실제 물체와 오목 거울에 의해 반사된 상이 같은 위치에 있다면 진짜를 찾을 수 있을까. 보이지만 만져지지 않는 이미지를 만들어보자.
■왜 그럴까?
거울은 빛을 반사하는 물체다. 거울은 형태에 따라 평면거울, 볼록거울, 오목거울로 나뉘는데 그중 평행하게 들어온 빛을 거울 안쪽으로 모으는 것이 오목거울이다. 오목거울의 축에 나란하게 들어온 빛이 반사된 뒤에 모이는 곳이 초점이다.
오목거울은 빛을 모으는 성질이 있기 때문에 오목거울 앞에 물체를 두면 물체의 한 점에서 나오는 빛은 반사된 뒤 다시 한 점에 모인다. 그 위치를 찾을 때 고려해야 할 것은, 축에 나란하게 들어온 빛은 반사된 뒤 초점을 지나고, 거울의 중심을 향해 들어온 빛은 축에 대칭으로 반사된다는 것이다.
이 실험에서처럼 인형을 초점거리의 2배 되는 곳에 두면 인형의 한 점에서 나온 빛은 반사돼 상자 바로 위에 다시 모인다. 이 때 반사된 빛은 거울 축에 대해 물체와 대칭인 곳에 모인다. 인형의 다른 부분에서 나온 빛도 마찬가지로 반사돼 다시 모이므로 실물의 모양과 대칭인 모양으로(위아래, 좌우가 바뀐 채로) 인형의 상이 만들어 진다(그림1).
상자 위에 흰 종이를 갖다대면 인형의 상이 맺히는 것을 볼 수 있다. 이처럼 반사된 빛이 실제로 모여서 생기는 상을 실상(real image)이라고 한다. 우리가 물체를 본다는 것은 물체에서 나온 빛을 본다는 것은 물체에서 나온 빛을 보는 것이므로 거울 반대편에서 보면 반사돼 모인 빛이 눈에 들어와 마치 물체가 있는 것처럼 느낀다. 하지만 반사된 빛이 진행하지 않는 다른 방향에서는 당연히 실상을 볼 수 없다.
상자를 움직이면 실상도 움직이는데 상자를 거울에서 좀더 멀리 이동시키면, 즉 인형을 초점거리의 2배보다 더 먼 곳에 두면 실상은 점점 작아지면서 거울 쪽으로 이동한다. 반대로 상자를 거울 쪽으로 이동시키면, 즉 초점거리의 2배보다 가까운 곳에 두면 상은 점점 커지면서 관찰자 쪽으로 이동한다. 이것은 작도로 확인할 수 있다.
오목 거울에서 항상 실상만을 볼 수 있는 것은 아니다. 물체를 초점 안쪽에 두면 물체의 한 점에서 나온 빛이 모이지 않고 퍼진다. 이 때는 마치 거울 뒤편의 한 점에서 빛이 퍼져 나오는 것처럼 반사된다. 이렇게 반사된 빛을 눈으로 봐도 역시 상을 볼 수 있다. 하지만 이 상은 실제로 빛이 모여서 생긴 것이 아니므로 허상(virtual image)이라고 한다. 허상은 실상과 달리 방향이 바뀌지 않고, 항상 확대된 상이 만들어 진다(그림2). 오목 거울 가까이에서 자신의 얼굴을 비추어 보면 얼굴이 크게 보이는데 이것은 자기 얼굴의 허상이 보이기 때문이다. 또 화장용 거울도 거울면을 약간 오목하게 만들어 놓아 얼굴이 약간 확대돼 보인다.
