3-1-2 빛의 반사와 거울
[ 빛의 반사 / 평면거울 / 볼록거울 / 오목거울 / 배율 ]
[ 빛의 반사 ]
거울에 들어온 빛은 들어온 각도로 그대로 나갑니다. 그래서 유식한 말로
입사각 = 반사각이라 합니다. 하지만 매끄럽지 않은 면에서는 빛이 사방으로 튀는
난반사가 일어납니다. 우리가 한 물체를 어느 방향에서나 잘 보는 것은 물체 표면에서
난반사가 일어나기 때문이죠. 만약 물체표면에서 빛이 한 방향으로만 반사한다면
그 방향을 빼고는 어디서도 물체를 볼 수가 없게됩니다. 상상하기 힘든 일이죠.
평평한 거울이 평면거울입니다. 평면거울은 거울길이의 2배인 물체까지 비춰줍니다.
2배 이상되는 물체는 거울에 잘려서 보이는 것이죠. 따라서 180 cm 인 사람의 전신을
완전히 보여주는 거울의 길이는 최소한 90cm 는 되어야 합니다.
볼록거울은 물체를 작게 보이게 합니다. 자동차 백미러보셨어요.
그것이 바로 볼록거울입니다. 모든 것이 작게 보이는 당연히 보이는 범위는
넓어집니다. 비행기를 타고 높이 올라가보세요. 모든 것이 작게 보이는 대신에
보이는 범위가 넓어지잖아요. 같은 이칩니다.
또한 볼록거울은 항상 똑바로 선 모습을 보여줍니다. 뒤집힌 모양은 절대로
보여주지 않습니다. 이 똑바로 선 모양을 정립(正立)이라 합니다.
상을 작도해보면 거울 속에 맺히므로 허상이라고 합니다. 거울속은
우리가 들어갈 수 없는 곳이라서 허상의 세계죠. 그래서 거울 속에
맺히면 허상, 거울밖에 맺히면 실상이라고 합니다.
오목거울은 볼록거울과 달리 꽤 복잡합니다. 그래서 자동차 백미러에 절대로
사용할 수 없습니다. 만약 자동차 백미러에 오목거울을 달면 골 때리는 일이
생깁니다. 멀리서 달려오는 차가 거꾸로 뒤집어져(도립) 달려옵니다. 뒤집어진
차가 엄청커져 원래 차의 크기보다 더 커지다가 갑자기 차가 똑바로(정립) 선
모습이 되더니 휭하니 옆을 지나가 버립니다. 이래서 운전하겠습니까 ?
물체가 거울에서 멀리 있을 때 축소된 도립 실상(거울 밖, 즉, 물체가 있는 쪽)이
생기다가 거울에 가까워지면 확대된 도립(뒤집힌 모양) 실상이 생깁니다.
그러다가 거울에 너무 가까워지면 실물보다 큰 똑바로 선 허상(정립허상)이 생깁니다.
이 구분의 기준이 되는 것은 오목거울의 반지름과 초점입니다. 반지름밖에 있을
때는 축소된 도립 실상, 반지름 안으로 들어와서 초점까지는 확대된 도립 허상,
초점안에서 거울에 부딪힐 때까지는 확대된 정립 허상이 생깁니다.
자, 그러면 상의 크기나 어디쯤 맺힐 지를 계산해 봅시다.
다음과 같은 공식이 있습니다.
1/a + 1/b = 1/f = 2/r
단, a는 거울과 물체까지의 거리, b 는 거울에서 상까지의 거리
f 는 거울의 초점거리, r 은 거울의 곡률반지름입니다.
위 공식은 다음과 같은 약속을 따릅니다.
(+) 거울 밖에 있을 때
(-) 거울 안에 있을 때
예를 들면 볼록거울의 경우 물체는 거울밖에 있으니 a는 (+) 값을,
맺히는 상은 거울속에 있는 허상이니 b는 (-)값을, 초점거리가 거울 속에
있으니 f 는 (-)값을 가집니다.
오목거울의 경우에는 거울의 곡률반지름(원의 반지름으로 생각하면 됨) 보다
멀리 물체가 있을 때는 축소된 도립 실상이 거울밖에 생기므로
a와 b와 f 모두 (+) 값을 가집니다. 그러나, 초점거리 안에 있을 때는 확대된
정립 허상이 거울 안에 생기므로 a 는 (+), b 는 (-), f 는 (+) 값을 가집니다.
배율은 다음과 같이 계산합니다.
배율(m) = 상까지의 거리 (b) / 물체까지의 거리 (a)
(+)값이 나오면 실상이고, (-) 값이 나오면 허상입니다.
광학부분은 항상 헷갈립니다. 그러나 (+), (-) 의 의미를 잘 이해해 두면
절대로 헷갈리지 않습니다. 그리고 공식을 꼭 암기해 두세요.