생활과학작품 은상 수상작 | ‘물속에서 사라지는 그림 만들기’

일반적으로 물속에서 빛이 공기 중으로 나올 때, 빛의 입사각도에 따라 굴절과 반사 현상이 일어난다. 빛의 입사각도가 49도(임계각:굴절되는 각도가 90도일 때의 입사각) 이하일 때 빛의 일부는 반사되고 일부는 굴절돼 공기 중으로 빠져나갈 수 있다.

반면, 빛의 입사각도가 49도 이상이면 빛은 공기 중으로 빠져나가지 못하고 물속으로 100% 반사된다. 빛은 굴절률이 큰 물질(물)에서 작은 물질(공기)로 진행할 때 입사각이 임계각(49도)보다 크면 굴절하지 못하고 전부 반사되는 ‘전반사’라는 성질을 지니기 때문이다.<그림® 참조>

강씨는 이와 같은 ‘전반사’의 원리를 응용해 물속에서 사라지는 그림을 실험했다. 우선 OHP 필름을 입힌 그림을 물속에 넣어 비스듬히 기울인다. 이때 그림과 필름 사이에 존재하는 공기층이 빛의 경로를 변경시켜 수면에서 입사각을 49도 이상으로 만들어, 빛이 수면에서 공기 중으로 굴절하지 못하고 수면 아래로 전반사하게 만든다. 결국 수면 위에서는 그림을 볼 수 없게 되는 것이다.<그림? 참고>

한편, 물속에서 사라지는 그림의 주요 원리인 ‘전반사’는 현재 광섬유 통신을 통한 DDD 전화, 의료용 내시경, 고선명 TV 등에 이용되고 있다.