| English | 의미 |
|---|---|
| polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ | 편광 |
| transverse/trænsˈvɜːs/ | 횡파 |
| polarising filter/ˈpəʊləraɪzɪŋ ˈfɪltə/ | 편광 필터 |
| transmission axis/trænˈsmɪʃn ˈæksɪs/ | 투과 축 |
| longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ | 종파 |
| unpolarised/ʌnˈpəʊləraɪzd/ | 비편광 |
| Malus's law/ˈmæləsɪz lɔː/ | 말루스의 법칙 |
| intensity/ɪnˈtensɪti/ | 강도 |
눈부심 차단 선글라스
- 편광 선글라스는 물과 도로에서 반사되는 눈부심을 차단합니다.
- 회전시키면 밝기가 변합니다 — 장면이 바뀌지 않았음에도요.
- 이들은 오직 한 평면으로 빛을 통과시켜 작동합니다.
편광 강도 실험실
편광판 각도에 따라 강도가 변화함
편광판을 회전시켜 왜 횡파만이 편광될 수 있는지 관찰하라.
편광이 무엇인지
- 편광은 횡파를 단 한 평면에서만 진동하게 만드는 것입니다.
- 편광 필터는 전달 축과 일치하는 파동 성분만 통과시키고 나머지는 차단합니다.
파를 편광한다는 것은 진동을 다음처럼 만드는 것이다:
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
편광 필터는 축과 일치하는 진동 성분만 통과시켜 파동을 단일 평면 상태로 남긴다.
횡파만 해당함
- 횡파는 선택할 수 있는 여러 평면을 가지므로 편광될 수 있습니다.
- 종파(소리)는 진행 방향을 따라 진동하므로 다른 평면이 없어 편광될 수 없습니다.
- 즉, 파동이 편광될 수 있다면 반드시 파여야 합니다.
비편광 파동은 다양한 평면에서 진동하며, 편광 파동은 단일 평면에서 진동함
음파는 편광될 수 있다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
아니오 — 소리는 종파(진행 방향을 따라 진동)이므로 선별할 수 있는 다른 평면이 없다.
파동이 편광될 수 있다면, 그것은 ____이어야 한다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
진행 방향과 수직한 진동 방향을 가진 것은 횡파뿐이므로, 횡파만이 편광될 수 있다.
소리는 ____파이기 때문에 편광되지 못한다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
편광은 진동을 단일 평면으로 제한하지만, 종파는 이미 진행 방향이라는 단일 선上进行만 진동하므로 제한할 대상이 남지 않는다.
'왜 소리가 아닌가?'에 대한 시험 문제 문장
- 2점 문제, 두 가지 핵심: 소리는 종파이므로 진동 방향이 에너지 전달 방향과 평행합니다.
- 진동 가능한 방향이 단 하나뿐이므로 필터가 선택할 수 있는 평면이 존재하지 않습니다.
- 빛은 횡파이므로 진동 방향이 진행 방향과 수직인 어떤 평면이든 될 수 있어, 필터가 하나를 선택할 수 있습니다.
각 파동에 대해 편광 가능 여부를 매칭하라.
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
편광은 진동을 단일 평면으로 제한하며, 종파는 이미 단일 선上进行만 진동한다. 횡파만이 편광될 수 있다.
말루스의 법칙
- 편광 방향과 $\theta$ 각도를 이루는 필터를 통과하면: $I = I_0\cos^{2}\theta$.
- $\theta = 0^{\circ}$: 모두 통과함. $\theta = 90^{\circ}$: 모두 차단됨.
교차된 필터 (a)는 빛을 차단하고, 평행한 필터 (b)는 빛을 통과시킴
강도 $100\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$의 편광된 빛이 자신의 평면에 대해 $60^{\circ}$의 각도로 필터를 통과한다. 통과하는 강도는?
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
$I = I_0\cos^{2}\theta = 100 \times \cos^{2}60^{\circ} = 100 \times 0.25 = 25\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$.
worked example: 필터 하나
- 강도 $I_0$의 편광 빛이 $\theta = 60^{\circ}$ 각도로 배치된 필터에 도달합니다.
- $I = I_0\cos^{2}60^{\circ} = I_0 \times (0.5)^{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
- 진폭: 강도는 진폭의 제곱에 비례하므로 진폭 비율은 제곱근입니다: $\dfrac{A}{A_0} = \cos 60^{\circ} = 0.50$.
- 두 교차된 필터($90^{\circ}$)는 아예 빛을 통과시키지 못합니다.
두 편광 필터를 $90^{\circ}$로 교차시켰습니다. 통과하는 빛의 양은?
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
$I = I_0\cos^{2}90^{\circ} = 0$ — 교차한 필터는 빛을 완전히 차단합니다.
편광된 빛이 자신의 편광 평면에 대해 $60^{\circ}$ 각도로 된 필터를 통과합니다. 투과 진폭과 입사 진폭의 비율은?
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
$\dfrac{I}{I_0} = \cos^{2}60^{\circ} = 0.25$이며 $I \propto A^{2}$이므로 $\dfrac{A}{A_0} = \sqrt{0.25} = \cos 60^{\circ} = 0.50$이다.
강도 80 W/m^2인 편광된 빛이 자신의 편광 평면에 대해 60도 각도로 필터에 도달합니다. 통과하는 강도는 W/m^2 단위로?
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
말루스: I = I0 cos^2(θ) = 80 x 0.25 = 20 W/m^2. 코साइन을 제곱하는 단계를 누락하면 40이 됩니다.
중간에 추가된 세 번째 필터
- 두 교차된 필터는 모든 빛을 차단합니다. 이 사이에 $45^{\circ}$ 각도로 세 번째 필터를 삽입하면 빛이 다시 통과합니다.
- 중간 필터는 빛의 $\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{1}{2}$를 통과시켜 진동 평면을 $45^{\circ}$로 전환합니다.
- 마지막 필터는 이제 새로운 평면으로부터 $45^{\circ}$ 각도를 이루므로, 나머지 절반을 더 통과시킵니다.
- 각 필터는 원래 빔이 아닌 도착하는 빛에 대해 작동합니다.
비편광 빛이 두 개의 교차한 필터에 도달합니다. 다음 중 참인 것은? 모든 해당 항목을 택하세요.
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
각 필터는 자체 축으로 재편광하므로, 모든 후속 각도는 이전 필터에서 측정되며 이것이 바로 세 번째 필터가 빛을 제거하지 않고 추가할 수 있는 이유입니다.
풀이 예제: 세 개의 필터
강도 $I_0$의 비편광 빛이 세 개의 필터를 통과합니다: 첫 번째는 수직축, 두 번째는 $45^{\circ}$, 세 번째는 수평축입니다. 최종 강도를 구하시오.
- 첫 번째 필터: 비편광 빛은 모든 평면을 동등하게 포함하므로 단일 필터는 반분을 통과시킵니다: $\dfrac{I_0}{2}$, 이제 수직 편광 상태임.
- 두 번째 필터가 수직으로부터 $45^{\circ}$ 각도일 때: $\dfrac{I_0}{2}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{4}$, 이제 $45^{\circ}$ 방향으로 편광됨.
- 세 번째 필터가 그 방향으로부터 $45^{\circ}$ 각도일 때: $\dfrac{I_0}{4}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{8}$.
- 검산: 중간 필터를 제거하면 첫 번째와 세 번째 필터가 교차되어 $\cos^{2}90^{\circ} = 0$이 되어 아무것도 통과하지 않습니다. 필터를 추가함으로써 빛이 증가했습니다. 이것이 시험관이 검증하려는 놀라운 현상입니다.
강도 $I_0$인 수직 편광 빛이 $45^{\circ}$ 각도의 필터를 통과한 후 수평 필터를 지나갑니다. $I_0$의 몇 분의幾가 나오나요?
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
$45^{\circ}$ 필터 이후: $I_0\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{2}$, 이제 $45^{\circ}$ 방향으로 편광됨. 수평 필터는 그로부터 $45^{\circ}$ 거리: $\dfrac{I_0}{2} \times \dfrac{1}{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
두 교차한 필터가 모든 빛을 차단할 때, 그 사이에 45도 각도로 세 번째 필터를 삽입하면 일부 빛이 통과합니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
각 필터는 자체 축으로 재편광하므로, 다음 필터의 각도는 원래 평면이 아닌 그곳에서 측정됩니다. 필터를 추가하면 투과되는 빛이 증가할 수 있습니다.
$\theta$는 빛의 편광 평면과 필터의 전달 축 사이의 각도입니다. 필터를 회전시킨 각도가 아닙니다(초기에 정렬되어 있지 않은 경우). 필터를 전체 $360^{\circ}$만큼 회전시키면 두 번의 최대값과 두 번의 최소값이 나타납니다. 그리고 비편광 빛이 단일 필터를 통과하면 항상 강도의 반으로 나옵니다(필터의 각도와 무관하게).
비편광 빛이 단일 편광 필터를 통과합니다. 필터를 회전하면 나오는 강도가 변합니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
비편광 빛은 모든 평면이 동일하므로, 하나의 필터는 항상 반을 통과시킵니다 — 각도는 차이가 없습니다. 말루스의 법칙은 이미 편광된 빛에만 적용됩니다.
이해했습니다
- 편광 = 단일 평면에서의 진동; 오직 횡파만 가능함(소리는 불가능: 진동이 에너지 전달과 평행함)
- 말루스의 법칙: $I = I_0\cos^{2}\theta$; 진폭 비율 $= \cos\theta$; 교차된 필터는 모든 빛 차단
- 필터는 도착하는 빛에 대해 순차적으로 작용함 — 중간 필터가 교차된 필터 사이를 통해 빛 통과시킴