빛의 성질 알아보기

빛은 무엇인지 알아보고 성질 파악해 보기

빛은 가시광선의 전자기파를 사람이 볼 수 있는 영역을 의미한다. 캄캄한 장소에서는 아무것도 볼 수 없다. 눈을 통해 주변을 볼 수 있지만, 없다면 아무것도 볼 수 없다. 우리 몸에서 사물을 인식할 수 있는 부분은 눈이다. 눈에 보이는 모습과 실제 모습이 다른 경우도 있다. 물체에 반사된 빛이 눈에 들어오기 때문에 우리는 물체를 볼 수 있다. 빛에 대해서 파악해 보자.

1. 빛의 정의

사람이 육안으로 볼 수 있는 약 400nm에서 700nm 사이의 파장을 가진 가시광선인 전자기파를 뜻한다. 사람이 볼 수 없는 400nm 미만의 짧은 파장이나, 700nm 이상 긴 파장 역시 빛의 일종이다. 아주 짧은 파장을 가진 감마선은 사물을 통과하는 능력이 뛰어난 빛을 나타내는 단어이다. 수소 원자의 크기보다 작은 0.01nm 이하의 파장이다. 초당 진동수가 많아서 가장 강력한 에너지를 가지고 있다. 달의 지름보다 긴 파장을 가진 것도 있다고 알려져 있다. 파장의 길이는 달라도 속도는 같다.

 

고전 물리학에서는 어떤 파동이나 물리적 작용을 한 곳에서 다른 곳으로 옮기는 매개물 없이 전파할 수 있는 물질을 뜻하는 전자기파를 나타내는 단어였다. 인간의 눈이 가시광선의 파장을 볼 수 있게 진화되어 볼 수 있고, 어떤 조건만 갖춰지면 짧은 적외선을 관측할 수 있는 사람도 있다. 아이들은 자외선을 볼 수 있는 경우도 있다. 원자나 분자의 에너지 상태가 높은 상태에서 낮은 에너지 상태로 이동할 때 에너지 상태가 빛의 형태로 방출되어 물질의 변화로 발산하는 에너지를 볼 수 있다.

2. 빛의 속도

진공 상태에서 초당 299,792,458m 움직인다. 이 속력은 1초에 지구 둘레를 7바퀴 반을 돌 수 있는 속력이다. 속도는 1년 동안 쉬지 않고 이동한 거리를 1광년이라고 한다. 1광년은 약 9조 4540억 km의 거리를 말한다. 지구에서 태양까지의 거리는 약 1억 5천만 km로 빛의 속도로 8분이 넘는 거리이다. 음속과 비교할 때 약 80만 배 더 빠르다.

3. 빛 연구가 중요한 이유

인류가 자연과 우주를 관찰하고 정보를 얻기 위한 유일한 정보가 빛이었다 . 빛의 연구로부터 시작된 물리학은 뉴턴의 고전 물리학이 아인슈타인의 현대 양자 물리학으로 넘어가는 과정으로 물리학 발전과 역사를 같이 했다고 볼 수 있기 때문이다.

4. 빛의 성질

빛이 공기 중에서 똑바로 나가는 것을 직진이라고 한다. 따라서 직선으로 표시할 수 있다. 물체에 닿으면 직진하다가 방향을 바꿔서 나가는데 이를 반사라고 한다. 다른 물체에 부딪치면 다시 되돌아 나온다. 거울의 방향이나 물체의 방향에 따라 반사되는 방향도 달라진다. 빛의 입사각과 반사각은 같다. 거울 대신에 여러 번 구겼다가 편 알루미늄 포일에 빛을 비춘다면, 구겨진 여러 방향으로 반사된다.

 

빛이 다른 물체를 통과하는 성질을 투과라고 하는데, 적외선은 물체를 통과할 수 있다. 적외선은 에너지가 작기 때문에 눈에 닿아도 안전해서 감지기로 이용된다. 빛이 공기 중에서 물로 입사하면 수면에서 멀어지는 쪽으로 굴절되고, 입사각이 굴절각보다 크고, 물에서 공기로 입사할 때는 수면에 가까워지는 쪽으로 굴절되면서 굴절각이 입사각보다 크다. 전반사는 입사각을 점점 크게 하면 빛이 경계면에서 전부 반사되어 공기 중으로 나가지 않게 되는 것을 말한다. 광섬유, 다이아몬드가 반짝이는 것은 전반사를 되풀이하기 때문이다;

 

사막의 신기루는 빛이 직진하다가 휘어져서 생기는 현상을 말한다. 공기의 밀도 차이로 빛이 위쪽이나 아래쪽으로 휘는 경우가 생긴다. 땅이나 수면에 닿은 아래쪽 공기가 위쪽 고기보다 차가우면 아래쪽으로 휘어져 사람의 눈 위쪽에 신기루가 생긴다. 반대의 경우 지표면 근처의 공기가 위쪽 공기보다 뜨거우면 위쪽으로 휘어져 멀리 있는 물체가 가까이 있는 것처럼 보인다. 사막에서 멀리 있는 오아시스가 가까이 있는 것처럼 보이거나 도로에 물웅덩이가 있는 것처럼 보이다가 가까이 다가가면 사라지는 경우가 신기루 현상이다.