구독상품안내
1. 물체 통과시키는 마술상자
'마술'하면 신비함이 먼저 떠오르지만 내용을 자세히 살펴보면 과학적인 원리가 숨어 있게 마련이다. 눈으로 보기에는 막혀 있으나 물체는 통과시키는 신비한 상자를 만들어 마술솜씨를 뽐내 보자.
■ 준비물
편광판4장, 검은 도화지 1장, 테이프.
■ 실험방법
① 검은 도화지를 접어 4개의 창이 뚫린 직육면체 상자를 만든다.
② 4개의 창 중 같은 면에는 겹쳐 보았을 땨 서로 빛이 통하지 않는 편광판을 붙인다.
③ 마주보고 있는 창에는 겹쳐 보았을 때 빛이 통하는 편광판을 붙인다.
④ 직육면체 상자의 양쪽 끝을 손수건으로 가린다.
⑤ 상자를 회전시켜 상자 안이 가로막혀 있다는 것을 보여준다.
⑥ 상대방이 막혀 있음을 믿게 한 후 손이나 다른 물체를 통과시켜 본다.
■ 왜 그럴까?
보통의 빛은 진행방향에 수직인 가능한 모든 방향으로 진동한다. 이런 빛 중 어떤 특정한 한 방향으로 진동하는 빛만 통과시키는 판을 편광판이라고 하고, 편광판을 통과한 후 한 방향으로만 진동하게 되는 빛을 편광됐다고 한다. 두 개의 편광판을 겹쳐서 하나를 천천히 회전시키면 축이 90˚를 이룰때마다 어두워졌다, 밝아졌다 한다. 신비한 상자 안이 막혀 있는 것처럼 보이는 것은 축이 서로 수직이 되는 편광판이 겹쳐져 빛을 전혀 통과시키지 않기 때문이다.
신과림 박사의 실험파일
① 편광판은 과상학사나, 조명기구 재료를 판매하는 곳에서 의뢰해 구입할 수 있다.
② 검은 종이상자의 크기는 편광판의 크기에 맞춰서 만든다.
2. 0.01mm에 도전한다! 무아레 무늬 자 만들기
■ 준비물
아크릴판, 아크릴용 칼, 두꺼운 종이, OHP필름, 자, 가위, 양면테이프, 0.4mm(또는 0.1mm) 간격의 세로 줄무늬가 인쇄된 용지와 필름(컴퓨터로 그려 OHP필름에 프린트하거나 종이에 프린트 된 것을 복사하면 된다).
■ 실험방법
밑판 만들기(A판)
① 아크릴판을 6.5cmx3.5cm 크기로 자른다.
② OHP필름에 자 눈금을 3cm까지 나오도록 복사한다.
③ 왼쪽에서 2.7cm 들어간 위치에 3cm 자 눈금을 붙인다. 이때 눈금은 앞에서 똑바로 보이도록 양면테이프를 이용해 아크릴판 뒤쪽에 붙인다.
중간판 만들기(B판)
① 두꺼운 종이를 8cmx3.5cm 크기로 자른다.
② 잘라낸 두꺼운 종이 뒷면에 양면테이프를 넓게 붙인다.
③ 빗금으로 표시한 부분은 잘라낸다.
④ 가운데 긴 가이드는 선을 따라 자르고 부드럽게 잡아 빼어본다. 가이드가 잘 움직이지 않으면 절단된 면을 사포로 살짝 문지른 후 다시 끼워 움직여본다.
⑤ OHP 필름을 달라서 뾰족한 모양의 표시침을 만든다.
⑥ B판에서 눈금과 만나는 바로 아랫부분은 표시침이 이동할 수 있어야 한다. 따라서 양면테이프가 붙어 있는 뒷면을 한 겹 벗겨내 얇게 만든다.
⑦ 가이드는 제외하고 B판뒤쪽의 양면테이프를 떼어내 밑판에 붙인다.
⑧ 가이드를 끼워서 0cm 눈금과 만나는 곳을 표시침의 위치로 정하고 가이드 뒷면에 표시침을 붙인다. 표시침은 B판과 A판 사이로 끼워 넣는다.
⑨ 가이드와 같은 크기로 인쇄돼 있는 세로 줄무늬(grating)용지를 잘라서 가이드에 붙인다.
⑩ 세로 줄무늬를 OHP 필름으로 복사해 3.0cmx2.5cm 크기로 자른다. 이 필름의 위, 아래의 뒤쪽에 양면테이프를 가늘게 붙인다.
⑪ 가이드를 B판에 끼우고, 눈금 아래 화살표 위치에 세로 줄무늬 필름을 약간 비스듬히 얹어 놓고 조금씩 움직여 본다. 가로 줄무늬 (무아레무늬)가 3개 정도 보이면 양면테이프를 떼어내면서 필름을 B판에 붙인다.
⑫ 가이드를 움직여 무늬의 이동을 살펴보고 무늬간격이 변하지 않도록 조정한다.
윗판 만들기(C판)
① 종이를 6.5cmx3.5cm 크기로 자른다.
② 빗금으로 표시된 부분을 잘라낸다.
③ 앞에서 만든 자(A+B판)의 네 귀퉁이에 양면 테이프를 붙이고 C판을 붙인다.
무아레 무늬 자 이용하기
① cm와 mm단위의 물체 길이는 자의 눈금으로 읽는다(17mm).
② mm단위로도 읽을 수 없는 남아있는 물체의 길이는 무아레 무늬를 읽어서 알 수 있다. 가이드를 물체의 끝까지 이동시키면서 창 안에서 이동한 무아레 무늬의 수를 센다.
③ 무아레 무늬가 1개 이동하면 세로줄무늬 간격도 1개를 이동한 것이다. 세로 줄무늬 간격을 0.4mm로 만든 필름이라면 무아레 무늬 1개가 이동할 때마다 표시침은 0.4mm 이동한 셈이다. 만약 보통의 자로 측정할 수 없는 부분의 길이를 무아레 무늬 자로 측정했을 때 무아레 무늬가 1개 이동했고 다음 무늬로 가기까지 무늬 간격의 7/10을 더 진행했다면 0.4mm에 0.28mm(0.4x7/10)를 더한 0.68mm의 길이다. 따라서 물체의 길이는 17.68mm. 즉 0.01mm단위까지 측정할 수 있다.
■ 왜 그럴까?
무아레 무늬란 프랑스말로 물결무늬를 뜻한다. 세로로 그려진 줄무늬가 비스듬히 만나면 겹쳐지는 부분과 겹쳐지지 않는 부분이 생긴다. 이 두 부분이 밝고 어두움을 만들어 우리눈에 물결 또는 가로 줄무늬로 보인다. 무아레 무늬를 이용한 자는 산업현장에서 실제 쓰이고 있는데, 길이를 재기보다는 미세한 길이의 변화를 측정하는데 주로 사용된다. 물론 무아레무늬 수를 셀 때에는 컴퓨터를 이용한다.
