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동전은 어디에서|
준비물 |
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실험과 관찰 |
1. 수조의 한 면에서 바닥의 중간 정도를 볼 수 있도록 시선을 둔다. 시선 안쪽의 수조바닥에 동전을 놓아둔다.(동전이 보이지 않게)
2. 수조에 물을 부으며 관찰한다. |
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왜 그럴까요? |
물속에 있는 동전은 실제 위치보다 더 앞에, 그리고 더 위에 있는 것처럼 보입니다. 그 이유에 대해 차근차근 알아봅시다.
빛은 한 매질에서 직선으로 나아가다가, 다른 매질을 만나면 꺾인 후 나아갑니다. 이것을 빛의 굴절이라고 합니다. 빛의 굴절에 대해 잘 모른다면, 아래 링크에서 먼저 알아보도록 합니다.
여기에서는 '광선'이라는 개념을 사용하여 설명할 것입니다. 빛을 무수히 많은 선이 모인 것이라고 보고, 그 중 현상을 설명하는데 가장 편리한 광선을 사용하여 설명하는 방법입니다. 이 방법은 이해하기 아주 어려우므로, 잘 이해가 안 되어도 괜찮아요.
먼저, 바닥에 놓인 동전을 위에서 마주보는 경우를 생각해봅시다. 동전의 한점 ●에서 반사되는 빛은 모든 방향으로 나아갑니다. 그 중 2개의 광선을 아래 그림에 나타냈습니다.(빨간 실선) 면 각 광선은 물속에서 나아가다가, 공기와의 경계면에서 법선 바깥쪽으로 휩니다. 그런데 우리 뇌는 항상 빛이 꺾이지 않는 직선이라고 착각하기 때문에 점 ●가 ●위치에 있는 것으로 착각하지요.(파란 점선) 이 원리를 동전의 모든 점에 적용하면 우리 뇌는 동전이 실제보다 위에 있다고 생각합니다.
이번에는 실험에서와 같이 동전을 비스듬히 위에서 본 경우에 대해 알아봅시다.
동전의 한점 ●에서 반사되어 나오는 빛이 물과 공기의 경계면에서 아래 그림처럼 법선의 바깥쪽으로 휩니다.(빨간 실선). 그러면 우리 뇌는 점●가 ●위치에 있는 것으로 착각하지요.(파란 점선) 그래서 동전이 실제보다 더 앞에, 그리고 더 위에 있는 것으로 생각하지요.
이렇게 물 속에 있는 물체는 실제 위치보다 더 위에 있는 것 처럼 보이기 때문에, 물 속에 있는 물체는 짧아 보이지요. 반쯤 물에 몸을 담그고 있는 사람은 숏다리, 가분수로 보입니다.
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그런데 말이예요. . . |
그것은 동전으로부터 수조의 앞면을 통해 굴절해나가는 빛 때문에 생기는 거예요. 아래 그림을 참조하세요.
불투명한 용기를 사용하면 앞쪽으로 굴절되는 빛을 차단할 수 있습니다. 그리고 동전을 보이지 않는 곳에 둔 다음 물을 부으면, 동전이 짜잔~ 하고 나타나는 마술을 할 수 있습니다.
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