빛과 그림자
빛의 직진으로 그림자가 생기는 원리와 거울에 의한 빛의 반사를 탐구한다.
그림자는 곧게 나아가던 빛이 물체에 막혀 빛이 닿지 못한 자리이고, 거울은 빛을 되돌려 보내 방향을 바꾸는 도구입니다.
빛을 '똑바로만 달리는 아이'라고 생각해 보세요. 앞에 물체가 있으면 돌아가지 못하고 그대로 막힙니다. 그 뒤에 남는 빈자리가 그림자입니다.
쉽게 말하면
그림자가 생기려면 세 가지가 필요합니다. 빛을 내는 것(손전등, 해), 빛을 막는 물체, 그리고 그림자가 비치는 곳(벽, 바닥)입니다. 셋 중 하나만 없어도 그림자는 생기지 않습니다. 깜깜한 방에서 그림자가 보이지 않는 것은 그림자가 사라져서가 아니라, 애초에 빛이 없어 막을 것도 없기 때문입니다.
그림자의 모양과 크기는 물체가 정하는 것이 아니라 '빛과 물체의 위치 관계'가 정합니다. 손전등을 손에 가까이 가져가면 손이 빛을 더 넓게 가로막게 되어 그림자가 커지고, 멀리 떨어뜨리면 그림자가 작아집니다. 손을 그대로 두어도 빛을 옆에서 비추면 그림자 모양이 길쭉하게 늘어납니다.
빛이 물체에 막히지 않고 거울처럼 매끈한 면을 만나면, 빛은 흡수되지 않고 튕겨 나옵니다. 이것이 반사입니다. 거울을 기울이면 튕겨 나가는 방향도 함께 바뀌기 때문에, 거울 여러 개를 놓아 빛을 모퉁이 뒤까지 보낼 수도 있습니다. 우리가 거울 속에서 자신을 볼 수 있는 것도, 내 몸에서 튕겨 나간 빛이 거울에 부딪혀 다시 내 눈으로 돌아오기 때문입니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1손전등을 가까이 대면 그림자가 커집니다벽 앞에 인형을 세우고 손전등을 인형 바로 앞까지 가져가 보세요. 그림자가 훨씬 커집니다. 인형이 커진 것이 아니라, 가까이 있는 빛일수록 넓게 퍼지며 나아가서 인형이 그 빛을 더 많이 가로막기 때문입니다.
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예시 2운동장 그림자는 하루 동안 방향과 길이가 바뀝니다아침에는 그림자가 길고, 해가 높이 뜬 낮에는 짧아집니다. 내 키는 하루 종일 그대로인데 그림자만 달라지는 것은, 해의 위치가 바뀌면서 빛이 오는 방향이 달라지기 때문입니다.
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예시 3거울로 빛의 방향 바꾸기손전등 빛을 거울에 비추면 벽의 다른 곳이 밝아집니다. 거울을 조금만 돌려도 밝은 점이 크게 움직입니다. 빛이 곧게만 가는데도 모퉁이 뒤를 비출 수 있는 이유가 바로 반사입니다.
순서대로 하면
그림자 크기를 마음대로 바꿔 보는 순서
- 1벽(또는 흰 종이)에서 조금 떨어진 곳에 물체를 세웁니다.
- 2손전등을 켜고 물체 뒤에서 벽 쪽으로 비춥니다.
- 3손전등만 물체 쪽으로 가까이 가져가 봅니다 — 그림자가 커집니다.
- 4이번에는 손전등을 그대로 두고 물체만 벽 쪽으로 밀어 봅니다 — 그림자가 작아집니다.
- 5무엇을 움직였을 때 그림자가 어떻게 변했는지 기록합니다. 물체의 크기는 한 번도 바꾸지 않았다는 점이 중요합니다.
자주 하는 오해
그림자가 물체에서 뿜어져 나온다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움물체에서 검은 것이 나와 바닥에 깔린다
실제로는그림자는 무언가가 생겨난 자리가 아니라, 빛이 도착하지 못한 '빈자리'입니다.
물체는 빛을 만들지도 내뿜지도 않습니다. 곧게 오던 빛이 물체에 막혔을 뿐이고, 그 뒤로 빛이 없는 구역이 남습니다. 그래서 빛을 없애면 그림자도 함께 사라집니다.
손전등을 물체에 가까이 대면 그림자가 작아진다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움빛을 가까이 대면 빛이 좁게 모여 그림자도 작아진다
실제로는손전등을 물체에 가까이 댈수록 그림자는 오히려 커집니다.
빛은 한 점에서 사방으로 퍼져 나갑니다. 물체가 빛에 가까울수록 그 퍼지는 빛을 더 넓게 가로막게 되고, 막힌 자리가 벽에 크게 펼쳐집니다. '물체가 벽에 가까울수록 그림자가 작아진다'와 헷갈리지 않도록, 무엇을 움직였는지를 먼저 확인하세요.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
없음 — 이 개념이 출발점입니다
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
자주 묻는 질문
Q1흐린 날에는 왜 그림자가 흐릿한가요?
구름이 햇빛을 여러 방향으로 흩어 놓기 때문입니다. 빛이 한 방향에서만 오면 막힌 자리가 뚜렷하지만, 사방에서 조금씩 들어오면 그림자 자리에도 빛이 얼마간 들어와 경계가 흐려집니다.
Q2유리는 앞을 가리는데 왜 그림자가 진하지 않나요?
물체가 빛을 얼마나 막는지에 따라 그림자의 진하기가 달라집니다. 나무나 금속은 빛을 거의 다 막아 진한 그림자가 생기고, 맑은 유리는 빛을 대부분 통과시켜 아주 옅은 그림자만 남습니다.
Q3거울에 비친 내 모습은 왜 왼손과 오른손이 바뀐 것처럼 보이나요?
거울은 빛을 그대로 되돌려 보내기 때문에, 거울 쪽으로 가까운 부분은 거울 속에서도 가깝게 보입니다. 그래서 나를 마주 본 사람처럼 앞뒤가 뒤집힌 모습이 되고, 우리 눈에는 왼쪽과 오른쪽이 바뀐 것처럼 느껴집니다.
교육과정 2022 개정 · 초4 통합과학 · 그림자와 거울
수록 기본 (교육과정 단원)
빛은 막히고 튕기기만 하는 것이 아니라 물이나 유리를 지날 때 꺾이기도 합니다. 빛의 성질에서 직진·반사·굴절을 한 번에 정리해 보세요.
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