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거울은 왜 우리의 모습을 비추어 줄까?|
준비물 |
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실험과 관찰 |
1. 투명한 그릇에 물을 넣고 우유를 몇 방울 떨어뜨려 약간 뿌옇게 한다.
2. 그릇 바닥에 거울과 플라스틱 조각을 넣는다.
3. 레이저 포인터로 거울과 플라스틱 조각을 비추어 보고 차이점을 관찰한다. |
거울 플라스틱
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왜 그럴까요? |
우유를 물에 탄 것은 빛이 가는 길을 볼 수 있게 해 주려는 것입니다. 레이저 포인터로부터의 빛이 거울면에서는 들어올 때와 거의 같은 밝기로 반사되지요. 그런데 빛이 플라스틱 조각 표면에서는 사라지는 것처럼 보이지요.
플라스틱 조각 표면에서 빛이 사라진 것은 아닙니다. 플라스틱 표면에서는 빛이 여러 방향으로 뿔뿔이 흩어지기 때문에 희미해져서 우리 눈으로 알아 볼 수 없을 뿐입니다. 왜 그러냐구요?
그것은 거울의 표면과 플라스틱의 표면의 매끈한 정도가 다르기 때문이예요. 거울의 표면은 아주 좋은 현미경으로 보아도 매끈합니다. 그런데 플라스틱의 표면은 우리 눈에는 매끈해 보이지만 아주 좋은 현미경으로 보면 울퉁불퉁해요.
빛이 불투명한 물체의 표면에서 반사각과 입사각이 같게 반사되지요. 거울과 같이 표면이 매끈한 물체의 표면에 평행한 빛이 들어가면 어떻게 반사되는지 알아 봅시다.
먼저 매끈한 표면의 모든 점에 법선을 그려 보세요.
매끈한 표면에 그은 법선들은 서로 평행하지요. 이제 이 점들에 같은 방향에서 들어가는 평행한 빛을 그려 보세요.
매끈한 표면으로 들어가는 평행한 빛들이 법선과 이루는 각도는 모두 같지요. 이제 반사각이 입사각과 같도록 반사광이 나아가는 길을 그려 보세요.
반사광들 역시 서로 평행하지요. 이 점을 기억해 두세요.
이번엔 울퉁불퉁한 표면에 평행하게 들어온 빛이 어떻게 반사되는지 알아 보지요. 울퉁불퉁한 표면에 법선을 그리면 법선들이 서로 평행하지 않습니다. 따라서 평행하게 들어간 빛들이 각 점에서 법선과 이루는 입사각이 다 달라요.
그러다 보니 반사광들도 평행하게 반사되지 않고 뿔뿔이 흩어 지지요.
정리해 보면 거울처럼
평평한 표면에 나란히 들어간 빛은 모여서 나란히 나옵니다. 그래서
빛의 세기가 반사전 반사후가 거의 같지요.
반대로 울퉁불퉁한
표면에 나란히 들어간 빛은 뿔뿔히 흩어져 나옵니다. 그래서 반사 전에
비해 반사 후의 빛의 세기가 줄어든 것처럼 보이게 되지요.
이번 실험에서 관찰한 것과 같지요?
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거울 표면이 매끈해서 빛이 흩어지지 않고 반사된다는 것이 거울에 우리의 모습을 비춰 볼 수 있는 것과 관계가 있나요? |
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당연한 말씀. 거울에 우리의 모습이 비춰지는 것은 바로 평행하게 들어간 빛이 흩어지지 않고 반사되기 때문이에요. 여러분의 모습을 비춰 볼 수 있는 다른 물체들을 생각해 보세요. 반짝 반짝 매끈한 금속표면(예를 들면 쟁반), 잔잔한 물, 등 우리 모습을 비춰 주는 모든 물체의 표면은 매끈하지요. 거울과 같은 물체를 빛의 방향과 잘 맞춰 놓으면 눈이 부시지요. 눈이 부시다는 것은 세기가 강한 빛이 우리 눈에 닿았다는 얘기입니다. 평행하게 들어간 빛이 흩어지지 않고 평행하게 한 방향으로 나가다가 우리 눈에 닿으면 눈이 부시다고 느낍니다. |
우리가 보통 쓰는 종이는 좋은 현미경으로 보면 표면이 거칠거칠 울퉁불퉁 합니다. 그래서 이런 종이로 된 책은 불빛 아래에서 보아도 눈부시지 않아요. 책의 표면에서 빛이 여러 곳으로 흩어져 반사되니까요. 그런데 표면을 아주 매끈하게 처리해 놓은 종이로 만든 책을 불빛 아래에서 보면 눈이 부셔 글씨를 잘 읽을 수 없답니다.
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