물리학Ⅱ›파동과 물질의 성질

빛의 간섭과 회절

Interference & Diffraction

간섭이란 무엇인가
💡 두 파동이 만나면
①호수에 돌 두 개를 동시에 던지면 물결이 겹치는 곳이 생긴다
②어떤 곳은 파동이 합쳐져 커지고(보강), 어떤 곳은 상쇄된다
③빛도 파동이므로 두 빛이 만나면 밝은 줄무늬와 어두운 줄무늬가 나타난다
④이것이 간섭 무늬 — 빛이 파동이라는 결정적 증거!
영의 이중 슬릿 실험
3
5
보강 간섭 조건
d sin θ = mλ (m = 0, ±1, ±2, …)
경로차가 파장의 정수배일 때 보강 (밝은 무늬)
상쇄 간섭 조건
d sin θ = (m + 12)λ
경로차가 반파장의 홀수배일 때 상쇄 (어두운 무늬)
📐 왜 경로차가 핵심인가
①두 슬릿에서 출발한 빛이 스크린의 한 점에 도착
②두 빛이 이동한 거리 차이 = 경로차
③경로차 = mλ → 마루+마루 = 보강 (밝음)
④경로차 = (m+½)λ → 마루+골 = 상쇄 (어두움)
⑤이 조건에서 d sin θ = mλ 가 유도됨
무늬 간격과 변수 관계
밝은 무늬 간격
Δy = λLd
스크린 위 밝은 무늬 사이 간격
🔑 어떤 변수가 무늬를 바꾸는가
①d(슬릿 간격) ↓ → 무늬 간격 Δy ↑ (넓어짐)
②λ(파장) ↑ → 무늬 간격 Δy ↑ (넓어짐)
③L(스크린 거리) ↑ → 무늬 간격 Δy ↑ (넓어짐)
④빨간빛(λ 큼)이 보라빛(λ 작음)보다 간격이 넓다
단일 슬릿 회절
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단일 슬릿 어두운 무늬 조건
a sin θ = mλ (m = ±1, ±2, …)
슬릿 폭 a에서 m번째 어두운 무늬

비교

📊이중 슬릿 간섭 vs 단일 슬릿 회절
구분이중 슬릿 간섭단일 슬릿 회절
파원 수2개 (두 슬릿)1개 (하나의 슬릿 내부)
밝은 무늬경로차 = mλ중앙이 가장 밝음
어두운 무늬경로차 = (m+½)λa sinθ = mλ
무늬 특징등간격 줄무늬중앙 넓고 양쪽 좁아짐
실제 관측간섭+회절 포락선회절만
🌈 일상 속 간섭과 회절
①비눗방울의 무지개색 = 얇은 막에서의 간섭
②CD/DVD 표면의 무지개색 = 회절격자 효과
③기름막 위의 무지개 = 두 경계면 반사파의 간섭
④이 모든 현상이 빛의 파동성을 증명한다
총정리
핵심 공식 모음
d sin θ = mλ, Δy = λLd
이중 슬릿 보강 조건 + 무늬 간격
🎯 시험 포인트
①보강: d sinθ = mλ → 밝은 무늬 (경로차 = 파장의 정수배)
②상쇄: d sinθ = (m+½)λ → 어두운 무늬
③무늬 간격: Δy = λL/d (d↓, λ↑, L↑ → 간격 넓어짐)
④단일 슬릿 어두운 무늬: a sinθ = mλ
⑤간섭·회절 = 빛의 파동성 증거 / 광전효과 = 입자성 증거