과학마술-빛의 굴절

 

빛의 굴절을 이용한 마술입니다.

 

Q : 페트 병안에는 물이 들어 있고 입구를 닫아서 동전은 들어 갈 수 없다. 하지만 마술사는 동전을 페트병 안에 밀어 넣게 되는데.. 과연 이 마술의 비밀은?

 

A : 빛의 굴절을 이용한 마술

마술사는 동전을 넣은 것이 아니라 처음부터 페트 병 안에 들어 있었다.

하지만 동전은 공기중에 있을 때 보다 물 속에 있을 때 굴절률이 달라지기 때문에 일종의 사각지대가 형성이 되어 동전은 없는 것처럼 보이게 된다.

 

 

빛의 굴절

비스듬하게 입사된 빛이 기존의 매질로부터 새로운 물질로 진행할 때, 매질의 밀도 차이에 의해 빛 좌우의 속도 차이가 생겨서 빛이 꺾이는 현상. 즉, 하나의 매질로부터 다른 매질로 진입하는 빛이 그 경계면에서 나가는 방향을 바꾸는 현상..

 

아스팔트 위를 달리는 자동차가 비스듬한 방향으로 모래밭을 만나게 되면 모래밭 쪽의 바퀴는 마찰로 속도가 느리므로 양 바퀴의 속도 차이에 의해 자동차의 진행 방향이 꺾이게 된다. 이와 마찬가지로 빛도 진행하다가 밀도가 다른 물질을 만나게 되면 굴절되고, 굴절된 파동이 진행하는 방향과 경계면의 법선 사이의 각도를 굴절각이라 한다.


 

 

 

생활에서 볼 수 있는 굴절
빛이나 소리 등 파동 일반에서 볼 수 있는 현상으로 아지랑이나 별의 반짝임 등의 자연현상을 비롯해서 일상에서는 물이 담긴 컵 속의 젓가락이 굽어 보이는 등 수많은 예를 관찰할 수 있다. 또 렌즈나 프리즘은 빛의 굴절을 이용하는 것으로서 광학기계의 중요한 부분을 구성한다.

등방성·이방성에 따른 굴절
이 때 두 매질이 등방성(물질의 물리적 성질이 방향에 따라 변하지 않는 성질)이면 입사각과 굴절각 사이에는 스넬의법칙(굴절의법칙)이 성립된다. 그러나 빛이 등방성 매질로부터 이방성(물질의 물리적 성질이 방향에 따라 변하는 성질) 매질로 나아갈 때는 보통 이 법칙이 성립되지 않으며, 경계면에서 굴절파가 둘로 나뉘어 이른바 복굴절 현상을 나타낸다. 방해석의 결정을 통해서 물체를 볼 때 2중으로 보이는 것은 이 때문이다. 그리고 굴절뿐만 아니라 등방성 물질에서도 어떤 방향으로 압력을 가하거나 물질을 전기장 안에 놓으면 복굴절 현상을 일으킨다.

천문학적 굴절
하늘 위로 높이 올라갈수록 공기가 희박해지므로, 대기를 통과하는 빛의 굴절률도 그에 따라 변화하며, 항상 조금씩 굴절하고 있다. 이와 같은 빛의 굴절률이 불균일하기 때문에 여러 가지 이상광학현상(異常光學現象)이 일어난다. 예를 들면 천체 망원경으로 별을 관측할 때, 측정한 별의 위치는 실제의 위치와 다소 다른데, 이를 천문학적 굴절이라 한다.

 

 

- 두산 백과 사전 발췌