빛은 거울에 부딪혀 반사된다. 단, 거울 면이 평평한지 휘어졌는지에 따라 반사광들이 모이는 방식이 달라진다. 우리 뇌는 빛이 직진했다고 가정하므로, 반사광이 만나는 위치에 상이 보이는 것이다.
SECTION 01 · 도입
왜 거울마다 모양이 다를까?
화장실 거울로 얼굴을 보면 똑같이 보인다. 그런데 숟가락 안쪽에 비친 얼굴은 거꾸로, 작아져 보인다. 같은 빛인데도 거울의 모양에 따라 상이 완전히 다르다.
SECTION 02 · 거울 3가지
평면·오목·볼록 — 거울의 세 종류
PLANE · 평면거울
평면거울
실물과 같은 크기의 정립허상. 거울 뒤에 같은 거리에 보인다.
📌 화장실, 침실
CONCAVE · 오목거울
오목거울
빛을 한 점(초점)에 모은다. 가까이 비추면 큰 정립허상, 멀리 두면 거꾸로 된 실상.
📌 화장 거울, 손전등
CONVEX · 볼록거울
볼록거울
빛을 퍼뜨린다. 항상 작아진 정립허상. 넓은 시야를 보여준다.
📌 자동차 사이드미러, CCTV
● 거울 광선 추적 시뮬레이션 — 모양에 따라 광선이 어떻게 가는가
평면거울 · 평행하게 들어온 빛이 그대로 평행하게 반사된다. 거울 뒤쪽 같은 거리에 정립허상이 보인다.
SECTION 03 · 렌즈
렌즈 — 빛이 통과하며 휘는 길
거울이 빛을 반사한다면, 렌즈는 빛이 통과하면서 굴절시킨다. 모양에 따라 빛을 모으거나 퍼뜨린다.
볼록렌즈: 가운데가 볼록한 렌즈. 평행한 빛이 통과하면 한 점에 모인다. 돋보기, 카메라, 망원경의 대물 렌즈, 사람 눈의 수정체에 쓰인다.
오목렌즈: 가운데가 오목한 렌즈. 평행한 빛이 통과하면 퍼져 나간다. 근시 교정용 안경, 망원경의 일부에 쓰인다.
렌즈 시뮬레이션
볼록 렌즈: 평행하게 들어온 빛이 굴절되어 초점(F)에 모인다. 돋보기·카메라·사람 눈에 사용.
SECTION 04 · 사람 눈
눈 — 가장 정교한 광학 도구
사람 눈은 수정체라는 볼록렌즈가 빛을 모아 망막에 상을 맺는 카메라와 같은 구조이다.
● 사람 눈의 구조
수정체 (Lens)
두꺼워졌다 얇아졌다 하며 두께가 변하는 볼록렌즈. 가까운 곳을 볼 땐 두꺼워지고, 먼 곳을 볼 땐 얇아진다.
망막 (Retina)
눈 뒤쪽의 스크린. 상이 거꾸로 맺힌다. 뇌가 자동으로 바로잡아 인식한다.
근시 (Myopia)
눈알이 길거나 수정체가 너무 두꺼워 상이 망막 앞에 맺힌다. 멀리 안 보임. 오목렌즈로 교정.
원시 (Hyperopia)
눈알이 짧거나 수정체가 너무 얇아 상이 망막 뒤에 맺힌다. 가까이 안 보임. 볼록렌즈로 교정.
SECTION 05 · 활용
거울과 렌즈 — 일상의 도구
👓
안경
근시는 오목렌즈로, 원시·노안은 볼록렌즈로 교정.
📷
카메라
볼록렌즈가 빛을 모아 센서에 거꾸로 된 실상을 만든다.
🔭
망원경
볼록렌즈로 멀리 있는 물체의 빛을 모아 확대된 상을 만든다.
🔬
현미경
여러 렌즈를 조합해 작은 물체를 수백 배 확대해 본다.
🚗
자동차 사이드미러
볼록거울로 넓은 시야를 본다. 사물이 실제보다 멀리 보임.
👁️
사람 눈
수정체가 볼록렌즈 역할. 망막에 거꾸로 된 상이 맺힌다.
MICROSCOPE · 렌즈 조합
현미경 — 작은 세계를 들여다보는 도구
현미경은 두 개의 볼록렌즈를 조합한다. 시료 가까이 있는 대물렌즈가 1차 확대된 실상을 만들고, 그 상을 접안렌즈가 다시 확대해 우리 눈에 보내준다.
일반 광학 현미경은 약 1,000배까지, 전자 현미경은 수십만~수백만 배까지 확대해 박테리아·세포·바이러스를 볼 수 있다.
© Wikimedia Commons · CC BY-SA
SECTION 06 · 형성평가
스스로 점검하기
3문항 점검 퀴즈
맞힌 개수 0/ 3
Q1
평면거울에서 보이는 상의 특징으로 옳은 것은?
해설 · 평면거울은 실물과 같은 크기의 정립허상을 만든다. 거울 뒤쪽 같은 거리에 보이며, 좌우가 바뀐 것처럼 보인다.
Q2
자동차 사이드미러에 볼록거울을 쓰는 까닭은?
해설 · 볼록거울은 빛을 퍼뜨려 넓은 시야를 보여준다. 그래서 한 번에 옆 차선까지 볼 수 있다. 단, 사물이 실제보다 멀리 보이는 단점이 있어 주의가 필요하다.
Q3
돋보기로 사용하는 렌즈는?
해설 · 돋보기는 볼록렌즈이다. 가까이 있는 물체를 비추면 큰 정립허상이 보여 글씨를 크게 볼 수 있다. 같은 원리로 카메라·망원경에도 쓰인다.
핵심 정리
PLANE
평면거울
실물과 같은 정립허상.
CONCAVE
오목거울
빛을 모음. 화장거울·손전등.
CONVEX
볼록거울
빛을 퍼뜨림. 넓은 시야. 사이드미러.
LENS
렌즈
볼록(모음)·오목(퍼뜨림). 굴절.