거울이 우리의 모습을 비추는 원리는?

거울의 원리와 이용

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♣ 빛의 반사

빛은 성질이 같은 물질 내에서 직진하는 성질이 있습니다. 하지만 빛이 물체에 부딪히면 빛의 진행 방향이 바뀌게 되는데 이것을 ‘반사’라고 합니다.

우리가 물체를 눈으로 보게 되는 과정은, 광원에서 출발한 빛이 물체에 부딪혀 반사하고, 반사된 빛이 우리 눈으로 들어오기 때문에 우리는 물체를 볼 수 있게 됩니다. 또, 우리가 영화관에서 영화를 볼 때는 영사기로 영화의 필름에 빛을 쏩니다. 그러면 영사기를 통과한 빛이 앞쪽의 스크린에 반사되어 우리 눈으로 들어오기 때문에 우리가 영화를 감상할 수 있습니다. 

빛이 물체 면에서 반사할 때 일정한 규칙이 있습니다. 거울 면에 들어가는 빛을 ‘입사 광선’, 거울 면에서 반사된 빛을 ‘반사 광선’이라고 합니다. 그리고 거울 면에 빛이 닿는 곳에서 거울과 수직인 선을 ‘법선’이라고 합니다.

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이러한 입사 광선과 법선이 이루는 각을 ‘입사각’이라고 하며, 반사각은 반사 광선과 법선이 이루는 각을 ‘반사각’이라고 합니다. 입사 광선과 반사 광선, 법선은 모두 한 평면에 있습니다. 이때 입사각과 반사각은 같습니다. 이것을 ‘반사의 법칙’이라고 합니다. 

유리면이나 광택이 나는 금속과 같이 매우 매끄러운 면에서 빛이 반사할 때에는 항상 일정한 방향으로 반사합니다. 이러한 반사를 ‘정반사’라고 합니다. 정반사에서는 표면에서 반사의 법칙을 그대로 적용할 수 있고, 우리는 반사되는 면보다는 그 면에 비친 물체의 모습을 보게 됩니다.

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반면에 종이나 나무와 같이 거친 면에서 반사한 빛은 여러 방향으로 흩어지는데 거친 표면에서 일어나는 반사를 ‘난반사’라고 합니다. 난반사가 일어나는 경우에는 표면에 물체가 비치지 않습니다. 하지만 우리가 주변의 물체를 어느 방향에서나 볼 수 있는 것은 그 물체의 표면이 울퉁불퉁하여 빛을 여러 방향으로 반사하기 때문입니다. 난반사의 경우에 반사의 법칙이 적용되지 않는 것처럼 보이지만 이렇게 표면 위의 어느 한 점에서 반사의 법칙이 적용되어 빛이 퍼지게 됩니다. 

♣ 거울의 원리 

표면이 매끄러운 물체는 빛을 일정한 방향으로 반사하기 때문에 물체에 주변의 모습이 잘 비치지만, 표면이 매끄럽지 않은 물체는 빛을 여러 방향으로 반사하기 때문에 물체에 주변의 모습이 잘 비치지 않습니다. 이러한 원리를 이용해서 거울이 만들어졌으며, 현대 거울은 투명한 유리에 알루미늄 등의 금속을 씌워 만듭니다. 

거울의 종류에는 우리가 일반적으로 사용하는 평면 거울과 볼록 거울, 오목 거울이 있습니다. 거울에 빛을 반사하면 반사의 법칙에 의해 빛이 들어가는 각과 반사되는 각이 같으므로 거울의 표면의 굴곡에 따라 반사되어 사물의 모양이 다르게 보이게 됩니다.

▲ 거울의 면이 오목한 오목거울 (출처: 에듀넷)

평면 거울의 물체의 모습을 최대한 실제와 가깝게 보여 줍니다. 그것은 거울의 표면이 편평하고 매끄러워서 모든 빛이 일정한 각도로 반사되기 때문입니다. 따라서 평면 거울은 물체의 크기를 그대로 나타내면서 왼쪽과 오른쪽이 거울을 중심으로 서로 대칭이 되어 반대로 보이게 됩니다.

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이러한 평면 거울은 자동차의 룸미러에 사용됩니다. 오목 거울이나 볼록 거울은 상이 작아지거나 커져 보이기 때문에 운전자가 느끼는 거리와 실제 거리가 차이가 납니다. 따라서 룸미러는 뒤차와의 거리를 가늠할 수 있도록 실제 거리를 확인할 수 있는 평면 거울을 사용합니다. 또한, 화장대 거울, 화장실 거울 등 일상생활에서 많이 사용하는 거울에 사용합니다. 

볼록 거울은 거울의 면이 볼록한 거울입니다. 볼록 거울은 빛을 퍼지게 하므로 볼록 거울로 물체를 보면 물체가 작게 보이지만, 대신 넓은 범위를 볼 수 있습니다. 때문에 볼록 거울은 차가 돌면서 사고가 날 위험이 있는 도로 모퉁이에 설치하게 되면, 모퉁이 이쪽과 저쪽이 모두 볼록 거울에 비치므로 반대편 모퉁이에서 차가 오는 것을 확인할 수 있어 사고가 날 위험이 적어집니다. 슈퍼마켓의 모퉁이에도 볼록 거울을 설치합니다. 슈퍼마켓의 모퉁이에 볼록 거울을 설치하면 매장 안의 모습을 한눈에 볼 수 있기 때문에 도난 사고를 방지할 수 있습니다. 

오목 거울은 거울의 면이 오목한 거울입니다. 오목 거울로 물체를 보면 물체와 거울 사이의 거리에 따라 나타나는 모습이 서로 다르게 보입니다. 오목 거울은 가까이에서 보면 크게 보이지만 멀어질수록 작게 보이고 거꾸로 보입니다. 오목 거울은 빛을 모이게 하므로 먼 곳까지 볼 수 있게 해 주기 때문에 좁은 입 안쪽을 잘 보기 위해서 치과용 거울, 반사경에 빛이 많이 들어와야 물체를 잘 볼 수 있는 현미경, 자동차의 전조등이나 손전등에서 빛을 모아 줄 때 사용됩니다. 또한, 올림픽 시작을 알리는 성화 아시죠? 이 성화를 채화할 때에도 오목 거울인이 사용됩니다. 

[자료출처: 에듀넷]