“우와! 레이저 놀이요? 레이저~ 빔!”
“자, 보렴. 빛은 직진하는
성질이 있다고 했지?”
“네! 진짜 쭈욱! 앞으로 직진하고
있어요!!!”
“직진하는 빛은 다른 물질을
만나면 반사된단다. 저 매끈한
거울에 레이저를 쏴보렴!”
“피슝~ 피슝~ 팅! 팅! 박사님!
이것 보세요! 진짜 빛이 거울을
만나니까 반사되어서 튕겨 나가요!
으하하!”
“그 거울면과 수직을 이루는
가상의 선을 상상해 보렴.
그 선을 ‘법선’이라고
부르자꾸나. 법선을 기준으로
들어오는 빛을 ‘입사광선’,
반사되어 나가는
빛을 ‘반사광선’이라고 하지.”
“피슝~ 피슝~ 팅! 팅! 피슝~
피슝~ 가라! 입사광선! 나와라! 반사광선!”
“역시 놀면서 배우니까 쏙쏙
들어오지? 물리가 이렇게 재밌는 거라고!
물리는 놀라워!!! 대단..!!! 아차차.
입사광선과 반사광선이
법선과 이루는 각도를
각각 ‘입사각’과 ‘반사각’이라고 하는데,
자세히 보면 입사각과 반사각은 같단다!”
“오와! 정말 같은 각도로
튕겨 나가네요! 입사각과
반사각은 같다! 박사님! 거울에 우리
얼굴이 비치는 것도 빛이
반사되기 때문인 거예요?”
“맞아! 이렇게 거울이나 잔잔한
수면처럼 매끄러운 면에
반사가 되면 반사면에 물체의 상이
비치지. 특정한 방향에서만 그 반
사된 빛을 볼 수 있단다.
이것을 ‘정반사’라고 해.”
“아! 맞아요. 저는 거울 대신
잔잔한 바닷가로 제 얼굴을 봐요!
엄청나게 출렁거리는 날에는
볼 수가 없었는데… 울퉁불퉁한
면에 반사되는 건 비치지 않기
때문이구나! 그건 무슨 반사라고 해요?”
“하하하. 달, 종이, 칠판,
출렁이는 수면처럼 거친 면에
반사되는 건 ‘난반사’라고 한단다.
반사면에 물체의 상이 비치지 않지.”
“아~ 모든 면에 반사 법칙이
성립되지만, 정반사는 물체가
비치고 난반사는 비치지 않는구나!!!”
“그렇지! 평면거울은 우리
잘생긴 얼굴을 볼 때 자주
사용하잖니. 우리 모습을 거의
그대로 비춰주지. 물체에서 출발한 빛이
거울에서 반사되어 우리 눈에
도착하는 과정을 거쳐서 볼 수
있는 것인데. 이때! 우리의 뇌는
거울 뒤쪽에 상이 있다고 느끼게
되고 상의 크기는 물체의 크기와
같고 거울에서부터 물체까지의
거리와 거울에서부터 상까지의
거리가 같다고 느끼게 되지.”
“어! 거울 뒤쪽에 내가 있는 게
아니라 반사되어서 내 눈에
도착하는 과정을 보는 거였다니…
생각해 보니까 그렇네요!
거울 뒤에 또 다른 내가 있는 게
아니잖아요! 우와! 진짜
신기하다!!! 으하하!!!”
“알고 보니까 정말 재밌지 않니?
역시 물리는 대단!!!!!...”
“박사님!!! 저기에 볼록한
거울은 뭐예요?”
“오! 마침 저기 볼록거울이 있네!
가운데가 볼록하게 튀어나온
볼록거울은 입사광선이 직진해서
들어가면 반사광선이 양쪽으로
퍼져나온단다.”
“오… 더 넓게 퍼져서 우리
눈으로 들어오네요!”
“그래! 넓은 곳에서 오는
빛을 볼 수 있는 만큼 시야도
넓어지지. 또한, 볼 수 있는
영역이 넓어지는 만큼 상의 크기는
줄어든단다. 그래서 볼록거울에
보이는 상은 가까이 있을 때부터
멀어질수록 점점 작아지게 된단다.”
“오! 정말이다! 멀리 가니까
엄청 조그마하게 보여요! 으하하!”
“그래서 이런 볼록거울은
자동차의 사이드미러, 도로의
반사경. 그리고 방범용 거울로
많이 사용된단다.”
“아~ 맞아요! 볼록하면 넓게
볼 수 있기 때문에 그렇구나!
그럼, 가운데가 쏙 들어간 거울은
어떻게 보여요!?”
“가운데가 쏙 들어간 거울은
오목거울이라고 하는데 오목거울은
입사광선이 들어가면 반사광선이
가운데에서 한번 모였다가
반대쪽으로 넓게 퍼져나간단다.”
“오잉? 가운데에서
한번 모인다고요?”
“반사광선이 모이기 시작하는
그 지점을 ‘초점’이라고 하는데,
초점보다 물체가 가까우면 상이
바로 선 채로 크게 보이고
초점보다 멀어지면 상이 뒤집혀
보인단다. 반사광선이 초점을 지나
퍼지기 시작하는 지점부터
시야가 넓어지고.”
“시야가 넓어지면 상의 크기는
줄어들어요!”
“옳지! 그래서 초점을 지나면
상이 뒤집힌 채 점점 작아진단다.”
“우와. 오목거울 재밌다!!
오목거울은 어디 가면
볼 수 있어요?”
“크게 보기 위해 망원경에도
쓰이고, 빛을 모아서 불을
붙이는 성화 채화경에도 쓰이고,
치과에서 쓰는 확대경에도 쓰인단다.”
“치과에서 아~ 하고 제
이빨을 자세히 볼 때 쓰는
그 확대경이요!?? 아~ 그게
오목거울이구나!”
“자~ 빛의 반사에 대해
거울과 함께 알아보았으니,
이번엔 빛의 굴절에 대해서
렌즈와 함께 알아볼까!?”
“굴절? 렌즈?”
“빛이 직진하다가 다른 물질을
만나게 되면 그 경계면에서
진행 방향이 꺾인단다. 그걸
굴절된다고 하지. 빛의 경로는
빛이 통과하는
렌즈를 통해 알아볼 건데
렌즈의 양쪽 면이 다 빛과
만나기 때문에 양쪽 면의
모양을 전부
살펴봐야 해.”
“렌즈도 배가 튀어나온 볼
록렌즈와 배가 홀쭉한
오목렌즈가 있나요?”
“맞아! 하나만 기억하렴. 빛은
뚱뚱한 쪽으로 휘어진다!”
“빛은 뚱뚱한 쪽으로 휘어진다!”
“가운데가 뚱뚱한 볼록렌즈에
레이저를 쏴볼까?”
“오! 뚱뚱한 가운데 쪽으로 모이고
초점이 생겨요! 그리고
다시 반대쪽으로 퍼져요!
초점보다 먼거리에서는
뒤집히고 멀어질수록
작아지네요! 이건…
오목거울이랑 같아요!”
“이야. 역시 똑똑해. 그렇다면
오목렌즈에도 한 번 쏴볼까?”
“오! 뚱뚱한 가장자리 쪽으로
퍼져요! 똑바로 선 채로
작아 보여요! 이건 볼록거울과 같다!!!”
“그렇지! 하푸 혹시 우리
눈의 구조를 좀 알고 있니?”
“그럼요~ 제가 또 인체
박사님께 배웠죠! 동그란
안구의 앞부분에는 빛을
모아주는 수정체가 있고
안구 뒤쪽 망막이라는
곳에 상을 맺히게 해서
볼 수 있는거에요!”
“맞아! 수정체가 볼록렌즈
역할을 해주고 있지.
상이 망막보다 앞에 맺혀
잘 보이지 않는 것은 근시라고 하고,
상이 망막보다
뒤에 맺혀 잘 보이지 않는 것은
원시라고 한단다. 근시에는
어떤 렌즈를 끼워주어야 교정이 될까?”
“음… 앞에 맺혔으니까, 뒤로
가게 해줘야겠죠! 그럼… 근시는
오목렌즈를 껴서 더 빛을
퍼트려주어야 해요!
뒤에 맺히는 원시는
볼록렌즈를 껴서 빛을 모아주어야
교정이 돼요!”
“딩동댕! 그래서 볼록렌즈는
원시 교정 안경에 쓰이고,
현미경과 망원경 등에 쓰인단다.
오목렌즈는 근시 교정 안경,
확산조명
등에 쓰이지. 어떠냐! 빛의
반사와 굴절. 재밌지?”
“네!!! 당연하게만 생각하던 빛을
배우니까 새롭게 보여요!!!”
“이제는 소리를 눈으로 보러
가보자꾸나. 어때! 재밌겠지?
물리는 정말 대단해!!!”
“우와! 소리를 눈으로 볼 수
있다고요?”