학생선수 e-SchoolZine Vol.10 2018 October + November

거울에서와 같이 표면이 매끄러운 물체에 빛을 비추면 입사한 빛이 모두 같은 방향으로 반사됩니다. 햇빛을 직접 보면 눈이 부신 것과 같이, 만약 거울을 통해 햇빛이 반사되는 방향에 서있으면 눈에 들어오는 빛의 양이 많아서 눈이 부시게 됩니다. 이와 같이 매끄러운 물체의 표면에서 일어나는 반사현상을 정반사라고 합니다. 종이나 벽면과 같은 보통 물체의 표면은 보기에는 매끄러워보여도 자세히 확대해 보면 울퉁불퉁하게 되어 있습니다. 울퉁불퉁한 물체의 표면에서 반사된 빛은 여러 방향으로 흩어지므로 눈이 부신 경우가 적습니다. 이를 난반사라고 합니다. 그런데 사람의 피부 자체는 매끄럽지 않지만 피부에 소량의 땀이나 기름기가 발생하고 강한 햇빛이 내리 쬘 때에는 빛의 반사율이 높아져서 눈이 부실 수 있습니다. 이 때 눈 밑의 검은 색은 햇빛의 반사율을 줄여주어 운동할 때 시야의 확보를 도와줍니다. 그렇다면 검은색은 어떻게 햇빛이 반사되는 양을 줄여줄 수 있을까요?

그냥 보기에는 하얗게 보이는 햇빛은 실제로는 일곱 가지 색깔-빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라의 눈으로 볼 수 있는 가시광선, 눈으로 볼 수 없는 자외선과 적외선 등으로 이루어져 있습니다. 햇빛이 가지고 있는 여러 가지 색의 빛은 무더운 여름날 소나기가 내린 후에 곧바로 햇빛이 날 때 나타나는 아름다운 무지개나 폭포, 분수에서도 볼 수 있습니다.

그런데 우리가 물체를 여러 가지 색깔로 볼 수 있는 것도 햇빛이 여러 가지 색으로 이루어져 있기 때문입니다.
빨간색 장미는 여러 가지 색의 빛 중에서 빨간색 빛은 반사하고 나머지는 흡수하는 성질이 있습니다. 이 때 반사된 빨간색 빛이 우리 눈에 들어오면 우리는 장미를 빨간색으로 느낍니다. 또 잘 익은 바나나는 노란색 빛을 반사하고 나머지 색의 빛은 흡수하기 때문에 노란색의 바나나로 보이는 것입니다.

모든 색의 빛을 반사하는 물체는 어떻게 보일까요? 햇빛이 모든 색의 빛을 포함하고 있는데 백색광으로 보인 것처럼, 모든 색의 빛을 반사하는 물체는 햇빛을 보는 것과 비슷하게 흰색으로 보인답니다. 그럼 검은색은 어떻게 된 것일까요? 검은색은 우리 눈에 어떤 색의 빛도 들어오지 않는다는 것입니다. 물체가 어떤 색의 빛도 반사하지 않고 모두 흡수하는 것이지요.

햇빛이 강한 날, 야구 선수들이 눈 아래에 붙인 검은색 테이프는 모든 색의 빛을 흡수하기 때문에 선수들의 눈에 들어오는 빛의 양을 줄여줘서 눈부심이 줄어들고 시야를 확보할 수 있는 것입니다. 공을 던지고 치고 달리는 야구 경기에도 이처럼 빛의 성질에 관련된 과학이 담겨있답니다.

1 정반사와 난반사

거울과 같이 매끄러운 물체의 표면에 빛이 평행하게 입사했을 때, 입사각과 반사각이 모두 같아서 반사되는 빛도 평행하게 한 방향으로 반사되는 현상을 정반사라고 합니다.

매끄러운 거울에서 빛이 반사되어 물체의 모습이나 우리의 얼굴 모습도 비춰볼 수 있는 것입니다. 이렇게 거울 속에 비추어 보이는 물체의 모습을 상이라고 합니다. 그런데, 거울에서는 물체의 상이 생기지만, 칠판이나 종이, 벽면에서는 앞에 놓인 물체의 모습이 비추어 보이지 않습니다. 겉보기에 매끄럽게 보여도 확대했을 때 표면이 울퉁불퉁한 표면을 가진 물체에서는 빛이 평행하게 입사해도 여러 방향으로 빛이 반사되어 상이 생기지 않기 때문입니다. 이러한 현상을 난반사라고 합니다. 칠판이나 종이, 벽면과 같은 물체의 표면에서 여러 방향으로 반사된 빛이 우리 눈에 들어오면 우리는 그 물체를 볼 수 있습니다. 즉, 우리가 물체를 볼 수 있는 것은 물체의 표면에서 난반사가 일어나기 때문입니다.

2 빛의 분산

우리가 무지개를 볼 수 있는 것은 햇빛이 물방울이나 프리즘 같은 물체를 통과할 때 여러 가지 색으로 나누어지는 분산이라는 현상이 나타나기 때문입니다.

빛은 진행하다가 다른 물질을 통과하게 되면 그 경계면에서 빛의 진행방향이 꺾이는 굴절현상이 나타납니다. 이때, 빛의 색에 따라 굴절하는 정도가 다르기 때문에 여러 가지 색으로 나누어지는 것입니다. 빨간색의 빛이 가장 적게 굴절하고 보라색으로 갈수록 굴절하는 정도가 증가합니다.