박막 간섭

 

 

 

목  적 : 얇은 비누 막을 이용하여 빛의 간섭현상을 알아본다.

 

준비물 : 환등기, 아크릴 원통, 볼록렌즈, 스크린.

 

방  법 : 그림과 같이 투명 아크릴 원통에 비누 막을 만들어 스탠드에 고정하고 환등기에서 나오는 빛이 비누 막에 반사되고 볼록렌즈를 통과하여 스크린에 맺게 하여 관찰한다.

 

결  과 : 비누 막에 반사되어 나오는 빛은 간섭현상을 일으켜 스크린에 무지갯빛의 간섭무늬를 관찰할 수 있다. 그런데 점차 시간이 지나면서 간섭무늬가 없어진다.

 

원  리

①  백색 광이 비누 막 표면에 닿으면 일부는 반사하고 일부는 투과한다. 투과한 광선의 일부는 비누막 뒷면에서 반사한다. 비누 막 표면에서 반사한 빛과 뒷면에서 반사한 빛이 만나면 간섭을 일으켜 특정 색깔이 나타나게 되고, 비누 막 두께에 따라 여러 가지 다른 색깔이 보이게 된다. CD 표면에 빛이 비치면 여러 색깔의 아름다운 무늬가 생기는데 이것도 빛의 간섭 현상으로 생기는 것이다.

 

②  그림에서 막 위에서는 고정단 반사가 되어 위상이 반파장 바뀌고, 막 아래에서는 자유단 반사여서 위상이 바뀌지 않으므로 경로차(막 안의 삼각형 부분)이 반파장의 짝수 배이면 소멸간섭(왼쪽그림 12배), 홀수 배이면 보강간섭(오른쪽 13배)을 한다.

   

 

   여기서 막의 굴절율은 n 이다.

 

③  얇은 비누 막은 간격이 아주 좁은 두 개의 표면을 가지고 있다. 한 표면에서 나온 빛은 다른 표면에서 나온 빛에 의해 상쇄될 수 있다. 예를 들면 막의 어떤 곳은 그 두께가 파란빛에 대해 상쇄 간섭을 일으키기에 가장 알맞을 것이다. 만일 그 막에 백색광을 비추면 그 막에 반사되어 우리 눈에 들어오는 빛에는 파란빛이 없다. 백색광에서 파란빛이 빠지면 어떻게 될까? 그 답은 ‘보색이 나타난다’는 것이며 파랑의 보색은 노랑이다. 그래서 파란빛이 없이 노랗게 보일 것이다. 막의 두꺼운 부분에서 초록이 상쇄되면 비누 막의 색은 자홍빛을 띤다. 다른 색깔들이 나타나는 것은 두께가 다른 여러 부분들에서 그 색깔들의 보색이 상쇄되기 때문이다. 물위의 얇은 기름 막이 만드는 알록달록한 무늬도 같은 원리이다. 빛은 공기와 맞닿은 기름 막의 위 표면과 물과 맞닿은 기름 막의 아래표면에서 모두 반사한다. 입사광이 파란색의 단색광이라고 하자. 만일 기름 막의 두께가 이 파장에 대해 상쇄 간섭을 일으키기에 적당하다면, 기름막은 우리 눈에 검게 보일 것이다. 한편, 입사광이 백색광이라면 기름 막의 표면은 우리 눈에 노랗게 보일 것이다.. 백색광에서 파랑이 빠지면 보색인 노랑이 나타나는 것이다.

 

④  시간이 지나면 아래쪽의 비누 막이 두꺼워져 쇄기 모양이 되면서 소용돌이치는 색깔이 나타난다. 비누 막의 윗부분은 자꾸 얇아져서 어둡게 된다. 이것은 박의 두께가 가시광선 중 가장 짧은 파장의 1/4보다 더 얇아지면 일어나는 현상이다. 막은 점차 얇아져서 나중에는 터지게 된다.