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  1. 2015.09.28 [LIGHT] 207색 무지개를 찾아서
  2. 2008.05.30 물로 무지개탑 쌓기

[LIGHT] 207색 무지개를 찾아서

 

세상은 빛과 함께 존재합니다. 세상을 밝고, 아름답고, 화려하고, 오묘하게 만들어주는 빛은 희망, 깨달음, 즐거움의 상징이기도 하죠. 그래서 거의 모든 종교의 창세기가 세상을 밝혀주는 빛으로부터 시작합니다. 실제로 빛은 우리에게 온기를 주고 안전을 지켜줍니다. 빛을 이용한 녹색식물의 광합성이 없었더라면 지구는 지금도 아무것도 살지 않는 삭막한 행성으로 남을 수밖에 없었을 것입니다. 
2015년은 UN이 지정한 "세계 빛의 해"입니다. 2015년 과학향기에서는 ‘빛’을 주제로 한 칼럼을 연 4회 기획하고 있습니다. 과학향기 독자 여러분의 많은 관심 부탁드립니다.




최근 SNS 타임라인에 무지개 사진이 도배됐다. 하늘에 무지개가 뜬 것이다. 사람들은 가던 길을 멈추고 한 여름 더위도 잊은 채, 연신 하늘을 향해 카메라를 들이댔다. 그리고 너도나도 무지개 사진을 SNS에 올리며 한껏 동심을 발산했다. 

요즘 세대들에게 무지개는 책이나 사진 속의 그림이 더 익숙하다. 대기가 오염되면서 하늘에 뜬 무지개를 보는 일이 쉽지 않아졌기 때문이다. 태어날 때부터 서울에 살고 있다는 30대 이 모 씨는 하늘에 뜬 무지개를 직접 본 일이 평생에 2~3번뿐이라 하니, SNS에 무지개가 도배되는 일은 그리 놀라운 일도 아닌 것 같다. 
 

사진 1. 2015년 7월 17일 서울에서 본 무지개(사진: 이윤선)



이렇게 현대인들에게 동심을 불러일으키는 무지개가 옛날 사람들에게도 특별한 존재였다. 무지개가 하늘과 땅, 양쪽에 걸쳐서 생기다보니 사람들은 신과 통할 수 있는 특별한 상징이라고 생각했던 것이다. 그런데 과거 사람들이 표현한 무지개는 지금의 무지개와는 조금 다르다. 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보. 이렇게 일곱 가지 색이 아니다. 

■ 조선의 오색 무지개, 미국의 레인보우 식스! 

과거 우리나라에서는 무지개를 다섯 가지 색으로 표현해 ‘오색 무지개’라고 불렀다. 당시 색의 기본이었던 ‘흑백청홍황(黑白靑紅黃)’을 그대로 사용한 것이다. 우리나라의 무지개가 오색이었던 이유에 대해 전문가들은 그 시대에 색체 학문이 발달하지 않았기 때문이라고 분석하고 있다. 

물론 다른 언어에 비해 상대적으로 색에 대한 표현을 다양하게 할 수 있는 한글에서 볼 수 있듯, 색을 표현하는 말에는 수십만 가지가 있었다. 하지만 빨강색을 빨갛다, 불그스름하다, 검붉다, 새빨갛다와 같은 서술식 표현처럼, 다섯 가지 색을 채도나 명도에 따라 조금씩 다르게 부르는 수준에 불과했다. 이후 서양문물이 들어오면서, 무지개가 지금의 일곱 가지 색으로 표현되기 시작한 것이다. 

반면 미국에서는 무지개를 6가지 색으로 표현한다. 빨주노초파남보에서 남색이 빠진 것이다. 그 이유에 대한 여러 가설이 있지만, 미주권에서는 파란색과 남색을 같은 색으로 보는 문화 때문이라는 가설이 가장 유력하다. 또 독일과 멕시코 원주민은 다섯 가지 색으로, 이슬람권에서는 빨강, 노랑, 초록, 파랑, 이렇게 네 가지 색으로 표현한다. 아프리카에서는 부족에 따라 두, 세 가지 또는 서른 가지 색으로 나타내기도 한다. 이렇게 무지개 색은 각 나라의 색을 바라보는 문화에 따라 다르게 표현된다. 
 

사진 2. 미국 알래스카의 쌍무지개(출처: Eric Rolph at English wikipedia)




■ 뉴턴이 재정비한 ‘빨주노초파남보’! 

무지개를 ‘빨주노초파남보’, 일곱 가지 색으로 처음 정한 사람은 뉴턴이다. 뉴턴이 빛의 성질을 연구하던 중 창문으로 들어오는 빛을 프리즘에 통과시키면 그 빛이 여러 가지 색으로 나뉜다는 사실을 발견한 것이다. 

뉴턴이 이런 사실을 발견할 당시 사람들은 빛이 흰색이라고 생각했다. 물질이 띠는 색은 그것이 갖고 있는 고유한 색이기 때문에 빛과는 상관없다고 본 것이다. 하지만 뉴턴은 다르게 생각했다. 보는 시각에 따라 물질의 색이 달라지는 이상한 현상이 있다는 것을 인지하고 있었고, 그 이유가 빛 때문이라고 생각했다. 대표적인 현상이 무지개였다. 그 결과 프리즘 실험을 통해 빛에 대한 기존의 생각을 완전히 뒤집은 것이다. 

그런데 왜 뉴턴은 무지개를 일곱 가지 색깔로 구분한 것일까? 그 이유는 숫자 7을 성스러운 숫자로 생각했던 당시의 문화 때문이라고 전해져 온다.성경에서 7은 완전수면서 성스러운 숫자다. 구약성서에서 신은 천지를 7일 만에 창조했고, 고대의 민족은 움직이는 별을 태양과 달, 화성, 수성, 목성, 금성, 토성 이렇게 7개로 간주했다. 음악의 음계도 도, 레, 미, 파, 솔, 라, 시로 정확히 7개다. 이렇게 많은 분야가 성스러운 7과 관련이 있는 만큼, 뉴턴도 무지개의 색을 7개로 맞췄을 것이라고 추측하고 있는 것이다. 

■ 실제 무지개는 최대 207색! 

무지개는 지구로 들어온 태양빛이 공기 중에 떠 있는 물방울을 만나 반사되고 꺾이는 현상이다. 물방울이 뉴턴의 실험에 사용된 프리즘 역할을 해 빛이 분해되도록 한 것이다. 그렇다면 뉴턴이 정한 무지개 색이 일곱 가지인 것처럼 빛의 색도 일곱 가지일까? 

그렇지 않다. 사실 빛은 7개 보다 훨씬 많은 색을 갖고 있고, 뉴턴의 실험처럼 빛을 프리즘에 통과시키면 최대 207색까지 구분할 수 있다고 한다. 

우리 주변을 둘러보면 정말 셀 수 없이 많은 색이 있다. 사람이 정해 놓은 노란색 하나에도 엄청나게 많은 색이 있지 않은가. 우리가 이렇게 물체의 색을 볼 수 있는 것은 물체가 자신의 색과 같은 색의 빛을 반사하기 때문이다. 빨간색 물체는 빨간색 빛을 반사하고, 파란색 물체는 파란색 빛을 반사한다. 빨간색 물체에 파란색 빛을 쐬면 반사하지 못하기 때문에 검게 보인다. 만약 빛이 7가지의 색만 갖고 있다고 생각해 보자. 그럼 우리 주변에는 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보 이외에 물체는 온통 검정색으로 보일 것이다. 

사람의 눈으로 색을 구분하는 데는 한계가 있다. 우리가 특정 색의 이름을 ‘노란색’이라고 불렀을 때, 그 색이 우리에게 노란색으로 인지될 뿐이다. 어쩌면 무지개는 207개 보다 더 많은, 무한 가지의 색을 갖고 있다고 표현해야 할지도 모르겠다. 

글 : 이윤선 과학칼럼니스트

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물로 무지개탑 쌓기

과학향기 기사/Sci-Fun 2008.05.30 16:48 by 과학향기

오랜만에 가족들과 나들이를 나온 양과장은 갑자기 내린 비로 근처 건물에서 잠시 몸을 피했다. 한참 뒤 비가 그친 뒤 나와 보니 공원 뒤 먼 산 앞으로 무지개가 걸려있었다.
“와, 아빠! 저기 무지개 좀 봐~ 너무 이뻐.”
“그러게… 비가 와서 오늘 나들이는 망쳤지만 대신 저렇게 예쁜 무지개를 봐서 정말 다행이다. 그치?”
“응! 그런데 아빠, 저 무지개 뚝 떼어다가 내방에 걸어 놨으면 좋겠다. 그럼 매일 볼 수 있을텐데…”
채원이의 반짝이는 눈을 보며 양과장은 좋은 생각이 떠올랐다.
“음, 채원이의 소원이 그렇다니 우리 집에서 무지개를 한번 만들어 볼까?”
“정말? 와~ 우리 아빠 최고!”
좋아하는 채원이의 모습을 보며 양과장은 물의 비중을 이용해서 무지개를 한번 만들어 봐야겠다는 생각을 했다.


사용자 삽입 이미지
많은 사람들이 물은 다 똑같은 물이라고 생각하지만 실제로 여러 가지 물을 한곳에 섞은 뒤 잘 지켜보면 섞이는 물도 있는 반면 기름처럼 층이 지는 물도 있다. 예를 들어 똑같은 물이지만 한쪽에 소금을 좀 넣은 뒤 맹물과 섞으면 두 물이 바로 섞이지 않고 소금물은 아래로 맹물은 위로 나눠져 층이 생기게 된다. 또한 뜨거운 물과 차가운 물을 섞으면 소금물에서와 같이 뜨거운 물은 위로 차가운 물은 아래로 나눠지게 된다.

이처럼 물이 나눠지는 이유는 물의 비중 때문이다. 비중이란 어떤 물질의 질량과, 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비율을 말한다. 즉 측정하기 어려운 물질을 물속에 넣은 뒤 넘치는 물을 모아 측정해 보면 해당 물체의 비중을 알 수 있게 된다. 비중은 온도와 기체의 압력에 따라 달라지며 밀도와 같은 말로 사용되기도 한다. 이때 비중의 기준이 되는 표준물질은 액체의 경우 4℃, 1기압 하에서의 물을 기준으로 사용하고 기체의 경우 0℃, 1기압 하에서의 공기를 사용한다.

물은 4℃, 1기압 하에서 비중이 1g/㎤이 되는데 비중값은 온도와 압력에 따라 다르다. -5℃에서 물의 비중은 0.99918g/㎤이며 100℃에서 물의 비중은 0.95858g/㎤이 된다. 이 미세한 비중의 차이 때문에 뜨거운 물과 차가운 물을 섞어 놓으면 층을 이루게 된다. 물론 뜨거운 물과 차가운 물 사이에 열교환이 바로 이루어져 열평형이 되면 비중이 똑같아 지기 때문에 층은 금방 사라지지만 열교환이 이루어지고 있는 동안에는 층을 볼 수 있다.

소금물의 경우도 이와 비슷하다. 소금물의 경우 물속에 소금이 녹아 있기 때문에 똑같은 질량을 가진 물에 비해 더 무겁게 된다. 0℃, 1기압 하에서 26%의 농도를 가진 소금물의 경우 밀도는 1.207g/㎤이다. 이와 동일한 조건에서 물의 밀도는 0.99987g/㎤이므로 소금물이 맹물에 비해 무거워 밑으로 가라앉게 되는 것이다.

그렇다면 맹물은 소금물보다 무조건 가벼울까? 대부분 맹물이 소금물보다 가볍지만 예외의 경우도 있다. 그것은 바로 바다 깊은 곳에 흐르고 있는 심층수다. 심층수는 수심 200m 이하 깊은 곳에 있는 물로서, 북대서양 그린랜드, 남극에서 발원하여 외부에 노출되지 않고 4,000년을 주기로 대서양, 인도양, 태평양을 순환하는 물이다. 심층수는 바닷물과 달리 맹물로 되어 있는데 햇빛이 도달하지 않는 심해저에서 2℃ 이하의 차가운 온도와 높은 수압, 그리고 물속에 섞어 있는 다양한 미네랄 성분 때문에 비중이 바닷물에 비해 매우 높다. 이 때문에 바닷물과 섞이지 않고 바다 깊은 곳에서 흐르게 되는 것이다.

그렇다면 이런 물의 비중을 이용해 어떻게 무지개탑을 쌓을 수 있을까?
소금 또는 설탕의 밀도를 다르게 하면 물의 비중을 이용한 예쁜 무지개탑을 만들 수 있다.



[실험방법]

준비물 : 투명한 용기(우유병이나 PET병), 종이컵 4~5개, 소금(또는 설탕), 숟가락, 물감, 스포이드

진행순서
1. 투명한 용기를 준비한다.
2. 준비된 종이컵에 같은 양의 물을 붓는다.
3. 종이컵에 숟가락으로 각각 소금(또는 설탕)을 넣고 잘 젓는다.
1번 컵 : 물, 2번 컵 : 물+소금(또는 설탕)1숟가락,
3번 컵 : 물+소금(또는 설탕)3숟가락, 4번 컵 : 물+소금(또는 설탕)6숟가락
4. 각각의 소금(또는 설탕)물에 물감을 넣고 섞는다.
5. 이렇게 준비된 물을 4번 컵, 3번 컵, 2번 컵, 1번 컵 순서대로 스포이드를 이용해서 투명 용기의 벽면에 대고 천천히 넣는다.
(물 붓듯 부으면 바로 섞여버리기 때문에 스포이드 등으로 물을 조심스럽게 넣어서 층이 생길 수 있도록 한다.)


글 : 양길식 과학칼럼니스트

<출처:한국과학기술정보연구원>ndsl링크

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