해설 보기
정답비눗방울이 여러 색으로 보이는 것은 굴절이 아니라 박막에 의한 빛의 간섭 현상입니다.
핵심 개념
빛의 굴절과 간섭 현상 구분
빛이 만들어내는 현상은 크게 굴절(refraction), 반사, 간섭(interference), 회절, 분산 등으로 나뉩니다. 굴절은 빛이 매질의 경계면에서 속력이 달라져 진행 방향이 꺾이는 현상으로, 스넬의 법칙 n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂로 기술됩니다. 렌즈의 초점 맺힘, 프리즘의 색 분산, 물속 물체가 꺾여 보이는 현상이 모두 굴절에 뿌리를 둡니다. 반면 간섭은 두 개 이상의 빛 파동이 겹쳐 경로차에 따라 보강·상쇄되는 현상으로, 비눗방울이나 기름막의 무지갯빛은 막의 앞뒷면에서 반사된 두 빛의 박막 간섭 결과입니다. 이 문제는 굴절 계열 세 개 속에서 간섭 하나를 찾아내는 유형입니다.
선지별 해설
①비눗방울의 알록달록한 색은 얇은 막의 윗면과 아랫면에서 각각 반사된 빛의 경로차 때문에 특정 파장이 보강간섭·상쇄간섭을 일으켜 나타나는 박막 간섭입니다. 굴절이 주된 원리인 나머지 셋과 구분됩니다.
②프리즘에서 백색광이 여러 색으로 갈라지는 것은 파장에 따라 굴절률이 달라지기 때문입니다(분산). 짧은 파장의 보라색이 더 크게 꺾이므로, 근본 원리는 굴절입니다.
③볼록 렌즈가 평행광을 초점에 모으는 것은 렌즈 앞뒷면에서 빛이 두 번 굴절하기 때문입니다. 1/f = 1/a + 1/b의 렌즈 공식 자체가 굴절을 전제로 유도됩니다.
④물에 잠긴 빨대가 꺾여 보이는 것은 물(n≈1.33)에서 공기(n≈1)로 나올 때 빛이 법선에서 멀어지게 꺾여, 눈이 그 연장선 위에 상이 있다고 판단하기 때문입니다. 전형적인 굴절 현상입니다.
해설 보기
정답유도 전류가 낙하를 방해하므로 자유낙하보다 천천히 떨어집니다.
핵심 개념
렌츠의 법칙과 맴돌이 전류에 의한 제동
자석이 도체로 만든 금속관 속을 낙하하면 관 벽을 지나는 자기선속이 시간에 따라 변합니다. 패러데이 법칙 ε = -dΦ/dt에 따라 관 벽에는 유도 기전력이 생기고, 도체이므로 맴돌이 전류(와전류)가 원형으로 흐릅니다. 렌츠의 법칙에 의해 이 전류는 자기선속의 변화를 방해하는 방향으로 흐르므로, 자석이 다가오는 아래쪽에는 밀어내는 자극, 멀어지는 위쪽에는 끌어당기는 자극이 유도되어 결국 낙하를 방해하는 위쪽 방향의 힘이 자석에 작용합니다. 이 제동력은 속력에 비례해 커지므로, 관이 충분히 길면 중력과 균형을 이루는 종단속도에 도달해 일정한 속력으로 내려갑니다. 충돌과 마찰이 없어도 자유낙하보다 느려지는 이유입니다.