전반사에 대해 가르치시고 나서 학생들에게 다음과 같은 질문을 해보시면 효과가 있습니다.

물 속에 있는 물고기가 수면 위를 바라보면 어떻게 보일지 생각해보세요.

기계적으로 식을 외운 학생들은 답하기 쉽지 않습니다.

과연 어떻게 보일까요?

검색창에서 Snell's Window라고 검색해보시면 그 답이 나옵니다.

위 사진과 같이 둥글게 보이게 됩니다. 원 밖으로는 수면 아래의 모습만 반사될 뿐입니다.

실제 목욕탕 냉탕 또는 수영장에 들어가서 눈 뜨고 천장 바라보면 이렇게 보입니다.

원리는 다음 그림과 같습니다.


스넬 법칙을 적용하면

이므로, 임계각은 다음과 같이 계산됩니다. 

따라서 물속에서 보게 되면 96도의 각도로 원으로 된 바깥풍경을 보게 됩니다.


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자외선의 종류(출처 : 나무위키)

자외선은 파장별로 여러 종류로 나뉘는데, 그 중에서 햇빛에 포함된 자외선만을 요약해 보면 다음과 같다.

  • UV-C (Ultraviolet C)
    280 nm–100 nm 파장의 자외선. 자외선 살균기에서 나온다. 햇빛에도 포함되어 있으나 대기에 거의 완벽히 흡수돼서 지표에는 잘 도달하지 못한다. 파장이 짧아 에너지가 자외선 중 가장 높기에 피부에 매우 해롭다.
    피부암 등을 유발할 수도 있다.

  • UV-B (Ultraviolet B)
    315 nm–280 nm 파장의 자외선. 햇빛에 포함되어 있는데,
    오존층에서 대부분 흡수되지만 일부는 지표까지 도달한다. 피부에 화상을 입혀 벌겋게 된다. 해수욕장에서 한번쯤 경험해봤을거다. 하지만 유리는 통과하지 못하므로 실내에서는 안심해도되는 파장이다. 많이 통과되는 양은 아니지만 주로 햇볕이 강한 날에 통과되며, 평균적으로 오후 2시 이후로는 통과량이 적어 걱정할 정도가 아니라고 전해진다. 태양광이 센 여름에는 오후 4시까지 통과된다고 한다. 유일한 장점이라면, 이 파장대는 프로비타민 D를 활성화시켜 인체에 꼭 필요한 비타민 D로 전환시키는 중요한 역할을 한다.

  • UV-A (Ultraviolet A)
    400 nm–315 nm 파장의 자외선. 햇빛에 포함되어 있다. 과거에는 해롭지 않은 것으로 알려졌으나 그렇지 않다. 즉, 이것도 건강에 해롭다. 다만 피부를 벌겋게 만들지는 않지만 피부를 검게 타게 만드는 주범이다. 한번 탄 피부는 수개월 후에 원 피부색으로 복구된다. 이는 태양이 떠있기만 하면 시간대에 상관없이 항상 통과되므로 자외선에 민감한 사람은 대비를 해두어야한다.

자외선은 다음과 같은 것에서 발생된다.

  • 태양
    UV-A, UV-B, UV-C을 방출한다. 지구의 대기와 오존층이 97~99%를 흡수해버리고 나머지가 지표면에 도달하는데, 도달한 자외선의 98.7%는 UVA다.

  • 자외선등
    자외선만을 방출하도록 특수하게 만든
    형광등의 일종이다. 블랙 라이트 라고도 한다. 이 등은 형광 물질을 칠하지 않은 특수한 형광등이다. 원래 형광등은 자외선을 방출시킨 후 그것을 관 안쪽에 칠한 형광물질을 이용해서 가시광선으로 바꾸는데, 형광물질을 칠하지 않게 되면 자외선이 그대로 방출되게 된다. 덜 위험하도록 UV-A만 나오도록 만들어졌다. 이 등은 주로 자외선을 이용한 살균에 사용된다.

  • 기타
    자외선
    LED나 자외선 레이저 기기, 전용의 가스 방전관도 자외선을 방출하는 기구다.

자외선을 비추거나 받아들여야 하는 기구에는 석영유리라는 특수 유리가 쓰이는데, 보통의 유리보다 자외선을 잘 투과시키기 때문이다.


자외선과 건강(출처 : 서울아산병원)

태양에 살을 그을리면 멋있고 건강해 보이지만, 피부세포가 상처를 입게된다는 사실을 유념해야 합니다. 그러므로 자외선의 공격이 거세지고 야외활동이 많아지는 여름철에는 피부를 보호하는 방법에 대해서 생각해보는 것이 좋습니다.
태양에 의해 심하게 손상받는 경우 피부암까지도 발생할 수 있는데, 나타날 수 있는 대표적인 암종으로 기저세포암, 편평세포암, 악성 흑색종 등이 있습니다. 사람에 따라 발생하는 피부암의 종류가 다른 이유는 정확히 밝혀지지 않았지만 태양광선의 세기나 노출시간과 관계가 있을 것으로 추측됩니다.

피부의 암이나 손상을 예방하기 위해서 가장 중요한 것은 자외선 차단제를 올바르게 바르는 것입니다. 차단시킬 수 있는 주요 자외선은 자외선A와 B인데, 자외선B는 화상의 원인이 되는 성분이며 자외선차단지수(SPF)가 높을수록 차단기능이 뛰어납니다. 자외선A는 피부의 진피까지 손상시킬 수 있어 햇볕에 그을리지 않아도 피부암을 유발하는 수 있는 성분입니다. 그러므로 차단제는 반드시 자외선 A와 B를 모두 차단할 수 있는 제품을 선택하는 것이 중요합니다. 그리고 자외선 차단제는 충분히 바르는 것이 중요합니다. 일상생활에서는 SPF 15 정도가 적당하고, 야외 활동이 많은 경우 SPF 30 이상의 차단제를 사용하고 외출하기 30분 전에 발라 흡수를 도와줍니다. 그리고 매 두 시간마다 새로 발라주고, 자외선 강도가 높은 오전 10시~오후 3시 사이에는 가급적 햇빛에 노출되는 것을 피하는 것이 좋습니다.


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2017학년도에 학생들과 실험했던 내용인데, 정리해서 올립니다.

본 실험은 참사이언스의 미니기주공명 실험장치 참키트 10인용을 변형시킨 것입니다.

키트는 진동수가 고정되어 있어서 버저를 빼버리고, 음원으로 스마트폰을 이용해서, 진폭 및 진동수, 파형을 변화시킬 수 있도록 했습니다. 오차가 거의 발생하지 않는 실험입니다. 교과서나 대학교재에 나오는 물통을 이용한 엄청나게 불편한 실험보다 간단하며, 쉽게 측정할 수 있습니다.

실험방법은 첨부된 한글파일을 참조하세요. 

반파장마다 정상파가 형성되므로, 관의 길이가 결정되면 음원의 진동수 영역이 결정됩니다.


기주공명 실험장치 제작

1. 그림과 같이 세 개의 관과 고무마개 2개를 준비한다.

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2. 작은 관을 사진과 같이 처리한다.

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3. 작은 관의 검은색 고무판 쪽에 글루를 녹여 입힌 후 중간관 끝단에 집어 넣어 붙인다.
녹은 글루에 손이 데이지 않도록 주의한다.

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4. 주황색 마개를 글루건으로 처리한 후 중간관 끝단에 붙인다

사진의 주황색 마개는 학교의 3D프린터를 이용해 출력해서 만든 것인데, 간단히 하시려면 우드락 잘라서 붙이시면 됩니다. 

어차피 한쪽관을 막는 용도로만 활용되기 때문에 주변의 적당한 사물을 활용하세요.

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5. 굵은 관에 투명자를 붙인다.( 3, 90cm)

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6. 네임펜으로 10cm, 20cm, 30cm 등을 표시한다.

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7. 빨간색 고무마개를 송곳으로 뚫어 실을 집어 넣어 줄을 만든다.

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줄 또는 빨간 관 끝부분을 잡아당기거나 밀어서 주황색마개가 부드럽게 움직이는지 확인한다.


개인 활동지.hwp

실험방법.hwp

기주공명실험장치 만들기.hwp


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