[과학활동] 거울에 비치는 상 : 평면거울, 볼록거울, 오목거울

거울에는 면이 평평한 평면거울, 볼록하게 나온 볼록 거울, 오목하게 들어간 오목거울이 있습니다. 거울에 비친 물체의 모습을 상이라고 하며, 거울 면의 모양에 따라 상의 모양과 크기가 달라집니다. 거울면의 형태에 따라 상이 달라지는 것을 살펴보겠습니다. 

 

거울과 빛의 반사

빛은 성질이 같은 물질 내에서 직진하는 성질이 있습니다. 하지만 빛이 물체에 부딪히면 빛의 진행 방향이 바뀌게 되는데 이것을 ‘반사’라고 합니다. 빛이 물체 면에서 반사할 때 일정한 규칙이 있습니다. 거울 면에 들어가는 빛을 ‘입사 광선’, 거울 면에서 반사된 빛을 ‘반사 광선’이라고 하고, 거울 면에 빛이 닿는 곳에서 거울과 수직인 선을 ‘법선’이라고 합니다. 이러한 입사 광선과 법선이 이루는 각을 ‘입사각’이라고 하며, 반사각은 반사 광선과 법선이  이루는 각을 의미합니다. 입사 광선과 반사 광선, 법선은 모두 한 평면에 있으며 이때 입사각과  반사각은 같습니다. 이것을 ‘반사의 법칙’이라고 합니다.

 

 

거울에 빛을 비출때 빛의 경로

거울 앞에 서면 거울 속에 내 모습이 비치는 것을 볼 수 있습니다. 거울에 비친 물체의 모습을 상이라고 하는데, 상은 거울 면이 어떤 모양이냐에 따라 크기와 모양이 달라지게 됩니다. 거울에는 면이 평평 한 평면거울, 면이 볼록하게 나온 볼록 거울, 면이 오목하게 들어간 오목 거울, 이렇게 크게 3가지로 구분할 수 있습니다.

평행한 빛을 볼록 거울과 오목 거울에 비추면 빛은 어떻게 진행할까요? 다음 그림과 같이 평행한 빛을 볼록 거울에 비추면 거울에서 반사된 빛이 넓게 퍼지고, 오목 거울에 비추면 거울에서 반사된 빛이 한점에 모이게 됩니다. 이러한 성질 때문에 볼록 거울과 오목 거울에 물체를 비추어 보면 거울의 모양에 따라 실제와 비교할 때 크기와 모양이 다른 상이 생깁니다.

 

 

 

거울 종류에 따른 상의 특징

평면거울 앞에 물체를 놓으면 항상 물체와 같은 크기의 상이 생기는데, 거울에 비친 상은 거울을 중심으로 물체와 대칭을 이룹니다. 볼록 거울 앞에 물체를 놓으면 물체보다 작고 바로 선 상이 생기는데, 물체가 거울에서 멀어질수록 상의 크기는 더 작아집니다. 오목 거울 앞에 물체를 놓으면 물체가 거울에 가까이 있을 때에는 물체보다 크고 바로 선 상이 생기고, 물체가 거울에서 멀리 있을 때에는 물체보다 작고 거꾸로 선 상이 생깁니다.

 

 

 

여러 가지 거울은 어떻게 이용할까?

평면거울은 물체의 모습을 그대로 비추므로 전신 거울, 만화경 등에 이용됩니다. 일반적으로 많이 보이는 거울은 모두 이 평면거울입니다.

 

 

볼록 거울은 거울 면에 입사한 빛이 반사한 후에 넓게 퍼져 나가므로 평면거울에 비해 시야가 넓습니다. 이런 원리로, 볼록거울은 교차로, 주차장 입구, 굽은 길, 상점의 도난방지용으로 설치되어 있습니다. 

 

 

 

반면, 오목거울에 가까운 물체는 확대되어 보이므로, 오목거울은 화장이나 욕실에 설치된 확대경, 치과치료용 거울로 이용됩니다.

다음은 평면거울과 오목거울이 양면으로 만들어진 화장거울에 비친 상의 예시입니다. 

 

 

 

 

 

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