸칩니다. 반사 단원은 평면거울이 키의 절반만 되어도 온몸을 비춘다는 사실을 보여 줍니다. 굴절 단원에서는 다이아몬드 속의 빛이 법선에서 24.4° 안으로 표면에 닿아야만 빠져나올 수 있어서 다이아몬드가 반짝입니다. 렌즈와 눈 단원은 25 cm 거리의 책에 초점을 맞출 때 눈의 굴절력이 약 50디옵터에서 54디옵터로 올라간다고 알려 줍니다. 색 단원에서 크라운 유리의 굴절률은 410 nm의 보라색에 1.530, 660 nm의 빨간색에 1.512여서 보라색이 더 많이 꺾입니다. 파동 실험실은 스넬의 법칙과 얇은 렌즈 공식으로 광선을 따라갑니다. 램프를 점으로 줄이면 반그림자가 사라지고, 물체 화살표를 2F 너머로 끌면 상이 작아지는 것을 볼 수 있습니다.

분산이 늘 반가운 것은 아닙니다. OpenStax에 따르면 광섬유로 보낸 백색광은 시간에 따라 퍼지고, 이것이 광섬유 통신이 레이저를 쓰는 이유 중 하나입니다.

시작하기 전에

그림자와 거울 단원은 따로 읽어도 되지만, 굴절과 색은 파동과 소리에서 파장을 먼저 만나 보면 훨씬 잘 이해됩니다. 사인과 렌즈 공식을 쓰는 문제가 몇 개 있으니 삼각비를 알아 두고 계산기를 준비하세요.

마치고 나면

닮은 삼각형으로 그림자 폭을 구하고, 전신 거울이 키의 절반이면 충분한 이유를 설명하며, 다이아몬드의 임계각을 계산할 수 있습니다. 렌즈가 만드는 상의 위치를 찾고, 눈의 굴절력을 디옵터로 나타내며, 무지개를 보려면 해가 어디 있어야 하는지, 피조가 톱니바퀴로 빛의 속력을 잰 방법도 따라갈 수 있습니다.

관련 과정

운동
위치, 속력, 속도, 가속도를 차례로 배우고 떨어지는 물체와 날아가는 물체로 넘어갑니다. 운동 실험실에서는 지구, 달, 화성에서 공을 쏘고 날아간 시간과 높이, 사거리를 바로 계산해 보여 줍니다.
힘
밀기와 당기기, 마찰, 중력, 그리고 뉴턴이 힘과 운동을 잇는 데 쓴 세 법칙을 배웁니다. 운동 실험실에서 지구, 달, 화성의 진자를 흔들어 공식과 실제 주기를 비교합니다.
에너지
일, 운동 에너지, 위치 에너지, 에너지 보존, 일률을 계산과 함께 배웁니다. 에너지 실험실에서는 에너지 막대와 마찰 슬라이더가 달린 롤러코스터를 달려 보고, 짐을 밀거나 들어 올리며 일과 일률을 확인합니다.
파동과 소리
파동이 무엇인지에서 시작해 파장과 진동수와 속력의 관계, 소리가 전해지는 방식, 파동이 서로 더해지는 모습, 줄과 관이 정해진 음을 내는 까닭, 전자기파 스펙트럼까지 다룹니다. 파동 실험실은 수업에 나오는 식 그대로 줄과 용수철, 관 속의 소리, 물결통, 정상파를 그려 보여 줍니다.

이 과정의 출처 (16)

OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 25.2 The Law of Reflection (θr = θi, diffuse vs mirror reflection, image as far behind the mirror)
25.3 The Law of Refraction (Roemer 1676 data -> 2.26 × 10⁸ m/s, about 25% low; Michelson rotating mirrors with a fixed mirror 35 km away, 0.04%; c = 2.99792458 × 10⁸ m/s; n = c/v; Table 25.1 air 1.000293, water 1.333, ice 1.309, crown glass 1.52, flint 1.66, polystyrene 1.49, zircon 1.923, diamond 2.419; Snell's law; 30.0° -> 22.0° gives 1.33; air to diamond 30.0° -> 11.9°; zircon 1.56 × 10⁸ m/s; Ibn Sahl 984; Snell 1580 to 1626; lawn-mower analogy)
25.4 Total Internal Reflection (mirror more than 90%; θc = sin⁻¹(n2/n1); polystyrene 42.2°, water 48.6°, diamond 24.4°; fibre optics, cladding; corner reflectors on bicycles and on the Moon; binoculars)
25.5 Dispersion (Kamal al-Din al-Farisi 1267 to 1319, camera obscura and a water-filled glass vessel; Theodoric of Freiberg; Ibn al-Haytham; about six rainbow colours; Table 25.2 n at 660/610/580/550/470/410 nm; violet bent most; rainbow seen looking away from the Sun; secondary rainbow from two reflections; lasers disperse little)
25.6 Image Formation by Lenses (ray tracing rules, P = 1/f in diopters, 1/do + 1/di = 1/f, m = −di/do, 0.750 m object and f = 0.500 m -> 1.50 m and m = −2.00, magnifier do 7.50 cm -> di −30.0 cm and m = 4.00, Table 25.3 three cases)
26.1 Physics of the Eye (cornea and lens act as one thin lens, most bending at the cornea, cornea n 1.38, lens-to-retina 2.00 cm, near point 25 cm, power 50.0 D to 54.0 D, hair 1.20 × 10⁻² cm at 60.0 cm)
27.3 (Young 1801)
NASA science.nasa.gov/eclipses/geometry (umbra, penumbra; typical umbral path may be less than 50 miles wide, penumbra a thousand miles or more) and nasa.gov image article Diagram of Umbra and Penumbra (umbra shrinks, penumbra grows away from the Sun)
NASA Visible Light page (Newton 1665 prism experiment, 380 to 700 nm)
Royal Society, Fara 2015 commentary on Newton (1672) New Theory about Light and Colours (royalsocietypublishing.org/rsta/article/373/2039/20140213)
NIST Meter page (Evenson group 299 792 456.2 ± 1.1 m/s; 1983 definition fixes c = 299 792 458 m/s) and NIST J. Res. 1972 measurement (tf.nist.gov/general/pdf/527.pdf)
APS News July 2010, Fizeau (Galileo lanterns; Roemer 1676; Fizeau 1849, 313 300 km/s, about 5% high)
Wikipedia Fizeau's measurement (8633 m, 720 notches, 25.2 turns per second -> 313 274 304 m/s, 4.5% high) and Speed of light (Galileo proposal 1638; Foucault 1862 298 000 ± 500 km/s, −0.60%; Michelson 1926 299 796 ± 4 km/s)
Baez and DESY "How is the speed of light measured?" (same table)
NASA Moon Fact Sheet (mean distance 384 400 km)
IAU 2012 astronomical unit 149 597 870 700 m.

확인한 날: 2026-10-17