전반사 실험-물줄기 속의 빛, 그림 사라지게 하기

전반사와 관련하여 간단한 실험들을 몇 가지 소개하고자 합니다.

학교에서 간단한 재료들을 이용하여 실험을 할 수 있기 때문에 시험이 끝난 후, 또는 방과후 활동 등에 활용하면 좋은 실험입니다.

1. 낙하하는 물줄기에 갇힌 빛

가. 준비물 : 레이저, 페트병, 물, 송곳, 수조

나. 실험방법

 

 

1) 그림과 같이 투명한 플라스틱 물통에 물을 담아서 놓은 후 레이저를 물통의 두 면에 수직으로 쏜다. 

2) 두 번째 면에 표시를 한 후 그 지점에 구멍을 뚫는다. 

3) 레이저 빛이 새는 물을 따라서 속에서 전반사하여 가며 휘는 것을 관찰할 수 있다.

 [교사 tip] 병 뚜껑을 열어 놓고 해야 하며, 밝은 곳에서 보다는 어두운 곳에서 실시하는 것이 시각적 효과가 더 크다. 포물선 경로상의 물줄기 속의 레이저 빛이 잘 보이지 않는다. 따라서 물이 떨어지는 마지막 부분에 손을 가져가면 확실하게 확인할 수 있다. 

출처<http://www.youtube.com/watch?v=hBQ8fh_Fp04&feature=youtu.be>

2. 그을음을 이용한 전반사 실험

가. 준비물 : 양초, 숟가락, 수조, 물

나. 실험방법

  

1) 숟가락의 밥 먹는 부분을 양초에 그을린다. 이 때 숟가락의 표면에 고르게 그을음이 묻도록 유의하지 않으면 나중에 물체 넣을 때 그을음이 떨어져 나가는 경우가 있음에 유의한다.

2) 그을린 수저를 수조에 넣는다.

3) 여러 각도에서 수조안의 숟가락을 관찰한다.

 [교사 tip] 그을음은 소수성인 미세한 탄소 입자로 되어 있다. 그을린 숟가락을 물속에 넣으면 그을음 입자 사이사이에 공기를 품어 공기층을 만든다. 밀한 매질인 물에서 숟가락의 그을음 입자 사이의 소한 매질인 공기로 빛이 진행하면서 전반사 현상이 일어나게 된다. 만약 각도가 맞지 않을 경우에는 그냥 검은 숟가락만을 볼 수도 있다. 가장 간단히 확인할 수 있는 방법은 옆에서 보는 경우이다. 이때 숟가락은 그냥 검게 보인다.

출처<http://www.cyworld.com/bbukkubbam>

3. 그림을 사라지거나 나타나게 하기

가. 준비물 : 투명한 플라스틱 컵2, 유성펜, 빨대, 송곳, 수조, 물

나. 실험방법

1) 첫 번째 컵에 활짝 웃는 얼굴을 그린다.

2) 두 번째 컵은 첫 번째 컵에 겹친 후 얼굴의 윤곽선을 그린다.

3) 송곳을 이용해 두 번째 컵 바닥에 구멍을 뚫고 빨대를 틈이 없게 고정시킨다.

4) 빨대의 구멍을 손으로 막은 후 수조에 넣으면 웃는 얼굴이 사라진다.

5) 빨대에서 손을 떼면 웃는 얼굴이 나타난다.

6) 빨대에 입으로 공기를 불어 넣으면 웃는 얼굴이 다시 사라진다.

 

 [교사 tip] 두 컵 사이에 공기층이 존재하는 경우 전반사에 의해 웃는 얼굴(안쪽의 첫 번째 컵 그림)이 사라지게 되고, 두 컵 사이에 물이 존재하는 경우에는 굴절현상에 의해 웃는 얼굴이 보이게 된다. 공기를 불어 넣거나 빼는 과정을 통해 웃는 얼굴을 사라지게 하거나 나타나게 할 수 있다. 

출처<http://www.ytnscience.co.kr/>