개념 정리
빛의 직진과 그림자의 크기, 거울
단원 개요
어둠을 밝히는 빛의 직진 성질로 인해 생기는 그림자의 모양과 크기 변화 규칙, 투명한 물체와 불투명한 물체의 차이, 그리고 평면거울의 반사와 상의 특징을 배웁니다.선수 개념
필수 키워드:광원(Light source)그림자가 생기는 이유불투명한 물체그림자(Shadow)투명한 물체 vs 불투명한 물체투명한 물체매우 연하게(흐리게)진하고 선명한 그림자손전등(광원)과 물체 사이의 거리그림자의 크기
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빛의 직진성과 투명·불투명 물체의 그림자
태양, 전등, 촛불, 반딧불이처럼 스스로 빛을 내는 물체를 광원(Light source)이라고 합니다. 광원에서 나온 빛은 공기나 물 같은 한 가지 매질 속에서 휘어지지 않고 언제나 곧게 앞으로 나아가는 성질(빛의 직진)을 가지고 있습니다 (구름 사이로 뻗어 내리는 햇살이나 레이저 불빛으로 확인 가능).
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그림자가 생기는 이유: 곧게 나아가던 빛이 불투명한 물체를 만나면 빛이 물체를 통과하지도 못하고 돌아서 가지도 못하기 때문에, 물체 뒤쪽(빛이 비치는 반대쪽)에 빛이 도달하지 못하는 어두운 공간인 그림자(Shadow)가 생깁니다.
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투명한 물체 vs 불투명한 물체: 유리컵이나 투명 필름 같은 투명한 물체는 빛의 대부분이 그대로 통과하므로 그림자가 매우 연하게(흐리게) 생기고, 도자기 컵이나 나무 토막 같은 불투명한 물체는 빛을 완전히 가로막아 진하고 선명한 그림자가 생깁니다.
핵심 원리
그림자가 생기는 근본적인 과학 원리는 단 네 글자, 바로 '빛의 직진' 때문입니다! 만약 빛이 소리처럼 장애물 뒤로 휘어져 돌아갈 수 있었다면 그림자는 생기지 않았을 것입니다.2
그림자의 모양과 크기를 변화시키는 실험 규칙
물체 모양의 별이나 원기둥을 손전등과 스크린 사이에 놓으면, 빛을 받는 방향에 따라 그림자의 모양이 달라지고, 손전등(광원)과 물체 사이의 거리에 따라 그림자의 크기가 규칙적으로 변합니다.
| 조절 조건 (스크린 위치 고정) | 광원(손전등)과 물체 사이의 거리 | 빛을 가리는 각도 | 스크린에 생기는 그림자의 크기 |
|---|---|---|---|
| 물체를 손전등에 가까이 할 때 (또는 손전등을 물체에 가까이) | 거리가 가까워짐 | 가리는 각도가 커짐 | 그림자가 커진다! |
| 물체를 스크린에 가까이 할 때 (또는 손전등을 물체에서 멀리) | 거리가 멀어짐 | 가리는 각도가 작아짐 | 그림자가 작아진다! (실제 물체 크기에 가까워짐) |
| 물체를 비스듬히 돌려 놓을 때 | - | 빛을 가로막는 단면 모양이 변함 | 원기둥도 방향에 따라 원 모양 또는 직사각형 모양 그림자가 됨 |
풀이
1) 그림자의 크기는 '광원(손전등)과 물체(인형) 사이의 거리'가 가까울수록 빛이 퍼져 나가는 각도를 크게 가로막아 커집니다.
2) 따라서 인형을 움직인다면 인형을 '손전등(광원) 쪽으로 가까이' 이동시켜야 합니다.
3) 만약 인형을 고정하고 손전등을 움직인다면, 손전등을 '인형 쪽으로 가까이' 가져가야 그림자가 더 커집니다.
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평면거울의 빛 반사와 거울에 비친 상의 규칙
직진하던 빛이 거울이나 잔잔한 수면처럼 매끄러운 표면을 만나면 방향을 바꾸어 튕겨 나가는 현상을 빛의 반사(Reflection)라고 합니다.
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평면거울에 비친 물체의 모습(상)의 3가지 규칙:
1
크기: 실제 물체와 거울 속 상의 크기는 완전히 같습니다.
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상하 방향: 위아래는 바뀌지 않고 그대로 보입니다.
3
좌우 방향: 좌우가 서로 반대로 바뀌어 보입니다! (오른손을 들면 거울 속 모습은 왼손을 들고, 글자 '가'를 비추면 거울 속에서는 좌우가 뒤집힌 모양으로 보입니다.)
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두 거울이 이루는 각도와 상의 개수: 두 평면거울을 마주 보게 세울 때 거울 사이의 각도를 좁힐수록 빛이 여러 번 반사되어 거울 속에 보이는 물체의 상 개수가 점점 많아집니다(마주 보는 평행 거울, 즉 일 때는 상이 무수히 많이 생깁니다!).
자주 틀리는 오개념 정리:
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"구급차(AMBULANCE) 앞면에 글자를 좌우 반대로 적어 놓은 이유는 멋있게 보이기 위해서이다?" 오개념입니다! 앞서 달리는 운전자가 자동차 백미러(거울)로 뒤따라오는 구급차를 볼 때, 거울에 의해 좌우가 한 번 더 반전되어 똑바른 글자(AMBULANCE)로 즉시 읽고 길을 비켜주도록 하기 위해서입니다!
학습 도움말
두 개의 평면거울을 각도 θ로 세웠을 때 생기는 상의 개수 공식: N = (360° / θ) - 1 개! 예를 들어 거울 두 개를 직각(90°)으로 세우면 (360/90) - 1 = 3개의 상이 보입니다.핵심 요약
- ✓빛이 곧게 나아가는 성질(빛의 직진) 때문에 불투명한 물체 뒤편에 빛이 닿지 않는 그림자가 생긴다.
- ✓투명한 물체는 빛이 대부분 통과하여 그림자가 연하고, 불투명한 물체는 빛이 통과하지 못해 그림자가 진하다.
- ✓광원(손전등)과 물체 사이의 거리가 가까워질수록 스크린에 생기는 그림자의 크기는 커진다.
- ✓평면거울에 비친 물체의 상은 실제 물체와 크기가 같고 상하는 그대로이지만, 좌우가 반대로 뒤집혀 보인다.