빛의 역제곱 법칙 실험

목차

1. 실험기구
2. 실험이론
3. 실험방법

본문내용

1 실험기구

모션 센서 (Motion Sensor) : 물체의 운동을 측정해주는 센서
광 센서 (light Sensor) : 빛의 밝기를 전기적 방법으로 측정
나트륨 등: 이번 실험에서 광원으로 쓰임
광학대, 센서 이동 수레, 지지막대, 클램프

광원에서 방출되는 빛의 밝기가 역제곱의 법칙을 따르는 것을 알아본다.
즉, 측정거리에 따라 측정되는 빛의 세기가 거리의 제곱에 반비례함을 확인한다.

2 실험이론

① 역제곱 법칙이란?

역제곱 법칙은 어떤 물리량이 다른 물리량의 제곱에 반비례하는 것을 말한다. 즉 A∝1/B2 을 말한다. 이런 역제곱 법칙은 어떤 국소적 원천으로부터 발생하는 효과가 주위의 공간으로 균일하게 퍼져나가는, 즉 만유인력, 고립되어 있는 전자 주위의 전기장, 광원에서 나오는 빛, 우라늄 조각에서의 방사능, 음원으로부터의 소리 등 모든 현상에서 성립한다. 이는 Source 로부터 나오는 에너지의 총량은 변하지 않지만, 거리가 증가함에 따라 에너지가 퍼져나가는 면적도 r2 에 비례하여 커지게 됨으로써 단위면적을 통과하는 에너지의 량은 r2 에 반비례하게 되는 것으로 이해할 수 있다.
● 만유인력 & 쿨롱의 법칙
위의 식과 같이 중력은 지구와 가까울수록 커지며, 전기력은 전하근처에서 최대가 된다(전기력선이 밀하다). 이러한 역제곱 법칙은 3 차원 공간에서 힘이 퍼져나가는 것으로 해석할 수 있다. 중력장과 전기장은 3 차원 공간상으로 퍼져나가고, 퍼져나가는 공간은 거리에 제곱에 비례하기 때문에 중력과 전기력은 거리의 제곱에 반비례하게 된다.

② 빛의 역제곱 법칙

그림과 같이 광원 S 에서 나온 빛은 3 차원 공간상으로 퍼져나가게 되고, 그 에너지의 총량은 일정하다. 광원에서의 거리가 증가함에 따라 공간의 면적은 거리의 제곱에 비례하게 커지게 된다.
여기서 단위 시간당 단위 면적 A 를 통과하는 빛의 양(선속: flux)은 거리가 r 일 때를 9 라고 하면 2r 일 때 3, 3r 일 때 1 로 줄어든다. 즉, 빛의 선속(빛의 세기)은 거리의 제곱에 반비례하게 된다.

참고 자료

없음