통합과학 초5 빛의 성질

빛의 성질

빛의 직진·반사·굴절 현상을 탐구하고 렌즈와 거울의 원리를 이해한다.

빛은 곧게 나아가고(직진), 물체에 부딪히면 튕겨 나오며(반사), 물이나 유리처럼 다른 물질로 들어갈 때는 경계에서 꺾입니다(굴절).

빛은 '똑바로만 달리는 선수'입니다. 벽을 만나면 튕겨 나오고, 모래밭처럼 달리기 어려운 곳에 비스듬히 들어서면 방향이 꺾입니다. 이 세 가지로 거울과 렌즈의 원리가 모두 설명됩니다.

쉽게 말하면

빛과 그림자에서 빛이 곧게 나아간다는 것과, 거울이 빛을 튕겨 낸다는 것을 배웠습니다. 여기에 한 가지가 더해집니다. 빛이 공기에서 물이나 유리 속으로 비스듬히 들어갈 때, 경계에서 진행 방향이 꺾이는 현상입니다. 이것을 굴절이라고 합니다. 물이 든 컵에 빨대를 비스듬히 담그면 수면에서 빨대가 꺾여 보이는 것이 바로 이 때문입니다. 빨대는 멀쩡한데, 빨대에서 나온 빛이 물에서 공기로 나오며 꺾여 우리 눈에 들어온 것입니다.

그런데 우리 눈은 빛이 꺾였다는 사실을 모릅니다. 눈은 언제나 '빛이 곧게 왔다'고 가정하고 그 연장선 위에 물체가 있다고 판단합니다. 그래서 굴절이 일어나면 물체가 실제와 다른 곳에 있는 것처럼 보입니다. 물속 물체가 실제보다 얕은 곳에 떠 있는 것처럼 보이는 이유입니다.

이 굴절을 일부러 이용하는 도구가 렌즈입니다. 볼록 렌즈는 지나가는 빛을 안쪽으로 꺾어 한 점으로 모으고, 오목 렌즈는 바깥쪽으로 꺾어 퍼뜨립니다. 돋보기로 글씨를 크게 볼 수 있고 햇빛을 모아 종이를 태울 수 있는 것도 볼록 렌즈가 빛을 모으기 때문입니다. 프리즘에서는 색깔마다 꺾이는 정도가 조금씩 달라, 하얗게 보이던 햇빛이 여러 색으로 갈라집니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

물컵 속 빨대가 꺾여 보입니다

빨대를 물에 비스듬히 담그면 수면에서 툭 꺾인 것처럼 보이고, 굵기까지 달라 보이기도 합니다. 빨대가 휜 것이 아니라 빛이 물과 공기의 경계에서 꺾였기 때문입니다.
예시 2

돋보기로 햇빛 모으기

볼록 렌즈를 햇빛에 대고 종이와의 거리를 조절하면 아주 밝고 뜨거운 점이 생깁니다. 넓게 퍼져 있던 햇빛이 한 점으로 모였기 때문입니다. 렌즈가 빛의 방향을 꺾어 준 결과입니다.
예시 3

프리즘이 만드는 무지개

햇빛을 프리즘에 통과시키면 여러 색의 띠가 나타납니다. 프리즘이 색을 만들어 낸 것이 아니라, 원래 햇빛 속에 섞여 있던 색들이 꺾이는 정도가 달라 갈라진 것입니다. 하늘의 무지개는 공기 중 물방울이 프리즘 역할을 한 것입니다.

자주 하는 오해

눈에서 빛이 나가서 물체를 본다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움우리가 물체를 볼 수 있는 것은 눈에서 무언가가 나가 물체에 닿기 때문이다

실제로는물체에서 반사된 빛이 우리 눈에 들어와야 비로소 보입니다. 방향은 물체에서 눈 쪽입니다.

만약 눈에서 빛이 나간다면 깜깜한 방에서도 물체가 보여야 합니다. 하지만 빛이 하나도 없는 방에서는 아무리 눈을 크게 떠도 아무것도 보이지 않습니다. 우리가 무언가를 본다는 것은 언제나 '그것에서 출발한 빛이 내 눈에 도착했다'는 뜻입니다.

물속 물체가 실제보다 깊은 곳에 있다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움물속 동전은 굴절 때문에 실제보다 더 깊이 있는 것처럼 보인다

실제로는반대입니다. 물속 물체는 실제보다 얕은 곳에, 즉 떠 보입니다.

물속 동전에서 나온 빛은 물에서 공기로 나오며 꺾입니다. 그런데 우리 눈은 빛이 곧게 왔다고 여기고 그 연장선을 따라 위치를 판단합니다. 그 연장선이 실제 동전보다 위쪽을 가리키기 때문에 얕아 보입니다. 그래서 물속 물고기를 잡으려면 보이는 곳보다 조금 아래를 노려야 합니다.