21C. Teachers of Science

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 적용하면이므로, 임계각은 다음과 같이 계산됩니다. 따라서 물속에서 보게 되면 96도의 각도로 원으로 된 바깥풍경을 보게 됩니다.

월식 때 즉 달이 지구의 그림자로 들어 갔을 때 달은 왜 빨갛게 보이는 것일까? 달이 지구 그림자에 있더라도, 햇빛은 지구가장자리의 대기층을 통과하여 그림자영역으로 굴절되기때문에 여전히 비추게 된다. 어쨌거나, 이러한 굴절은 하늘이 왜 파란지에 대한 이유처럼 (FC 5.59) 가시광선 스펙트럼의 끝의 파랑색을 없애버리고 스펙트럼의 끝인 붉은색만 남기게 된다. 이런 이유로, 햇빛은 달이 충분히 붉게 비치도록 굴절된다. 동일한 색 빼기는 일출과 일몰동안 붉은 하늘을 책임진다.(FC 5.58) 설명 보다 동영상이 훨씬 낳군요.

물 속에서 수영을 할 때 물안경을 쓰면 잘 보이는 이유가 뭘까?중미지방의 아나블렙(anablep)이라는 특이한 고기는 두 매체에서 최상의 (어쩌면 최악의) 상황을 연출해 내고 있다. 툭 튀어나온 눈을 가진 이 물고기는 물표면의 바로 밑으로 수용을 하기 때문에 눈의 위쪽 반은 공기 중에 아래쪽 반은 물 속에 있다. 우리가 물안경 없이는 물 속에서 볼 수 없는 상황을 생각할 때 어떻게 이 물고기는 한 개의 눈으로 물 속과 공기 중에서 동시에 볼 수 있을까? 망막에 선명한 이미지가 나타나기 위해서는 눈이 빛을 굴절시켜야 한다. 굴절의 약 2/3가 눈 표면에서 발생한다. 눈에 물이 있으면 눈의 굴절률이 물의 굴절률과 거의 동일하기 때문에 거의 모든 굴절이 손실된다. 고글을 착용하면 눈앞에 공기층이 있어 정상적인..

투명하고 긴 그릇에 물을 담고 밑에 설탕 덩어리 몇 개를 가만히 둔다. 그러면 그릇 밑은 아주 진한(포화용액에 가까운) 설탕물이 되고 위는 맹물에 가깝게 된다. 이 용액에 레이저 빛처럼 가느다란 광선을 쏘면 광선이 휘어서 바닥에서 공이 튀듯이 튀는 것을 관찰할 수 있다. (그림 5.17) 왜 광선이 휘는 것일까? 왜 바닥에서는 튈까? 마지막으로 바닥에서 튄 빛은 왜 다시 아래로 휘어질까? 혼합되지 않는 설탕은 깊이에 따른 굴절률의 변화를 만들어 내며, 설탕이 더 많이 있는 바닥에서 굴절률은 최대이다. 레이저 빔이 이용액에 들어갈 때 초기에 약간 아래쪽으로 기울어진다고 가정해보자. 굴절률이 점차적으로 더 커짐에 따라 빔은 연속적으로 더 크게 굴절된다. 결국 빔은 바닥면에서 반사된다. 그것이 위로 이동함에 ..

왜 추운 날 소리는 멀리까지 들릴까? 이 현상은 얼어붙었거나 물이 잔잔한 호수 위에서 더 잘 관측된다. 한편 사막에서 소리가 들릴 수 있는 범위는 무척 제한되어 있다. 소리는 차가운 공기보다 따뜻한 공기에서 빠르게 이동한다. 만약 공기의 온도가 위로 갈수록 감소하면, 처음 수직으로 이동하는 음파의 윗 부분은 아래부분보다 늦게 전파되고, 파의 경로는 위쪽으로 휘게 된다. 일반적인 온도 분포에서 소리는 굴절로 지면에서 멀리 휘어지기 전에 매우 먼 지면을 따라 이동할 수 없다.추운 날 공기의 온도는 위쪽으로 갈수록 증가하고, 따라서 소리는 위쪽이 아닌 아래쪽으로 굴절된다. 이런 이유로 소리는 지면 가까이에서 더 오래 유지될 것이다.