컵 속의 젓가락은 왜 휘어질까요?

 

사람의 눈을 속이는 빛의 굴절

 

물이 담긴 컵안에 나무젓가락을 넣은 모습 -출처 : baidu- 

 

안녕하세요. 오늘은 사람의 눈을 속이는 빛의 굴절에 대해 알아보겠습니다.

여러분은 평소에 빛이 휘어지는 모습을 본 적이 있나요? 위의 사진처럼 물이 담긴 유리컵에 세워둔 젓가락은 물을 만나는 경계면에서 휘어져 보입니다. 이런 경우가 빛이 굴절된 것입니다. 사람의 눈은 빛을 통해 사물을 인식하는 데, 이렇게 빛이 굴절되면 사람의 눈도 굴절된 사물을 보게 됩니다.

굴절현상은 아주 옛날부터 알고 있었지만, 굴절현상에 일정한 법칙이 있다는 것을 알게 된 것은 훨씬 나중의 일입니다. 굴절현상의 법칙을 발견한 사람은 네덜란드의 수학자 '빌베브로트 스넬리우스'입니다.

 

스넬의 굴절법칙.

진공(공기가 없는), 공기, 물, 유리, 다이아몬드 등 여러 가지 물질은 빛을 굴절시키는 정도가 다릅니다. 스넬리우스가 찾아낸 두 물질의 경계(위의 사진은 공기와 물)에서 일어나는 굴절의 법칙을 스넬의 굴절 법칙이라고 부릅니다.

 

 

 

빛을 굴절시키는 대표적인 실험도구, 프리즘 -출처 : baidu-

 

프리즘은 빛을 굴절, 분산시키는 대표적인 과학 실험 도구입니다. 일반적으로 광학 유리로 만드는 데, 프리즘을 통해 들어온 빛은 위의 사진처럼 휘어지고 분산됩니다.

프리즘의 첫 번째 유리를 통과한 빛이 굴절되면서 점점 분산되고, 두 번째 유리를 통과하면서 더욱 분산되면서 우리가 잘 알고 있는 무지개 빛으로 완전히 분산되는 것을 볼 수 있습니다. 분산은 여러분이 이해하기 쉽게 얘기하자면, 여기저기로 흩어지는 것입니다.

 

하늘 위의 무지개 -출처 : baidu-

 

실생활에서 빛의 굴절 현상을 찾아볼까요?

먼저 무지개는 빛의 굴절과 분산의 대표적인 예입니다. 무지개는 햇빛이 공기를 통과하다가 물방울을 만나면 빛이 굴절되고 분산되면 생기는 현상입니다. 햇빛 안에는 서로 다른 성질의 빛이 함께 모여 있습니다. 그중에서 빨간색 계통의 빛은 굴절이 조금만 되고, 파란색 계통의 빛은 굴절이 크게 됩니다. 그래서 햇빛이 물방울을 만나면 그 안의 빛들이 굴절의 크기에 의해 분산이 일어나서 무지개가 되는 것입니다.

 

빛의 굴절에 의해 크게 보이는 돋보기 -출처 : baidu-

 

다음으로 돋보기를 알아보겠습니다.

돋보기는 빛이 렌즈를 통과할 때 굴절된 후 우리 눈에 확대되어 보이게 만드는 도구입니다. 사람의 눈은 빛에 의해 사물을 볼 수 있다고 말씀드렸었죠. 빛이 굴절되면 사람의 눈도 굴절된 사물을 보게 됩니다.

이렇게 굴절되는 현상을 이용하여 돋보기뿐만 아니라 망원경과 현미경도 만들 수 있습니다.

또한, 돋보기로는 특별한 실험을 할 수 있는데요. 돋보기의 빛을 모으는 성질을 이용하여 종이나 나뭇잎 등을 태울 수 있습니다. 모든 빛에는 열이 포함되어 있는데, 돋보기의 초점을 맞춰 빛을 한 곳으로 모으면 많은 열이 한 곳으로 집중됩니다. 그렇게 한 곳에 열을 집중시키면 불이 붙어 종이나 나뭇잎 등을 태울 수 있습니다. 특히 종이로 실험을 할 때에는 흰색 종이보다는 검은색 색종이를 사용하는 게 좋습니다. 흰색 종이는 빛을 반사하는 성질이 강해 돋보기로 한 곳에 모은 빛을 분산시키기 때문입니다. 이 실험은 조금 위험하니까 꼭 부모님과 함께 하세요.

 

수영장 안의 물은 눈으로 보는 것보다 깊다 -출처 : baidu-

 

마지막으로 유리컵의 젓가락처럼 수영에서도 쉽게 빛의 굴절을 볼 수 있습니다.

여러분이 실내 수영장에 갔을 때, 밖에서 본 것보다 물이 깊다는 것을 알 수 있습니다. 밖에서 수영장 안을 바라보면 빛의 굴절에 의해 수영장 안의 바닥이 바로 눈앞에 있는 것처럼 보입니다. 수영장에 설치되어 있는 계단과 손잡이도 유심히 쳐다보세요. 빛의 굴절에 의해 둘 다 휘어 보이거나 가깝게 보일 것입니다.

 

-오늘의 결론-

컵 속의 젓가락은 빛의 굴절에 의해 휘어 보인다.

 

오늘은 빛의 굴절과 실생활에서 볼 수 있는 빛의 굴절 현상에 대해 알아봤습니다.

빛은 한 곳으로 반듯이 가는 성질이 있지만 다른 물질을 만나면 휘어지고, 반사되고, 분산되는 현상이 발생합니다. 사람의 눈은 빛에 의해 사물을 보고 구분할 수 있는데, 빛이 굴절되면 사람의 눈도 그에 따라 휘거나 가까이 보이게 되는 겁니다.

오늘은 실생활에서 일어나는 빛의 굴절 현상을 더 찾아보는 건 어떨까요? 찾아보면 정말 많다는 걸 알 수 있습니다.