‘백설공주’에 나오는 마녀의 거울은 마법의 거울이에요. 하지만 그 정체는 물체의 크기를 그대로 나타내는 평범한 평면거울이랍니다. 만약 마녀의 거울이 볼록하거나 오목했다면, 거울에 비친 여왕님의 얼굴이 그리 예뻐 보이진 않았을 테니까요. 거울에 따라서 왜 다른 모습으로 보이는 걸까요? 거울과 렌즈의 비밀을 알면 그 해답을 찾을 수 있을 거예요~.
1. 거울아, 거울아~! 왜 내 모습이 거꾸로 나오니?
19세기 인상파 화가인 빈센트 반 고흐는 정말 많은 자화상을 남겼어요. 돈이 없어서 모델을 구하지 못했기 때문이라는 이야기가 많아요. 그런데 더 궁금한건 자화상을 어떻게 그렸을까 하는 거예요. 그 당시에는 일반인이 카메라를 구하기 힘들었어요. 그러니까 고흐는 거울을 보고 자화상을 그렸을 거예요.
그런데 고흐의 자화상은 다양한 방향을 향해 있어요. 물감을 담은 팔레트를 쥐고 있는 손이 오른손일 때도, 왼손일 때도 있지요. 그 이유는 거울이 오른쪽과 왼쪽을 반대로 비춰 주기 때문이에요.
거울은 물체의 모습을 반사해서 보여 주는 기구예요. 정확하게는 물체에 반사된 빛이 거울 표면에서 완전히 반사되며, 마치 거울 앞의 물체를 복제한 듯 한 상을 만들어내는 거지요. 그런데 물체에 반사된 빛이 다시 거울에서 반사될 때는 거울의 평면과 직각을 이루는 반사면에 대해 서로 반대로 뻗어가요. 그 반사된 빛에서 이어진 거울너머의 상이 우리 눈에 들어오기 때문에 거울로 본 모습은 좌우가 바뀌어 보인답니다.
즉, 고흐의 자화상에는 거울에 비친 자신의 모습을 그대로 그린 것과, 거울에 비친 모습을 보고 자신의 원래 모습을 상상하며 그린 것이 섞여 있는 거지요.
2. 결혼식의 비밀이 볼록거울에!
이 그림은 15세기 네덜란드에서 활동한 화가인 ‘얀 반 아이크’가 그린 ‘아르놀피니 부부의 초상’이라는 작품이에요. 결혼 서약을 하는 부부를 그렸지요. 그런데 이 작품에는 재미있는 장치가 숨어 있어요. 잘 보면 부부의 뒤편 벽면에 꽃잎처럼 장식된 작은 동그라미 하나가 있을 거예요. 이 부분을 확대하면 짠~! 놀랍게도 등장인물들의 뒷모습이 보인답니다. 동그라미는 바로 거울이었어요!
그런데 이 거울에 비친 집안 풍경과 사람들의 모습은 좀 이상해요. 창문은 굽어 있고 사람들의 몸은 부풀어 있지요. 그건 이 거울이 평면이 아닌 볼록거울이기 때문이에요. 아이크가 그림에 볼록거울을 사용한 이유는 크게 두 가지로 볼 수 있어요. 하나는 이 부부가 부유한 사람이라 당시에 구하기 힘들었던 볼록거울을 소지하고 있다는 사실을 알려 주기 위해서예요. 또 하나는 볼록거울의 특성이지요. 방안에 있는 모든 인물과 사물을 한 번에 담기 위해서는 평면이 아닌 볼록거울을 사용해야 하거든요.
볼록거울은 볼록한 면에 닿은 빛이 반사되어 여러 방향으로 퍼지기 때문에 평면거울로 보는 것보다 훨씬 넓은 범위를 볼 수 있어요. 이때 빛은 거울의 뒤쪽에 초점을 만들어요. 그 결과 사물이 똑바로 선 모습으로 보이지만 대신 작게 보이지요. 이런 특성 때문에 도로의 구부러진 길이나 주차장 구석, 그리고 가게 진열장 뒤편처럼 그냥 보기 힘든 곳을 감시하고 확인할 필요가 있을 때 볼록거울을 쓰지요.
한편 오목거울은 오목한 부분에 닿는 빛이 거울의 안쪽으로 반사되어 한쪽으로 모이게 돼요. 이런 특성 때문에 빛이나 열을 모을 때 오목거울을 많이 써요.
3. 작은 별빛도 모으는 렌즈와 거울의 힘!
이번에는 흐릿한 벽화 속에 남은 인물을 만나 볼까요? 코안경을 쓰고 무언가를 열심히 쓰고 있는 사람은 13세기 이탈리아 산타 사비나 수도원의 추기경이었던 ‘생셰르의 휴고’예요. 이 그림은 14세기 중엽 이탈리아의 화가였던 토마소 다 모데나가 그린 휴고의 초상화랍니다.
안경은 렌즈를 이용해 시력을 교정하는 기구예요. 렌즈는 볼록하거나 오목하고 투명한 유리를 통과하는 빛을 모으거나 퍼뜨리지요. 모데나의 그림이 그려진 14세기보다 이전인, 고대 로마나 중국에서도 안경을 썼다는 기록이 남아있어요. 옛날부터 사람들이 렌즈의 성질을 알고 이용했다는 증거지요.
렌즈도 종류에 따라 기능이 달라져요. ‘오목렌즈’는 빛을 퍼뜨리는 역할을 해요. 빛의 초점이 맺혀야 할 곳보다 앞에 맺히기 때문에 먼 곳을 잘 볼 수 없는 ‘근시’는 오목렌즈를 쓰면 시력을 교정할 수 있어요. 반면 볼록렌즈는 가까운 곳을 보기 힘든 ‘원시’ 교정에 쓰여요. 작은 물체를 크게 볼 수 있게 하기 때문에 돋보기나 현미경, 망원경에도 쓰인답니다.
한편 천체 망원경은 빛을 모으는 볼록렌즈와 오목거울의 성질을 모두 이용하는 광학 기구예요. 별빛을 모아 별의 상을 만들고 이상을 확대하여 관측하지요. 가정이나 소규모 천문대에서는 볼록렌즈로 만든 굴절망원경을 이용해요.
이와 달리 천문대에 있는 큰 망원경들은 대부분 오목거울로 빛을 모으는 반사망원경이에요. 먼 곳의 별빛을 잘 모으기 위해서는 렌즈의 크기가 커야 하는데, 큰 렌즈를 지탱할 수 있는 받침대를 만드는 데 한계가 있거든요. 또 렌즈가 커지면 상이 또렷하지 않는 문제가 생기지요. 반면 오목거울은 거울 여러 개의 각도를 맞춰 얼마든지 크기를 키울 수 있답니다.
중학교 심화학습
빛이 없으면 물체도 없다?
우리는 다섯 가지 감각을 갖고 있어요. 그 중 눈으로 받아들이는 정보의 비율이 약 70% 정도나 돼요. 그리고 이런 정보의 근본은 바로 ‘빛’이랍니다. 물체의 표면에서 반사된 빛이 눈 안에서 상을 만들고, 이 상이 시신경과 뇌를 자극한 결과가 시각 정보가 되지요. 즉 빛이 없으면 우리는 아무 것도 볼 수 없어요.
이 과정에서 가장 크게 작용하는 빛의 성질은 바로 곧게 나아가는 ‘직진’이에요. 빛이 직진하기 때문에 물체의 표면에서 반사돼 우리 눈에 들어올 수 있으니까요. 물체를 중심으로 빛의 반대편에 생기는 그림자 역시, 직진하던 빛이 물체에 가로막혀 생기지요.
이 밖에도 빛은 몇 가지 성질을 가지고 있어요. 아주 작은 구멍에 손전등을 비추면 통과한 빛이 멀리 갈수록 넓게 퍼지는 것을 볼 수 있어요. 이렇게 직진하던 빛이 좁은 틈이나 장애물을 만나 넓게 퍼지는 현상을 ‘빛의 회절’이라고 해요. 또 구멍을 두 개 나란히 두고 한꺼번에 빛을 비추면 회절해서 퍼지는 빛이 서로 만나면서 새로운 무늬를 그리게 돼요. 바로 ‘빛의 간섭’ 현상이지요.
이렇게 회절과 간섭이 일어나는 이유는 빛이 소리나 전파와 마찬가지로 ‘파동’이기 때문이에요. 파동은 한 지점에서 일어난 진동이 다른 곳으로 퍼져나가는 것을 말하지요. 잔잔한 물 위에 돌을 던지면 물결이 퍼져나가는 것처럼요. 이때 물결이 퍼져나가는 방향을 ‘진행 방향’, 물이 진동하는 방향을 ‘진동 방향’이라고 해요. 빛은 진행 방향과 진동 방향이 직각을 이루는 ‘횡파’에 속해요. 반면 소리는 진행 방향과 진동 방향이 같은 ‘종파’지요.
공기와 물의 경계에서 빛이 꺾이는 ‘굴절’ 현상도 빛이 파동이기 때문에 일어나요. 파동은 통과하는 매질의 밀도에 따라 이동하는 속도가 바뀌거든요. 공기 속을 달리던 빛도 밀도가 더 높은 물을 만나면 속도가 줄어들면서 원래가던 방향과는 다른 방향으로 꺾이게 되지요.
그런데 빛은 작은 알갱이, 즉 ‘입자’로 이루어져 있기도 해요. 입자이면서 파동이라니, 어떻게 이런 일이 생길까요? 예를 들어 호수에 돌을 던지면 호수의 물이 진동해요. 이건 호수를 이루는 물 분자가 모여 서로 에너지를 전달하기 때문에 일어나는 거지요. 빛도 마찬가지예요. 입자인 ‘광양자’가 아주 많이 모여 서로 에너지를 전달하면 파동현상이 일어난답니다. 이처럼 빛이 입자와 파동의 성질을 모두 갖고 있는 것을 ‘빛의 이중성’이라고 해요.
1. 거울아, 거울아~! 왜 내 모습이 거꾸로 나오니?
19세기 인상파 화가인 빈센트 반 고흐는 정말 많은 자화상을 남겼어요. 돈이 없어서 모델을 구하지 못했기 때문이라는 이야기가 많아요. 그런데 더 궁금한건 자화상을 어떻게 그렸을까 하는 거예요. 그 당시에는 일반인이 카메라를 구하기 힘들었어요. 그러니까 고흐는 거울을 보고 자화상을 그렸을 거예요.
그런데 고흐의 자화상은 다양한 방향을 향해 있어요. 물감을 담은 팔레트를 쥐고 있는 손이 오른손일 때도, 왼손일 때도 있지요. 그 이유는 거울이 오른쪽과 왼쪽을 반대로 비춰 주기 때문이에요.
거울은 물체의 모습을 반사해서 보여 주는 기구예요. 정확하게는 물체에 반사된 빛이 거울 표면에서 완전히 반사되며, 마치 거울 앞의 물체를 복제한 듯 한 상을 만들어내는 거지요. 그런데 물체에 반사된 빛이 다시 거울에서 반사될 때는 거울의 평면과 직각을 이루는 반사면에 대해 서로 반대로 뻗어가요. 그 반사된 빛에서 이어진 거울너머의 상이 우리 눈에 들어오기 때문에 거울로 본 모습은 좌우가 바뀌어 보인답니다.
즉, 고흐의 자화상에는 거울에 비친 자신의 모습을 그대로 그린 것과, 거울에 비친 모습을 보고 자신의 원래 모습을 상상하며 그린 것이 섞여 있는 거지요.
2. 결혼식의 비밀이 볼록거울에!
이 그림은 15세기 네덜란드에서 활동한 화가인 ‘얀 반 아이크’가 그린 ‘아르놀피니 부부의 초상’이라는 작품이에요. 결혼 서약을 하는 부부를 그렸지요. 그런데 이 작품에는 재미있는 장치가 숨어 있어요. 잘 보면 부부의 뒤편 벽면에 꽃잎처럼 장식된 작은 동그라미 하나가 있을 거예요. 이 부분을 확대하면 짠~! 놀랍게도 등장인물들의 뒷모습이 보인답니다. 동그라미는 바로 거울이었어요!
볼록거울은 볼록한 면에 닿은 빛이 반사되어 여러 방향으로 퍼지기 때문에 평면거울로 보는 것보다 훨씬 넓은 범위를 볼 수 있어요. 이때 빛은 거울의 뒤쪽에 초점을 만들어요. 그 결과 사물이 똑바로 선 모습으로 보이지만 대신 작게 보이지요. 이런 특성 때문에 도로의 구부러진 길이나 주차장 구석, 그리고 가게 진열장 뒤편처럼 그냥 보기 힘든 곳을 감시하고 확인할 필요가 있을 때 볼록거울을 쓰지요.
한편 오목거울은 오목한 부분에 닿는 빛이 거울의 안쪽으로 반사되어 한쪽으로 모이게 돼요. 이런 특성 때문에 빛이나 열을 모을 때 오목거울을 많이 써요.
3. 작은 별빛도 모으는 렌즈와 거울의 힘!
이번에는 흐릿한 벽화 속에 남은 인물을 만나 볼까요? 코안경을 쓰고 무언가를 열심히 쓰고 있는 사람은 13세기 이탈리아 산타 사비나 수도원의 추기경이었던 ‘생셰르의 휴고’예요. 이 그림은 14세기 중엽 이탈리아의 화가였던 토마소 다 모데나가 그린 휴고의 초상화랍니다.
안경은 렌즈를 이용해 시력을 교정하는 기구예요. 렌즈는 볼록하거나 오목하고 투명한 유리를 통과하는 빛을 모으거나 퍼뜨리지요. 모데나의 그림이 그려진 14세기보다 이전인, 고대 로마나 중국에서도 안경을 썼다는 기록이 남아있어요. 옛날부터 사람들이 렌즈의 성질을 알고 이용했다는 증거지요.
렌즈도 종류에 따라 기능이 달라져요. ‘오목렌즈’는 빛을 퍼뜨리는 역할을 해요. 빛의 초점이 맺혀야 할 곳보다 앞에 맺히기 때문에 먼 곳을 잘 볼 수 없는 ‘근시’는 오목렌즈를 쓰면 시력을 교정할 수 있어요. 반면 볼록렌즈는 가까운 곳을 보기 힘든 ‘원시’ 교정에 쓰여요. 작은 물체를 크게 볼 수 있게 하기 때문에 돋보기나 현미경, 망원경에도 쓰인답니다.
한편 천체 망원경은 빛을 모으는 볼록렌즈와 오목거울의 성질을 모두 이용하는 광학 기구예요. 별빛을 모아 별의 상을 만들고 이상을 확대하여 관측하지요. 가정이나 소규모 천문대에서는 볼록렌즈로 만든 굴절망원경을 이용해요.
이와 달리 천문대에 있는 큰 망원경들은 대부분 오목거울로 빛을 모으는 반사망원경이에요. 먼 곳의 별빛을 잘 모으기 위해서는 렌즈의 크기가 커야 하는데, 큰 렌즈를 지탱할 수 있는 받침대를 만드는 데 한계가 있거든요. 또 렌즈가 커지면 상이 또렷하지 않는 문제가 생기지요. 반면 오목거울은 거울 여러 개의 각도를 맞춰 얼마든지 크기를 키울 수 있답니다.
중학교 심화학습
빛이 없으면 물체도 없다?
우리는 다섯 가지 감각을 갖고 있어요. 그 중 눈으로 받아들이는 정보의 비율이 약 70% 정도나 돼요. 그리고 이런 정보의 근본은 바로 ‘빛’이랍니다. 물체의 표면에서 반사된 빛이 눈 안에서 상을 만들고, 이 상이 시신경과 뇌를 자극한 결과가 시각 정보가 되지요. 즉 빛이 없으면 우리는 아무 것도 볼 수 없어요.
이 과정에서 가장 크게 작용하는 빛의 성질은 바로 곧게 나아가는 ‘직진’이에요. 빛이 직진하기 때문에 물체의 표면에서 반사돼 우리 눈에 들어올 수 있으니까요. 물체를 중심으로 빛의 반대편에 생기는 그림자 역시, 직진하던 빛이 물체에 가로막혀 생기지요.
이 밖에도 빛은 몇 가지 성질을 가지고 있어요. 아주 작은 구멍에 손전등을 비추면 통과한 빛이 멀리 갈수록 넓게 퍼지는 것을 볼 수 있어요. 이렇게 직진하던 빛이 좁은 틈이나 장애물을 만나 넓게 퍼지는 현상을 ‘빛의 회절’이라고 해요. 또 구멍을 두 개 나란히 두고 한꺼번에 빛을 비추면 회절해서 퍼지는 빛이 서로 만나면서 새로운 무늬를 그리게 돼요. 바로 ‘빛의 간섭’ 현상이지요.
이렇게 회절과 간섭이 일어나는 이유는 빛이 소리나 전파와 마찬가지로 ‘파동’이기 때문이에요. 파동은 한 지점에서 일어난 진동이 다른 곳으로 퍼져나가는 것을 말하지요. 잔잔한 물 위에 돌을 던지면 물결이 퍼져나가는 것처럼요. 이때 물결이 퍼져나가는 방향을 ‘진행 방향’, 물이 진동하는 방향을 ‘진동 방향’이라고 해요. 빛은 진행 방향과 진동 방향이 직각을 이루는 ‘횡파’에 속해요. 반면 소리는 진행 방향과 진동 방향이 같은 ‘종파’지요.
공기와 물의 경계에서 빛이 꺾이는 ‘굴절’ 현상도 빛이 파동이기 때문에 일어나요. 파동은 통과하는 매질의 밀도에 따라 이동하는 속도가 바뀌거든요. 공기 속을 달리던 빛도 밀도가 더 높은 물을 만나면 속도가 줄어들면서 원래가던 방향과는 다른 방향으로 꺾이게 되지요.
그런데 빛은 작은 알갱이, 즉 ‘입자’로 이루어져 있기도 해요. 입자이면서 파동이라니, 어떻게 이런 일이 생길까요? 예를 들어 호수에 돌을 던지면 호수의 물이 진동해요. 이건 호수를 이루는 물 분자가 모여 서로 에너지를 전달하기 때문에 일어나는 거지요. 빛도 마찬가지예요. 입자인 ‘광양자’가 아주 많이 모여 서로 에너지를 전달하면 파동현상이 일어난답니다. 이처럼 빛이 입자와 파동의 성질을 모두 갖고 있는 것을 ‘빛의 이중성’이라고 해요.