거울과 우유곽을 이용해 간단한 마술저금통을 만들어 보고 빛의 정반사에 대해 이해한다.
▸실험준비
1. 관련단원 : 중학교 2학년 6단원 빛과 파동
2. 준 비 물 : 200mL 우유곽, 아크릴 거울, 패턴종이, 벨크로 테이프
3. 구입방법 : 문구사
4. 소요경비 : 1000원 정도
▸제작방법
1. 200mL 우유곽을 깨끗이 씻고, 패턴종이와 아크릴거울, 벨크로테이프를 준비한다.
2. 패턴종이는 선을 따라 잘라 4장을 준비한다.
3. 모서리를 칼로 딱 절반이 되도록 자른다.
- 잘린 부분을 접었을 때 전체높이의 반이 되도록 맞춘다
4. 가장 깨끗한 면을 남기고, 나머지 3면을 1cm정도 남기고 잘라준다.
- 깨끗한 면은 관찰구멍을 뚫어 뚜껑으로 사용되고, 나머지 3면은 뚜껑과 접착하기 위해 1cm정도의 면이 필요하다.
5. 안쪽에 패턴종이를 넣고 뚜껑에 관찰구멍을 뚫고, 위쪽에 동전구멍을 뚫은 다음 대각선으로 거울을 넣는다.
- 관찰구멍은 패턴종이 중에 사각형이 그려진 종이를 뚜껑에 붙이고 사각형 크기만큼 뚫는다.
- 거울은 동전구멍이 안보이도록 대각선으로 넣는다.
- 동전구멍으로 길게 자른 종이를 넣어 사라지는 것처럼 보이는지 확인한다.
6. 뚜껑과 상자에 벨크로 테이프를 붙여 완성한다.
- 벨크로테이프를 사용하는 이유는 나중에 동전을 뺄 때 사용하기 위해서이다.
▸수업시간 활용방법
1. 동전을 구멍으로 넣어 사라지는 것을 보여준다.
- 반복해서 보여주기 위해서 동전에 스카치테이프를 붙여서 넣다 뺐다를 반복하며 보여주면 좋다.
- 왜 동전이 안보이게 되는지 빛의 반사가 어떻게 일어날지 토의해 보자
2. 안에 거울이 들어있는 어떻게 확인할 수 있는가?
- 뚜껑을 열고 연필등을 넣어 안에 거울이 있음을 보여 준다.
3. 매직저금통 안에서 일어나는 반사는 정반사인가 난반사인가?
- 정반사이다.
4. 저금통안에 거울이 들어있다는 것을 눈으로만 봐서는 알 수 있는가?
- 알 수 없다.
▸유의점
1. 우유곽이나 거울을 자를 때 손을 다치지 않도록 주의한다.
2. 패턴종이가 없다면 검은색 종이를 사용해도 된다.
3. 거울과 안쪽벽의 경계 부분에 틈이 없도록 잘 넣어 주어야 한다.
3. 동전을 너무 많이 넣으면 거울이 휘어질 수 있으므로 주의한다.
▸과학적 원리
물체에 반사된 빛이 눈으로 들어와야 물체를 볼 수 있다. 그런데 저금통으로 들어간 동전은 저금통 사이에 대각선으로 위치한 거울 때문에 가려져서 볼 수 없게 된다. 대신 바닥에 있는 패턴 무늬가 거울에 반사되어 우리 눈으로 들어오게 된다. 그런데 우리는 우리눈으로 들어온 빛이 반사되어 왔는지를 알 수가 없다. 우리가 알 수 있는건 패턴무늬의 빛이 우리눈으로 들어왔다는 것만 알 수 있다.
그리고 빛은 직진한다고 알고 있기 때문에 거울에 반사되어 온 바닥에 있던 패턴무늬의 빛을 저금통 안쪽벽면에 있는 패턴무늬에서 온 빛이라고 착각을 하게 된다. 그래서 저금통 안에는 아무것도 없다고 착각을 하게 된다. 이처럼 거울의 정반사를 이용하면 물체를 사라지게 한다거나 일부가 없어져 보이는 것처럼 만들 수 있다.
▸창의적 문제
문 : 거울대신 패턴종이를 대각선으로 넣으면 어떻게 보일까?
답 : 패턴종이를 넣어 놓아도 패턴종이 때문에 뒤에 있는 동전이 보이지 않으니까 사라질 것처럼 생각되지만 그렇지는 않다.
거울에 반사된 패턴무늬는 우리눈으로 보았을 때 실제 뒤에 있는 패턴무늬와 거리가 같으므로 패턴무늬가 뒤에 있는 것으로 착각하게 되지만 거울대신 넣어 놓은 패턴무늬는 그렇지 않다.
▸응 용
1. 우유곽보다 더 큰곽으로 매직저금통을 만들어 보면 더 좋다.
2. 매직저금통 안에 들어있는 거울을 아래로 넘어뜨릴 수 있도록 만들면 아무것도 없는 곳에서 동전이 나타나는 것처럼 보이는 마술도구를 만들 수 있다.
▸참고자료 및 출처
- 매직 저금통 만들기 동영상 https://youtu.be/Kx_1_KMIw2A
▸설계도 및 출력자료
만드는 방법 동영상
