병아리 기자는 스테인드글라스 창 아래에서 낮잠을 즐기길 좋아해요. 색색의 햇빛이 바닥에 비치는 모습도 무척 좋아하지요. 과학 원리를 이용해 알록달록한 스테인드글라스 창을 직접 만들어 보기로 했어요.

 

[도전 실험] 내 손안에 무지개가! 편광 스테인드글라스 

병아리 기자가 투명한 비닐과 테이프로 실험하고 있어요. 특정 방향으로 진동하는 빛만 통과시키는 편광 필름으로 들여다보면 아무 색도 없던 비닐과 테이프에서 알록달록한 색이 나타나지요. 투명한 재료에서 어떻게 무지개색이 나타나는 걸까요?

 

준비물

편광 필름 2장, OPP 비닐 봉투, OPP 투명 테이프, 가위

➊ OPP 비닐을 가로와 세로 길이가 10cm인 편광 필름과 비슷한 크기로 잘라서 준비해요. 

➋ OPP 비닐 한 면에 여러 장의 테이프를 조금씩 겹쳐서 붙여요.

➌ 테이프를 붙인 OPP 비닐을 2개의 편광 필름 사이에 넣어요.

➍ 밝은 곳에서 OPP 비닐을 겹친 편광 필름을 돌려 보면 알록달록한 스테인드글라스가 나타나요.

 

왜 이런 일이? 

→ 결과: 테이프를 겹쳐 붙인 곳에 알록달록한 색이 나타나요.

비밀은 편광 필름과 빛의 성질에 있어요. 빛은 여러 방향으로 진동하며 나아가는 파동이에요. 편광 필름은 특정한 방향으로 진동하는 빛만 통과시켜요. 첫 번째 편광 필름을 지난 빛은 주로 한 방향으로 진동하는 ‘편광’이 돼요.

 

첫 번째 편광 필름을 지난 빛은 OPP 비닐과 테이프에 닿아요. OPP 비닐과 테이프는 긴 분자들이 일정한 방향으로 배열된 구조예요. 이런 구조를 지나는 편광은 한 방향으로 진동하다가 서로 다른 두 성분으로 나뉘어요. 나뉜 두 성분은 서로 다른 속도로 이동해요. 그래서 빛이 OPP 비닐과 테이프를 빠져나올 때 두 성분이 진동하는 시점이 서로 어긋나요.

 

두 번째 편광 필름은 OPP 비닐과 테이프를 지난 빛 가운데 특정 방향으로 진동하는 빛만 다시 통과시켜요. 이때 두 성분의 진동 시점이 어긋나는 정도에 따라 색깔별로 통과하는 빛의 양이 달라져요. 어떤 색의 빛은 많이 통과하고 어떤 색의 빛은 적게 통과하지요. 테이프를 겹쳐 붙이면 빛의 진동 시점이 어긋나는 정도도 달라져 겹친 부분마다 서로 다른 색이 나타난답니다.

 

[한걸음 더!] 편광으로 AR 속 가상 물체도 더 또렷하게!

눈앞에 가상의 물체가 나타나는 기술을 ‘증강현실(AR)’이라고 해요. 과학자는 편광을 이용해 가상 물체를 더 실감 나게 보여 주는 기술을 개발하고 있어요.

AR 기기인 구글 글라스를 착용하면 실제 주변 모습 위에 가상의 이미지나 정보를 겹쳐 볼 수 있어요.

 

중국 상하이교통대와 일본 나라과학기술대학원대, 시바우라공대 연구팀은 편광을 이용해 주변 모습은 밝게, 가상 물체는 더 또렷하게 보여 주는 AR 기술을 개발해 2026년 5월 발표했어요. AR 속 가상 물체를 진짜처럼 보이게 하려면 물체 뒤에서 오는 빛을 가려야 해요. 실제 책상 위에 가상의 공을 놓는다고 생각해 봐요. 공에 가려져야 할 책상 부분이 그대로 보이면 어색하겠죠? 공 뒤에서 오는 빛을 줄여 책상을 가려야 진짜 공처럼 보여요. 기존 기술은 하나의 편광 장치를 사용해 한 방향으로 진동하는 빛만 통과시키면서 눈에 들어오는 빛의 양을 줄였어요. 그런데 현실에서 들어오는 빛을 줄이는 과정에서 주변 풍경까지 어두워지는 문제가 있었어요. 연구팀은 편광 장치 두 개로 현실 풍경을 보여 주는 빛과 가상 물체가 현실을 가리는 데 사용하는 빛의 비율을 조절했어요. 두 개의 편광 장치를 설치하고 장치 사이의 각도를 바꾸면 눈에 들어오는 빛의 양을 조절할 수 있어요. 주변이 어두울 때는 현실 풍경의 빛을 더 많이 통과시키고, 밝을 때는 가상 물체의 모습이 잘 드러나도록 조절하는 방식이에요. 연구팀은 실험 참가자 12명에게 일반 AR 기기, 기존의 가림 기능을 적용한 AR 기기, 새 기술을 적용한 기기를 비교하게 했어요. 실내와 실외 등 밝기가 다른 환경에서 실험한 결과 전체 평가에서 참가자의 50%가 새 기술을 가장 선호했어요. 연구팀은 “다양한 조명에서 가상 물체와 현실 풍경 모두 잘 보이도록 개선했다”고 밝혔어요.

 

[실험 하나 더!] 벽을 통과하는 연필이 있다고?

완성한 스테인드글라스를 가지고 놀던 병아리 기자가 편광 필름 두 장을 겹쳐 봤어요.

한 장을 돌리자 투명했던 필름이 까맣게 변했지요. 어떤 원리일까요?

 

준비물 검정 마분지, 편광 필름 4장, 가위, 칼, 풀, 테이프, 연필

주의: 날카로운 칼을 다룰 때는 반드시 보호자와 함께하세요.

➊ 검정 마분지에 가로 8cm, 세로 5cm, 높이 5cm인 직육면체 상자 도면을 그려 오려요.

➋ 상자를 조립했을 때 마주 보는 큰 면에 가로 6cm, 세로 3.5cm의 창 2개를 만들어요.

➌ 가로, 세로 3.5cm의 편광 필름 2장을 창 안쪽에 나란히 붙여요. 오른쪽 편광 필름은 두 편광 필름을 겹쳤을 때 투명하게 비치는 상태에서 옆으로 90° 돌려서 붙여요. 이때 편광 필름이 서로 딱 붙되 겹치지 않도록 해요. 반대쪽 창에도 같은 방식으로 편광 필름 2장을 붙여요.

➍ 도면을 접어 상자를 완성한 뒤 비스듬히 기울여 안을 들여다봐요.

➎ 창 옆면에 구멍을 뚫고 연필을 넣어 상자의 안을 관찰해요.

왜 이런 일이? 

→ 결과: 연필이 상자 가운데에 보이는 까만 벽을 뚫은 것처럼 보여요. 편광 필름은 특정 방향으로 진동하는 빛만 통과시켜요. 한쪽 창의 필름을 지난 빛은 한 방향으로만 진동해요. 이 필름과 겹쳤을 때 투명하도록 맞은편에 편광 필름을 붙이면 빛이 마주 보는 두 필름을 통과해 사이가 잘 들여다보여요. 반대로 두 개의 필름이 투명하게 겹쳐진 상태에서 한 장을 옆으로 90° 돌리면 각 필름이 빛을 통과시키는 방향이 서로 수직이 돼요. 이때 두 필름을 서로 포개면 한 필름을 지난 빛이 다른 필름을 거의 통과하지 못해 겹친 부분이 검게 보여요. 창 왼쪽과 오른쪽에는 빛을 통과시키는 방향이 다른 편광 필름이 나란히 붙어 있어요. 한쪽 창의 편광 필름으로 대각선 맞은편 창의 편광 필름을 보려고 시도해 보세요. 대각선으로 마주 보는 두 필름은 빛을 통과시키는 방향이 서로 수직이라 빛이 거의 통과하지 못해요. 검게 보이는 부분이 상자 가운데에 이어지면서 까만 벽이 서 있는 것처럼 보이지요. 실제로는 벽이 없기 때문에 연필은 상자 안을 그대로 통과해요.