우리가 보는 세상은 빛이 있어야 존재할 수 있습니다. 빛은 어떻게 반사되고 굴절될까요? 또 색은 왜 다르게 보일까요? 이번 글에서는 빛의 굴절, 반사, 파장의 원리를 살펴보고, 우리가 일상에서 경험하는 다양한 빛과 색의 현상을 물리학적으로 설명해 보겠습니다.
1. 빛의 굴절: 방향이 바뀌는 원리
빛은 한 매질에서 다른 매질로 이동할 때 속도가 변하면서 진행 방향이 바뀌는 현상이 발생하는데, 이를 빛의 굴절(Refraction)이라고 합니다.
(1) 빛이 굴절하는 원리
- 빛은 진공에서 가장 빠르게 이동하며, 공기, 물, 유리 같은 매질에서는 속도가 느려집니다.
- 빛이 굴절률이 다른 매질을 통과하면, 속도 변화로 인해 진행 방향이 꺾이게 됩니다.
📌 굴절의 법칙 (스넬의 법칙, Snell's Law)
n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂
- n은 매질의 굴절률, θ는 입사각과 굴절각을 의미합니다.
- 빛이 굴절률이 높은 매질로 들어갈수록 굴절각이 작아집니다.
(2) 빛의 굴절이 일어나는 예시
- 물속의 물고기가 실제보다 가까워 보이는 이유
- 물에 담근 젓가락이 꺾여 보이는 이유
- 안경 렌즈를 통해 시야가 달라지는 이유
📌 실생활 실험
- 투명한 컵에 물을 채우고, 숟가락을 넣어 보세요.
- 물속에서 숟가락이 휘어져 보이는 이유는 빛이 물과 공기 사이에서 굴절되었기 때문입니다.
2. 빛의 반사: 빛이 방향을 바꾸는 원리
빛이 물체에 부딪혀 다시 되돌아오는 현상을 빛의 반사(Reflection)라고 합니다.
(1) 반사의 법칙
빛이 반사될 때는 항상 같은 각도로 반사됩니다.
입사각(θ₁) = 반사각(θ₂)
📌 반사의 두 가지 유형
- 정반사(Specular Reflection): 매끈한 표면에서 반사됨 (예: 거울, 유리)
- 확산 반사(Diffuse Reflection): 거친 표면에서 여러 방향으로 반사됨 (예: 벽, 종이)
(2) 빛의 반사가 일어나는 예시
- 거울 속 내 모습이 반대로 보이는 이유
- 차량의 백미러를 통해 뒤쪽을 볼 수 있는 이유
- 수면에 하늘이 반사되는 이유
📌 실생활 실험
- 손전등을 벽과 거울에 비춰보세요.
- 거울에서는 빛이 일정한 방향으로 반사되지만, 벽에서는 여러 방향으로 흩어지는 것을 볼 수 있습니다.
3. 빛과 색: 파장에 따라 달라지는 색의 원리
빛은 여러 개의 색이 합쳐진 것이며, 색은 파장(Wavelength)에 따라 다르게 보입니다.
(1) 가시광선의 파장과 색
- 가시광선의 범위는 약 380nm(보라색) ~ 750nm(빨간색)입니다.
- 파장이 짧을수록 높은 에너지를 가지고 있으며, 파장이 길수록 낮은 에너지를 가집니다.
📌 빛의 색과 파장
- 보라색 (380~450nm) → 가장 짧은 파장
- 파란색 (450~495nm)
- 초록색 (495~570nm)
- 노란색 (570~590nm)
- 주황색 (590~620nm)
- 빨간색 (620~750nm) → 가장 긴 파장
(2) 색이 다르게 보이는 이유
- 하늘이 파랗게 보이는 이유 → 공기 분자가 짧은 파장의 빛(파란색)을 산란시키기 때문
- 노을이 붉게 보이는 이유 → 태양이 지평선 가까이에 있을 때 파장이 긴 빨간색이 더 많이 통과하기 때문
- 검은색 물체가 열을 더 흡수하는 이유 → 모든 색을 흡수하고 반사하지 않기 때문
📌 실생활 실험
- 햇빛이 비치는 곳에서 CD나 프리즘을 비춰 보세요.
- 무지개처럼 여러 가지 색이 보이는 이유는 빛이 여러 파장으로 분산되었기 때문입니다.
결론: 빛과 색의 원리를 이해하면 더 넓은 세상을 볼 수 있다!
빛은 단순한 밝기가 아니라, 굴절, 반사, 파장과 같은 물리 법칙을 따릅니다.
- 굴절: 빛이 다른 매질을 통과할 때 방향이 바뀌는 현상
- 반사: 빛이 표면에 부딪혀 되돌아오는 현상
- 파장: 빛의 색을 결정하는 요소
이러한 빛의 원리를 알면, 우리는 렌즈, 안경, 프리즘, 거울, 무지개 같은 자연 현상을 더 깊이 이해할 수 있습니다.
다음에 빛과 색을 볼 때, 이 물리 법칙들을 떠올려 보는 것은 어떨까요? 😊