물컵 속 빨대로 보는 굴절 실험
Straw in a glass: refraction
빈 컵에 꽂아 둔 빨대에 물을 부으면, 물이 차오르는 순간 빨대는 왜 꺾여 보이기 시작할까요?
무슨 일이 일어났나
빨대의 물에 잠긴 부분에서 나온 빛은 수면을 지나며 꺾여, 눈에는 빨대가 실제와 다른 자리에 있는 것처럼 보입니다.
물이 차오르는 순간부터 꺾임이 보이는 것은 빛이 꺾이는 곳이 물과 공기의 경계뿐이기 때문입니다.
시뮬레이터에서 물속 40° 빛은 59.0°, 45° 빛은 70.5° 로 나와, 비스듬히 볼수록 빨대가 더 크게 어긋나 보입니다.
컵을 바로 위에서 내려다보면 빛이 법선을 따라 0° 로 나와 꺾이지 않으니, 빨대가 거의 곧게 보입니다.
💡 생활 속 예시
- 식당에서 물컵에 담긴 숟가락 손잡이가 수면에서 어긋나 보입니다.
- 계곡 물놀이 때 물속에 서 있는 친구의 다리가 몸통보다 짧아 보입니다.
🧪 해 보기
- 투명한 플라스틱 컵에 빨대를 비스듬히 꽂고 옆에서 봅니다
- 물을 컵의 절반까지 천천히 부으며 빨대가 어디서부터 꺾여 보이는지 지켜봅니다
- 눈높이를 수면 가까이 내렸다가 위로 올려 보며 어긋남이 언제 큰지 견줍니다
- 바로 위에서 내려다볼 때 빨대가 곧게 보이는지 확인합니다
- ⚠️ 어린이는 어른과 함께하고, 유리컵 대신 깨지지 않는 투명 플라스틱 컵을 씁니다
- ⚠️ 흘린 물은 바로 닦아 바닥에서 미끄러지지 않게 합니다
- ⚠️ 폰 · 충전기 같은 전기 제품은 물컵에서 멀찍이 떨어뜨려 둡니다
누가 왜 찾았나
물에 담근 막대가 꺾여 보이는 일은 아주 오래전부터 사람들을 궁금하게 했습니다. 1 세기 무렵 프톨레마이오스가 꺾이는 정도를 수학으로 풀어 보려 했지만 그 법칙은 뒤에 믿기 어렵다고 밝혀졌고, 1600 년대에 네덜란드 수학자 스넬이 오늘날 굴절률이라 부르는 값을 정하는 법칙을 세웠습니다.
확인된 값
교육과정에서는
- 한국 2022 · 과학(초등) · 빛의 성질 [6과02-02]
- 한국 2022 · 과학(중학교) · 빛과 파동 [9과10-01]
- 호주 v9 · AC9S5U03
출처
이어서 보기
같은 단원 · 빛의 반사와 굴절
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- 개념볼록 렌즈와 오목 렌즈
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- 개념빛의 반사 (반사 법칙)
- 개념빛의 직진
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