[과학활동] 만화경의 원리 : 거울 반사로 알아보는 상의 갯수

놀면서 배우는 원리. 빛의 직진과 반사에 대해 설명해주고,

거울을 사용해서 체험할 수 있는 내용을 정리했습니다.

설명에 필요한 그림, 거울 각도를 쉽게 확인 할 수 있는 체험지는

다음의 링크에서 다운 받으실 수 있습니다.

각도와 상의 갯수-프린트배포용.pdf

0.86MB

입사각반사각 설명용-프린트배포용.pdf

3.06MB

 

 

1. 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.

 

 

거울 앞에 놓인 꽃을 예로 들면, 꽃의 한 부분에 닿은 빛은 여러 방향으로 반사되어 나가는데 이 중에 거울에 닿은 것은 다시 반사되고 이 빛이 우리 눈에 닿아 거울에 비친 꽃을 보게 됩니다. 그런데 꽃에서 나온 빛은 거울에 반사되어 꺾여 오지만, 우리 눈은 빛이 반사되어 꺾여 온 것이 아니라 처음부터 눈으로 들어오는 방향에서 온 것으로 인식합니다.

 

따라서 실제 꽃은 거울 바깥에 있지만 거울을 통해 보면 마치 거울 속에 있는 것처럼 보이는 것입니다. 또한 거울면에 반사된 상은 거울면을 기준으로 원상과 반사된 상이 서로 선대칭위치에 있습니다. 

 

2. 2개의 거울 사이의 각도에 따른 상의 개수 

* 거울 면에 비친 상의 개수와 실제 물체를 합친 개수

첨부한 "각도와 상의 갯수-프린트배포용.pdf" 파일을 출력하여 사용하세요. 

 

 

 

3. 2개의 거울 사이의 각도에 따른 다각형

첨부한 "각도와 상의 갯수-프린트배포용.pdf" 파일을 출력하여 사용하세요. 

 

 

 

4. 3개의 거울 사이의 각도와 상의 변화 (만화경)

세 개의 거울을 120° 이루게 배치하면 반사된 상이 다시 반사될 거울을 찾지 못해 각 거울에 하나씩 상이 보이게 되고, 90° 이루게 배치하면 가운데에는 하나의 상이 생기지만 양쪽 맞은편으로 서로 반사에 반사를 거듭하여 무한하게 상이 반복되어 나타납니다.

각 거울의 면이 60° 이루게 배치하면 만화경과 같은 형태로 한 꼭짓점에 6개의 상이 모이는 형태가 반복되어 나타납니다. 안에 구슬이나 작은 블럭을 넣고 관찰하면 좋습니다. 

 

 

* 영상에 사용한 거울

영상에서 사용한 체험용 아크릴거울입니다. 더 얇은 "종이거울"도 있는데, 이건 얇아서, 빳빳한 도화지에 붙여서 사용하면 됩니다. 

 

 

 

영상으로 미리 확인하고 준비하시면 도움이 될 것 같습니다. 

오늘도 아이와 행복한 하루 되세요.