[실험] 동전을 꿀꺽~ 마술 저금통 만들기

반짝거리는 조명, 넓은 실내 공간, 죽 늘어선 테이블…. 그런데 안으로 들어선 순간, 생각보다 작은 실내에 당황한 경험이 있나요? 알고 보니 벽면과 천장이 온통 거울이 붙어 있었네요.

한정된 공간에서 실내를 더 넓어보이도록 하는 가장 간단한 방법, 바로 벽면을 거울로 장식하는 거예요. 거울에 비친 실내가 마치 거울 뒤에 있는 것처럼 느껴져, 실제 공간보다 몇 배나 더 넓어 보이는 효과를 내지요. 거울은 빛의 반사 성질을 이용해 물체를 비춰 보여줘요. 이런 거울의 성질을 이용하면 신기한 마술 상자를 만들 수 있어요.

[교과과정]
초 3-2 빛과 그림자
초 6-1 빛
중 2 빛과 파동

[학습주제]
빛의 성질 이해하기
거울의 반사

<실험 방법 및 원리>






*실험 주의사항 : 도면 왼쪽 아랫부분의 흰색 직사각형이 은광필름 사이즈입니다. 오려서 은광필름 뒷면에 붙여 주세요. 은광필름에 두꺼운 종이를 붙이는 이유는 동전을 저금통에 넣을 때 얇은 은광필름의 출렁임을 줄이기 위해서입니다. 하지만 동전을 많이 넣으면 은광필름이 휘어지기 쉬우니 적당히 조절하세요.

우리가 물체를 볼 수 있는 이유는 빛이 있기 때문이예요. 스스로 빛을 내는 광원 외에 빛을 내지 못하는 물체들은 햇빛이나 전등과 같은 광원으로부터 받은 빛을 반사해요. 반사된 빛이 우리 눈에 들어와 물체를 인식할 수 있는 거지요.

거울은 빛의 반사를 이용해 물체의 모습을 비추는 도구예요. 표면이 편평한 유리판 뒷면에 수은을 바르고, 그 위에 습기를 막기 위한 칠을 해 만들지요. 거울에 물체가 비치는 이유는 빛이 직진하다가 사물에 부딪힌 다음, 거울에 다시 부딪혀 튕겨져 나와 우리 눈에 들어오기 때문이예요.

위 실험에서는 거울 대신 은광필름을 사용했어요. 유리나 플라스틱으로 된 거울은 상자 사이즈에 맞춰 자르기 어렵기 때문이예요. 마술 저금통의 핵심은 거울로, 상자의 대각선 사이즈에 꼭 맞아야 하거든요. 은광필름은 거울처럼 사물을 비춰 보여주면서 얇고 잘 휘어져, 원하는 사이즈로 자르기 쉽답니다.

상자 내부를 대각선으로 가로지른 은광필름은 상자의 바닥을 반사시켜 보여 줘요. 이 때 앞쪽으로 난 창을 통해 보면 사방이 바둑판 무늬로, 상자의 전체를 보는 것 같지요. 하지만 은광필름 윗부분은 보이지 않아요. 저금통 구멍으로 넣은 동전은 바로 이 부분, 은광필름 윗부분에 쌓이기 때문에 앞쪽 창문에서는 보이지 않는 거지요. 저금통에 동전을 넣으면 사라지는 이유, 이제 확실히 알겠죠?

그밖에도 거울은 일상생활에서 다양하게 활용되고 있어요. 일반적으로 우리가 쉽게 접하는 평면거울은 물체의 모습을 있는 그대로 보여줘요. 거울 표면이 편편하고 매끄러워, 모든 빛이 일정한 각도로 빛을 반사하지요.

이런 평면거울 외에도 볼록거울이나 오목거울도 많이 사용돼요. 볼록거울은 가운데 부분이 볼록한 거울로, 평행 광선을 퍼지게 해 물체가 실제보다 작아보이지만 평면보다 더 넓은 곳을 볼 수 있어요. 때문에 편의점 천장 모서리 부분이나 사고가 나기 쉬운 도로, 자동차 사이드 미러 등에 많이 쓰이지요. 오목거울은 가운데 부분이 오목한 거울로, 물체가 거울에 가까이 있으면 상이 크게 보이고, 멀리 있으면 위아래가 거꾸로 뒤집혀 작게 보여요. 때문에 물체를 크게 봐야하는 화장용 거울이나 천체망원경, 현미경 등에 사용한답니다.

[다운로드 : 저금통 도면]

글 : 유기현 과학칼럼니스트
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물에만 들어가면 사라진다! 마술카드 만들기

물속에 들어가면 유난히 다리가 굵고 짧아 보이죠? 물이 담긴 컵에 빨대를 꽂으면 빨대가 꺾여 보이기도 합니다. 이런 현상이 나타나는 이유는 무엇일까요? 바로 ‘빛의 굴절’ 때문이랍니다.

빛은 일반적으로 직진하는 성질을 가지고 있어요. 그런데 어떤 물질을 통과하는지에 따라 직진하는 속도가 달라지지요. 때문에 한 물질에서 다른 물질을 통과할 때 두 물질의 경계면에서 빛이 꺾이는 굴절현상이 나타난답니다. 빛이 굴절되는 정도는 굴절률이라고 해요. 굴절률이 큰 물질을 통과할수록 빛의 속도는 느려져요. 물속에 있는 물체가 원래보다 떠 보이거나, 물에 꽂은 빨대가 꺾여 보이는 이유도 공기와 물의 굴절률이 다르기 때문이에요.

이런 빛의 성질을 이용하면 특별한 기술 없이도 신기한 마술을 선보일 수 있어요. 물속에 담그기만 하면 사라지는 마법의 카드! 한번 만들어 볼까요?

[교과과정]
초 3-2 빛과 그림자
초 6-1 빛
중 2 빛과 파동

[학습주제]
빛의 굴절과 전반사 현상 이해




실험에서 물속에 넣은 카드를 비스듬하게 보면 물에 잠긴 부분이 사라지는 것을 볼 수 있어요. 이 마술의 원리는 바로 ‘전반사’예요. OHP 필름 표면에서 반사된 빛이 굴절되지 못하고 전반사되기 때문에 우리 눈에는 마치 카드가 사라진 것처럼 보이게 된답니다. 카드를 앞뒤로 움직이면서 관찰해 보세요. 전반사 현상을 잘 관찰하려면 실험을 하는 동안 같은 위치에서 관찰해야 한답니다.

물질의 표면에서는 빛의 굴절뿐 아니라 반사도 함께 일어나요. 간혹 밀도가 높은 물질에서 밀도가 낮은 물질로 빛이 이동할 때 입사각에 따라 빛이 물질 안으로 전부 반사돼 밖으로 빠져 나오지 못하는 경우가 생기는데, 이를 ‘전반사’라고 해요.

전반사는 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 빛이 들어갈 때 경계면에서 굴절되지 않고 모두 반사되는 현상을 말해요. 빛의 입사각이 특정 각도보다 클 때 일어난답니다. 빛을 조금의 손실도 없이 한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 보내는 광섬유는 전반사를 이용한 대표적인 예지요.

광섬유는 빛을 이용해 정보를 전달하는 섬유로, 빛의 손실이 없기 때문에 에너지 손실이 매우 적어 송수신하는 데이터의 손실률이 낮고 외부의 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있어요. 광섬유 중심부에는 굴절률이 높은 유리, 바깥쪽은 굴절률이 낮은 유리로 이루어져 중심부 유리를 통과하는 빛이 외부로 빠져나가지 못하고 전반사가 일어난답니다. 광섬유 내부에서 전반사되는 빛은 그 모양 그대로 안쪽 벽면을 따라 반사돼요.

또 다른 예로 다이아몬드를 들 수 있어요. 다이아몬드의 반짝이는 광택도 내부에서 전반사된 빛이 만들어낸 마술이랍니다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트
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갓 태어난 첫 아들을 품에 안은 그 순간부터, 짠돌 씨는 결심한 것이 있었다. 아이에게 다양한 체험을 시켜주되, 나이에 걸맞지 않은 볼거리는 절대 금지하리라. 아이가 원하는 삶을 인정하되, 상식과 도덕을 어기는 짓은 절대 용서하지 않으리라. 딸이 태어났을 때 여기에 하나가 더 붙었다. 이 아이는 깨끗하고 맑고 순수하게 키우리라 재차 맹세했다. 아내인 초보주부 김 씨는 짠돌 씨의 그런 맹세를 보며 ‘혼자 무슨 광고 찍느냐’며 어이없어 했지만.

그리고 약 10년. 짠돌 씨 나름대로 잘 해왔다. 첫째 막신이는 나이에 비해 어른스럽고 의젓하게 성장했고, 둘째 막희는 가끔 사고를 치기는 했지만 무엇이든 쑥쑥 흡수하는 지적 능력을 타고나 부모를 기쁘게 했다. 짠돌 씨는 아이들이 태어났을 때 한 맹세를 지켜온 10년에 큰 자부심을 갖고 있었다.

…어제까지는.

“아빠! 마술해 줘, 마술!”
“막희야~. 아까부터 얘기했잖아. 아빠는 마술 못 해….”
“싫어! 마술 보여 줘~! 아니면 어제 그 마술사 다시 보러 가자~! 막희 마술 좋단 말이야!”

다양한 체험을 시켜준다는 항목을 어기지는 않았다. 나이에 걸맞지 않는 짓을 허용한 것도 아니다. 지극히 상식적이고 도덕적으로 움직였다. 그리고 딸은 아직 순수하고 맑다. 말이야 바른 말이지, 주말에 가족과 함께 놀이공원에 간 게 무에 그리 큰 잘못이란 말인가.

“거 봐. 내가 얘기했지? 막희에게 마술쇼 보여주면 안 될 거라고.”
“아들아, 네 직언을 받아들이지 못 한 내가 바보였다…만. 이 상황에 그 말을 들어도 전혀 위로가 안 되는구나.”

놀이공원 특설무대에서 펼쳐지는 마술쇼를 막희와 함께 관람한 것이 뼈아픈 실책이었다.
마음에 드는 걸 발견하면 질려서 내버릴 때까지 그것만 파고드는 딸래미가 마술쇼를 보자마자 마술에 푹 빠져버린 것이다. 아내와 막신이가 말릴 때 들었어야 하는데…. 마술을 다시 보여달라고 칭얼거리다가 결국 소리 내며 울기 시작한 막희를 멍하니 보며 짠돌 씨는 속으로 한숨만 푹푹 내쉬었다. 간단한 동전 마술도 제대로 못 하는 자신의 손재주를 저주하며.

“으이그…. 내 이럴 줄 알았지. 하여튼 감당할 수도 없는 사고부터 치고 보는 건 부녀간에 똑같아.”
“아니 그게 아니라…. 헉, 그건 뭐야?”
“뭐긴 뭐야, 마술 도구지. 거치적거리니 일단 비켜 봐.”
“우와, 엄마! 마술해 주는 거야?”
“이건 비밀인데, 엄마는 사실 마술사거든~. 멋진 마술을 보여줄 테니까 대신 막희 울음 뚝! 알았지?”
“응!”

엄마는 막신이에게 종이를 접어 상자를 만들라고 시켰다. 다 만들어진 상자에는 막희가 편광필름을 붙이도록 했다. 두 아이들의 손재주에 감탄하던 (우리 애들 다 컸구나!) 짠돌 씨.

옆에 서서 마술준비를 들여다보던 있는 짠돌 씨는 다 만들어진 상자 안을 들여다보고 갸우뚱한 표정을 짓는다. “아무것도 없는데?”

하지만 엄마 앞에 앉아 있는 아이들은 상자 안쪽으로 새롭게 벽이 생긴 것을 볼 수 있다. 사실은 존재하지 않는 가짜 벽이. 이 ‘마술 같은 현상’에 눈만 껌뻑거리던 짠돌 씨.

아내는 의기양양 진짜 마술사 같은 표정과 연기실력을 과시하며 볼펜 하나를 집어 든다. (아이들이 보기엔) 분명히 존재하는 벽을 아무런 문제없이 슬쩍 뚫고 나오는 볼펜.
곧 박수 소리가 쏟아진다. 짠돌 씨는 초보주부 김 씨의 재주에 입까지 떠억 벌렸다. 나랑 연애할 때도 그런 ‘고혹적’인 표정은 안 지었잖아 당신!

“와아! 엄마 멋져! 진짜 마술사 같아~!”
“어머 얘는~. 아까 얘기했잖아. 엄마 진짜 마술사 맞다고.”
“여보, 이 벽은 대체 왜 생긴 거야? 거기다 내 쪽에서 보면 왜 안 보여?”

“안해도 될 말을……. 쯧, 뭐, 됐고. 이건 편광의 마술이야.”
“엄마. 편광이 뭐야?”

“빛은 사실 파도처럼 진동하면서 직진하고 있어. 그 진동이 우리 눈에 안 보일 뿐이지. 그리고 진동은 여러 방향으로 이뤄진단다. 그런데 빛이 특수한 물체를 만나거나 반사되면 한 방향으로만 진동하게 돼. 이걸 ‘편광’이라고 하지. 편광필름은 빛을 강제적으로 한 쪽으로만 진동시키도록 하는 역할을 하지.”

“웅, 잘 모르겠어.”
“쉽게 설명해 볼까? 막희랑 막신이 나란히 서 봐. 사이에 아빠가 통과할 틈을 남기고. 옳지. 자기는 막희랑 막신 사이를 걸어서 통과해. 오케이~. 이번에는 누워서 구르면서 틈으로 가 봐. 애들 다리에 세게 안 부딪히게 조심하고.”

“이 좋은 일요일 오후에 내가 대체 무슨 짓을….” 식은땀과 함께 미소를 삐질삐질 흘리던 짠돌 씨는 속도를 조절해가며 옆으로 굴렀다. 당연히 아직 가늘고 짧은 두 쌍의 다리에 어깨와 허리가 걸려 더 이상 구르질 못한다.

“아. 편광필름이란게 지금 아빠처럼 ‘서 있을 때’만 통과시켜 주는 물건이라는 거죠?”
“그래. 빛도 마찬가지겠군. 편광필름을 갖다 대면 틈에 맞는 진동만 통과하는 거지.”
“응, 자기 말대로야. 이론에는 그런대로 강하네? 만약 이런 필름 두개를 직각으로 갖다 대면 어떻게 될까?”
“세로 틈을 통과한 세로 진동이 가로 틈은 못 빠져 나가니까…. 앗! 그래서 아까 필름 두 장을 겹쳤을 때 시커멓게 보인 거구나. 빛이 아예 통과를 못 해서.”
“정답! 이런 틈을 ‘편광축’ 이라고 해. 편광 되는 방향을 지시하는 축이지. 아까 나는 필름 두 장의 편광축이 수직을 이루게 상자에 붙였어. 그럼 그 부분은 빛이 완전히 차단돼서 어둡게 보이거든. 없던 벽이 눈에 보이는건 그 때문이야.”

다시 한 번 상자에 넣은 볼펜을 이리저리 흔들어 보는 아내, 상자의 위아래 빈공간을 통해 안을 들여다보는 막신, 엄마의 ‘마술’에 연신 박수를 치며 즐거워 하는 막희. 엄마의 활약에 자신이 있을 공간이 사라진 짠돌씨는 어깨를 늘어뜨리며 쓴웃음을 짓는다. 문득 시선을 돌린 초보주부 김 씨는 어쩔 수 없다는 듯 작게 한숨 쉬며 손을 까닥였다.

“자기도 이리 와. 같이 보고 얘기해요. 신기하지 않아?”
“으응, 확실히 신기해. 마술도 척척, 설명도 척척! 자기 진짜 멋지다~.”
“칭찬해도 아무 것도 안 나오네요. 작은 애보다 커다란 애가 더 속을 썩이니 어쩌면 좋을꼬.”
“커다란 애? 엄마. 난 아무 짓도 안 했어.”
“아니 너 말고, 네 옆에 있는 저 덩치 큰 ‘애’. 너희들보다 저 큰 애가 손이 더 간단다.”

엄마의 말뜻을 알아들고 자지러지게 웃는 막신과 막희. 자신 덕분(?)에 즐거워하는 가족들을 보며 짠돌 씨는 다시 한 번 쓴웃음을 지었다. 절대, 두 번 다시 마술쇼 같은 것을 아이들에게 보여주지 않으리라 새삼 다짐하면서.



[실험TIP]
- 편광필름은 과학 상품 전문 상점에서 구입할 수 있습니다.
- 편광필름을 붙일 때는 필름의 방향에 주의하세요. 겹친 부분이 검게 보이도록 방향을 조절해야 합니다.



글: 김은영 과학칼럼니스트

ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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