구슬은 초고성능 렌즈! 작은 구슬로 배우는 빛과 눈의 신비

과학 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠.

유리 구슬 렌즈 실험

준비물은 투명한 유리 구슬 딱 하나면 충분합니다(1인당 1개가 가장 좋습니다). 학교 수업 시간에는 학생 수만큼 한꺼번에 구매해서 나눠주고 있어요. 저렴하게 준비할 수 있다는 점도 이 실험의 아주 매력적인 부분이죠.

실험 1: 빛을 모아 ‘실상’ 만들기

먼저 유리 구슬을 흰 종이 위에 올려놓고, 살짝 들어 올려 보세요. 형광등처럼 천장 조명이 있는 곳에서 하면, 구슬을 통과한 빛이 종이 위에 맺히는 지점을 찾을 수 있습니다.

사진으로는 잘 안 보일 수 있지만, 형광등이 종이에 비칩니다.

사진 찍기가 조금 어려웠는데, 육안으로 보면 형광등 모양이 종이 위에 선명하게 떠오릅니다. 이것이 바로 ‘실상(real image)’이라고 부르는 것입니다. 유리 구슬은 둥근 공 모양이라 도수가 아주 높은 ‘볼록 렌즈’ 역할을 하거든요. 빛을 한 점으로 모아서 멀리 있는 형광등의 모습을 종이 위에 맺히게 하는 것이죠. 이것은 우리 눈이나 카메라가 영상을 포착하는 원리와 완전히 똑같답니다.

실험 2: 글자를 크게 보여주는 ‘돋보기’ 역할

이번에는 유리 구슬을 유인물의 글자 위에 딱 붙여보세요. 그러면 구슬이 순식간에 ‘루페(돋보기)’로 변신합니다.

어떠신가요? ‘大(큰 대)’자가 4배 정도 확대되었죠! 대상물에 렌즈를 가까이 대고 볼 때, 우리는 ‘허상(virtual image)’이라는 확대된 상을 보게 됩니다. 돋보기안경이나 현미경도 바로 이 성질을 이용한 것이랍니다.

실험 3: 세상이 뒤집힌다? ‘도립 실상’

마지막으로, 글자 위에 놓았던 구슬을 그대로 천천히 위로 들어 올려 보세요. 어느 높이를 넘어서는 순간, 신기한 일이 벌어집니다.

눈치채셨나요? 이번에는 글자가 상하좌우 거꾸로 뒤집혀 버렸습니다. 사진 속의 ‘F’자가 뒤집혀 있네요. 렌즈(유리 구슬)에서 어느 정도 거리가 멀어지면, 빛이 나아가는 경로가 교차하면서 상이 뒤집혀 보이는 것이랍니다.

사실 우리 눈의 망막에 비치는 풍경도 원래는 이렇게 거꾸로랍니다. 그걸 뇌가 순식간에 보정해서 우리가 똑바른 풍경을 보게 되는 거죠. 유리 구슬 하나로 눈의 구조까지 체험할 수 있다니 정말 신기하지 않나요! 학생들에게 하나씩 나눠주면 다들 여기저기 들여다보며 정신없이 놀기 시작합니다. 저는 바로 이 ‘놀이’야말로 과학에 흥미를 갖게 하는 입구라고 생각해요. 유리 구슬은 한꺼번에 사면 저렴하니까, 학교 수업이나 가정에서 꼭 한번 시도해 보세요.

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