물병으로 만드는 렌즈
 
 

준비물

  • 너비가 균일한 투명한 컵 또는 병
  • 양초(또는 다른 광원)
  • 하얀색 도화지(스크린으로 사용)
  • 시험관
  • 시험관 마개
  • 신문지(또는 글씨가 적힌 평평한 것)
 

실험과 관찰

    I. 물병으로 관찰하기

    1) 둥근 병에 물을 채워 놓는다.
    2) 촛불이나 다른 광원을 병 앞에 세워 놓는다.
    3) 촛불의 반대편에 하얀색 도화지를 세워 놓는다.



    4) 병을(또는 도화지를) 움직이면서 상이 한 점에 모이는 점을 찾아본다.



    5) 물이 담긴 병의 뒤쪽에 글씨(또는 화살표, 등 좌우가 비대칭인 그림)가 있는 종이를 놓고 병의 위치를 앞뒤로 옮기면서 글씨의 크기와 모습을 관찰한다.




    II. 시험관으로 관찰하기

    1) 시험관에 물을 채우고 물이 새지 않도록 입구를 막는다.
    2) 바닥에 신문지(또는 글자가 있는 조각)를 놓고, 시험관을 글씨 위에 놓고 글씨의 크기를 관찰한다.
    3) 시험관을 바닥에서 조금씩 들어올리며 글씨의 모습을 관찰한다.

 
 

 
 
 

왜 그럴까요?
 

    빛은 빛의 굴절 현상 때문에 빛이 공기에서 유리를 지나면 빛이 법선 쪽으로 휘어지고, 또 유리와 공기의 경계 면에서 법선 바깥쪽으로 휘어지기 때문에 빛이 볼록렌즈를 지나게 되면 한 점에서 모여지게 되지요.

 

 

    실험에서 사용한 유리컵이나 시험관도 표면이 볼록하고 빛이 물에서도 공기에서 보다 천천히 나아가기 때문에 볼록렌즈처럼 작용을 하지요. 따라서 물 컵을 이용해서도 빛을 한 점에 모을 수 가 있는 것이지요.
 
 

    그런데 시험관이나 유리컵으로 통해서 글씨를 보았을 때 글씨가 똑바로 보이면서 커져 보이는 경우도 있고 글씨가 거꾸로 보이는 경우도 있지요.

 


 

    이것은 볼록렌즈를 통해서 물체를 볼 때 물체의 위치에 따라서 상의 모습이 달라지기 때문인데, 글씨가 똑바로 보이면서 커져 보이는 것은 물체가 렌즈의 초점거리 안쪽에 위치할 때이지요. 물체가 초점거리 안에 놓였을 때 물체의 한 점 을 잡아 그 점에서 나아가는 빛이 가는 길을 따라가 보면 →→→처럼 퍼져 나가지요. 만약 우리 눈이 렌즈 오른 쪽에 있다면 우리 눈빛이 꺽이지 않고 직선으로만 나아간다고 착각하므로 점이 점 위치에 있는 것으로 알아차리지요. 그리고 이때 보이는 상은 실제 상이 아니기 때문에 허상이라고 하지요.
 
 

    이 원리를 물체의 모든 점에 다 적용시키면 상이 물체의 뒷편에 물체보다 더 크게 생기고 우리가 확대경을 통해서 글씨를 보면 크게 보이는 것도 이런 이유 때문이지요.

 
 

    하지만 물체가 초점거리의 바깥쪽에 위치할 때 빛이 가는 거리를 따라가면 우리는 거꾸로 된 물체의 상을 보게 됩니다.
 
 

    따라서 물이 들어있는 유리컵을 통해서 글씨를 볼 때 글씨와 유리컵의 사이가 멀어지면 글씨가 거꾸로 보이고 가까워지면 확대된 글씨를 볼 수가 있는 것이지요.

 

 

 

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