초간단 집실험! 벽에 ‘거꾸로 보이는 세계’를 비춰보자! 렌즈와 빛의 신비
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠!
과학 시간에 촛불, 돋보기, 스크린을 이용했던 실험, 기억나시나요? 어두운 방 안, 스크린에 흐릿하지만 분명하게 거꾸로 맺힌 촛불의 모습을 보던 순간, 조금 두근거리지 않으셨나요?
하지만 여기서 한 가지 의문이 생깁니다. “왜 항상 촛불일까?”
어쩌면 그 실험 때문에 “촛불이나 전구처럼 스스로 빛을 내는 특별한 물체만 비출 수 있는 거야”라고 생각하고 있진 않으신가요? “그럼, 눈앞의 연필이나 창밖의 푸른 하늘은 비출 수 없는 걸까?”… 천만에요, 그렇지 않습니다!
사실, 돋보기(볼록 렌즈)는 우리 눈에 보이는 것이라면 무엇이든 비출 수 있는 힘을 가지고 있습니다. 왜냐하면 우리가 보는 모든 물체는 빛을 ‘반사’하고 있기 때문이죠. 렌즈는 그 반사된 빛을 모을 수 있답니다.
오늘은 그 증거를 보여줄 아주 간단하고 아름다운 실험을 소개합니다. 촛불은 사용하지 않아요. 필요한 건 바로 ‘창밖 풍경’입니다!
과학 레시피
준비물: 색 셀로판지, 돋보기 (가까운 잡화점이나 문구점에서 쉽게 구할 수 있어요)
실험 방법:
① 낮에 실험하는 것을 추천합니다. 방의 불을 끄고, 창문 근처에서 색 셀로판지를 들어보세요.
② 돋보기를 들고 창문 반대편에 있는 벽 근처로 이동합니다.
③ 벽 가까이에 돋보기를 대고, 돋보기를 앞뒤로 움직여 보세요.
결과:
어떤가요? 이렇게 하면 다음 사진처럼 창밖의 모습이 선명하게 비칩니다.
돋보기 개수만큼 상이 맺혔어요! 정말 예쁘죠! 확대해 보면,
보이시나요? 셀로판지를 든 사람이 거꾸로 비치고 있죠. 그리고 창밖 풍경 전체가 담겨 있습니다.
왜 거꾸로 보일까요? 이것은 바로 그 촛불 실험과 완전히 같은 원리입니다. 창밖 풍경이나 셀로판지는 햇빛을 반사하고 있습니다. 그 빛이 돋보기(볼록 렌즈)를 통과할 때 굴절(屈折)합니다. 렌즈를 통과한 빛은 한 점에서 다시 모입니다 (초점이 맞는다). 빛이 ‘실제로 모여서’ 생긴 이 상을 과학에서는 ‘실상(実像)’이라고 부릅니다. 이 ‘실상’은 스크린이나 벽에 선명하게 비출 수 있으며, 반드시 ‘상하좌우가 거꾸로’ 뒤집히는 성질이 있습니다.
돋보기 자체에 반사되어 보이는 모습은 뒤집혀 있지 않아요! 돋보기를 통과해서 생긴 상만 뒤집힙니다.
이건 정말 멋진 관찰이네요! 돋보기 유리 표면에 ‘반사’되어 비치는 모습은 렌즈의 ‘굴절’ 능력과는 관계없는, 거울과 같은 원리입니다. 하지만 렌즈를 ‘통과’한 빛이 만드는 ‘실상’만이 뒤집히는 것. 이것이야말로 렌즈가 작동한다는 증거죠.
‘눈’도 ‘카메라’도 같은 원리!
사실, 이 실험은 카메라의 원리와 완전히 똑같습니다. 돋보기가 ‘렌즈’ 역할을, 벽이 ‘필름’이나 ‘이미지 센서’ 역할을 하는 셈이죠. 그리고 더욱 놀라운 것은, 우리의 ‘눈’도 같은 원리로 세상을 보고 있다는 사실입니다. 눈의 ‘수정체(水晶体)’라는 렌즈가 눈 가장 안쪽에 있는 ‘망막(網膜)’이라는 스크린에 풍경을 거꾸로 된 실상으로 비추고 있답니다.
“어, 그럼 왜 세상이 거꾸로 보이지 않는 거죠?” 하고 궁금하시죠? 그것은 바로 우리의 ‘뇌’가 망막에 비친 거꾸로 된 영상을 순식간에 뒤집어서 ‘올바른 방향’으로 고쳐주기 때문입니다. 우리 몸, 정말 대단하지 않나요?
셀로판지가 없어도 이 실험은 가능하지만, 예쁜 색깔이 비치면 감동이 두 배가 되죠. 그리고 이 실험을 했을 때 한 학생이 재미있는 아이디어를 냈기에 소개해 드립니다. 다음과 같이 프린트물에 비춰보더군요.
이 방법이라면 흰 벽이 없어도 선명하게 비출 수 있겠네요. 저는 미처 여기까지 생각 못 했는데… 학생들, 대단해요! 여러분도 집에서 꼭 한번 해보세요.
수업에서 실험을 진행할 때의 꿀팁!
마지막으로, 수업에서 이런 시범 실험을 할 때 유용한 팁을 알려드릴게요. 핵심은,
１ 학생 한 명 한 명에게 실험 도구가 돌아가도록 한다 ２ 학생 전원이 참여할 수 있도록 한다
이 두 가지입니다. 예를 들어 학생이 40명이라면, 돋보기를 20개 준비해서 절반인 20명에게 나눠주고, 나머지 절반의 학생들은 창가에서 셀로판지를 들고 움직이도록 했습니다. 이렇게 하면 학생 전원이 무언가 활동에 참여하게 됩니다. 그러면 수업 분위기가 훨씬 좋아지니 추천하는 방법입니다. 특히 빛 단원은 다양한 실험을 학생들에게 보여주면서 수업을 진행하는 것이 좋겠죠.
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