[kr-science] real life science 실생활속 과학이야기part2

안녕하세요.
세강의 @joonghoonlee입니다.

오늘은 빛의 굴절마술과 함께 굴절에 관한 생활속 과학이야기를 들려드리려고 합니다.
네덜란드의 수학자이자 물리학자인 스넬[Snell, van Roijen]은
빛 굴절의 법칙을 발견하신 분입니다.
물론 다른 업적들도 많지만 오늘의 주제에 맞도록 ! 여기까지 !

자.

빛의 은 투명한 물체를 통과할 수 있는데, 이때 빛의 속력이 느려집니다.
쉽게 예를 들면, 수영장이나 목욕탕안에서 걸어다니면 저항을 받아 천천히 이동하는것과 같습니다.
원인은 바로 물이죠. 물입니다. 물이 움직임을 느려지게 만듭니다.
빛은 공기 중에서 보다 무려 약25%나 느려집니다. 그리고 유리 속에서는 약 35%가 느려집니다.

그렇다면 이번엔 굴절입니다.
호수의 물이 항상 실제보다 얕게 보이는 현상 이러한 현상 때문에 익사사고가 발생하기도 하죠.
그리고, 익숙한 예로는 빨대가 물속에 들어가면 휘어보이는 현상을 경험해보셨을겁니다.
이러한 현상은 빛이 투명한 어떤 물질(매질)에서
다른 투명한 물질로 들어갈 때 휘어버리기 때문이며,
우리는 굴절이라고 합니다.

굴절은 빛이 투명한 물질마다 서로 다른 속력으로 움직이기 때문에 일어납니다.
빛은 공기중에서 300,000km/s 의 속력으로 움직이는데, 유리 혹은 물속으로 들어갈 때
속력이 줄어들면서 동시에 굴절현상이 발생하게 됩니다.
이런 굴절이
우리 생활 어디에 쓰이고 있는 것일까요?

바로 안경의 렌즈입니다.
렌즈는 눈이 정확한 상을 맺도록 눈으로 들어오는 빛의 길을 맞춰주는 역할을 합니다.

여기서 우리는 집고 가야할 것이 하나 있습니다.
스넬의 법칙은 그런 무엇일까?

좌측 상단의 A입사각, 우측상단 B반사각, 우측하단 C굴절광
A와B사이의 각도 각각i
물 위 n1 , 물 아래n2

그림이 잘 나오지 않아 다시 글로 한번더 명시했습니다.
이번엔 사진에 이름이 나오게 해봤습니다.

아무튼
n1 x sinθ1 = n2 x sinθ2에서 각각 대입
1 x sin40 = 1.5 x sin X

sinX 로 정리하면 sinX는 1.5분의 1xsin40입니다.
즉
X=arcsin(5분의1xsin40) 가 되는것입니다.
최종적으로 계산해 보면 X=25.374도의 각으로 굴절하게 되는 것을 알수 있습니다.

수식을 쓰게 될줄 몰랐네요...아 참고로 sinθ을 한글로 읽으면 사인세타 입니다.

이러한 굴절현상으로 인해 비행기 조종사들은 캐노피의 트랜스페어런시(transparency, 캐노피를 이루고 있는 투명한 재질의 복합재)의 두께 및 장착기울기, 곡률을 설정하여 조종사가 외부시야를 관찰할때 다중상 또는 왜곡현상을 방지하는 설계에 활용하기도 합니다.

자 갈릴레이식 굴절망원경은 볼록렌즈와 오목렌즈로 이루어 져있습니다.
아래의 케플러식 망원경은 볼록렌즈와 볼록렌즈로 이루어져있구요.

그래서 보이는게 다릅니다 ㅎㅎ

이제 보실 동영상은 이러한 원리를 이용한 마술입니다.
물론 제가 캐논100D를 동원해 찍은 영상입니다.

자 이제 동영상입니다.

빛과 굴절에 대해 조금이나마 이해가 되셨길 바래봅니다.

그럼 오늘도 매순간 낭만적이길 바라겠습니다.