프리즘에 빛을 통과시키면 무슨 일이 일어날까? 백색광은 일곱 색의 퍼즐! 뉴턴이 사랑한 빛의 세계

안녕하세요! 사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 즐거운 실험의 연속이죠.

비 개인 하늘에 수놓아진 무지개나 비눗방울 표면에 감도는 신비로운 일곱 빛깔, 다들 한 번쯤은 “빛에는 왜 색깔이 있을까?” 하고 궁금해하신 적 있으시죠? 사실 우리 주변을 채우고 있는 평범한 하얀 빛 속에는 아름다운 색들의 퍼레이드가 숨겨져 있답니다. 오늘은 그 정체를 밝혀줄 마법의 도구, 프리즘을 활용한 재미있는 실험을 소개해 드릴게요.

빛의 정체를 밝혀라! 프리즘의 신비

우리는 보통 “빛은 곧게 나아간다”고 배우지만, 사실 조건에 따라 그 길을 크게 바꾸기도 합니다. 그 대표적인 현상이 바로 빛이 갈라져 보이는 분산 현상이에요.

먼저, 아래 실험 영상을 통해 빛이 얼마나 드라마틱하게 모습을 바꾸는지 확인해 보세요!

백색광을 프리즘에 비추면 나가는 곳에서 아름다운 무지개색으로 갈라지며 나아갑니다. 이는 백색광이 사실 여러 가지 파장의 빛이 모여서 만들어졌기 때문이에요. 빛은 종류(색깔)에 따라 프리즘을 통과할 때 굴절률(꺾이는 정도)이 저마다 다릅니다. 이 아주 작은 차이가 프리즘을 빠져나올 때는 커다란 색의 파노라마가 되어 나타나는 것이죠.

단색광으로 알아보는 꺾임의 차이

그렇다면 빨간색이나 초록색 레이저(단색광)를 비추면 어떻게 될까요? 이 빛들은 단 하나의 파장만 가지고 있기 때문에, 프리즘을 통과해도 색이 갈라지지 않고 그대로 나아갑니다. 하지만 여기서 주목해야 할 점은 바로 꺾이는 각도예요. 사진을 자세히 비교해 보면, 초록색 빛이 빨간색 빛보다 더 크게 꺾이는 것을 알 수 있습니다.

그 이유는 초록색 빛이 빨간색보다 파장이 짧기 때문에, 유리 같은 물질을 통과할 때 더 큰 영향을 받아 굴절되기 때문입니다. 바로 이 색에 따른 굴절률의 차이가 무지개를 만드는 근본적인 원인이 되는 것이죠.

실험 성공을 위한 꿀팁!

이 실험을 학교 수업이나 집에서 직접 해보실 때, 다음 포인트들을 기억하시면 더 깊은 감동과 배움을 얻으실 수 있습니다.

준비물

・삼각 프리즘 (아크릴이나 유리제, 투명도가 높은 것을 추천해요) ・광원 (백색 LED 라이트와 빨강, 초록 레이저 포인터 같은 단색광) ・검은색 도화지 또는 스크린 (빛의 줄기를 선명하게 보기 위해 필요해요) ・암실에 가까운 환경 (커튼만 쳐도 빛의 경로가 훨씬 잘 보입니다)

실험 순서

방을 어둡게 한 뒤, 백색광을 프리즘 모서리에 비춰 스크린에 투영합니다.

빛이 무지개색으로 나누어지는 분광 현상을 천천히 관찰해 보세요.

다음으로 빨간색 빛을 비춰 스크린의 어느 위치에 닿는지 확인합니다.

초록색 빛으로 바꿔서 빨간색 빛의 위치와 비교해 보세요. 빛이 꺾이는 정도의 차이를 실감할 수 있습니다.

사진이나 영상으로 기록해 비교해 보면 시각적으로 굴절률의 차이를 더 확실히 고찰할 수 있습니다. 아래 사진은 빨간색과 초록색 광선을 겹쳐본 모습인데, 빨간색이 확실히 덜 꺾이는 게 보이시죠?

영상으로 분산과 굴절의 차이, 그리고 단색광과 백색광의 성질을 직접 비교해 보면 학생들의 호기심을 단번에 자극할 수 있습니다. 빛의 성질은 말로 설명하는 것보다 직접 눈으로 확인하는 것이 이해도를 훨씬 높여준답니다.

뉴턴이 들려주는 빛의 이야기

빛의 연구에서 절대 빠질 수 없는 인물이 있죠? 바로 아이작 뉴턴입니다. 옛날 사람들은 “프리즘이 빛에 색을 입히는 것”이라고 생각했습니다. 하지만 뉴턴은 프리즘 실험을 통해 “하얀색은 사실 모든 색이 섞여 있는 것”이라는 사실을 증명해 냈죠.

국립과학박물관에는 그의 공적을 기리는 뉴턴의 7색 원판이라는 굿즈가 전시되어 있기도 합니다.

이것은 일곱 가지 색이 칠해진 원판을 빠르게 회전시키면 전체가 하얗게 보이는 장치입니다. “색이 섞이면 하얗게 된다”는, 프리즘과는 정반대의 현상을 체험할 수 있는 재미있는 도구죠. 뉴턴 본인이 직접 이 장치를 만든 것은 아니지만, 그의 빛 이론이 오늘날 과학 교육 속에서도 여전히 살아 숨 쉬고 있다는 증거라고 할 수 있습니다.

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