안녕하세요. 과학 교육 전문가 안현정입니다.
같은 반 친구들의 모습을 떠올려보세요. 그중 안경을 쓰고 있는 친구는 몇 명인가요? 요즈음 스마트 기기의 상용화가 늘어나면서 부쩍 안경을 착용하는 사람들의 수가 급증하였는데요, 우리에게 보다 맑고 선명한 세상을 선물하는 이 안경에 또 흥미로운 과학적인 내용이 들어있다고 합니다. 오늘 시간은 안경의 렌즈와 그 비밀에 대해 알아보겠습니다.
[렌즈]
: 유리와 같이 투명한 물질의 면을 구면으로 곱게 갈아 물체로부터 오는 빛을 굴절시켜 모으거나 퍼뜨리는 광학장치를 말한다.
[렌즈의 원리]
: 빛은 성질이 다른 물질을 지나가면 속력이 달라지는 모습을 보입니다. 아스팔트를 쌩쌩달리던 자동차가 흙과 돌이 많은 비포장 도로를 달릴 때 속력이 느려지며 바퀴의 방향이 휘어지는 현상이 나타나는 것처럼 빛도 마찬가지입니다.
빛도 속력이 느린 쪽으로 꺾이게 되는데, 렌즈에서는 렌즈의 두께를 달리하여, 두께가 두꺼운 쪽 즉, 더 속력이 느린 쪽으로 빛을 휘어지게 만듭니다. 이로서 렌즈를 통과하는 빛은 초점을 가지게 되고 다른 상을 비추어 보이게 됩니다.
렌즈를 통한 상의 모습 관찰 : 오목 렌즈 / 볼록 렌즈
[오목 렌즈]
: 단면 가운데가 볼록한 형태
- 오목 렌즈와 물체의 거리가 가까울 때 : 실물보다 작고 바로 선 상
- 오목 렌즈와 물체의 거리가 멀 때 : 실물보다 작고 바로 선 상
[볼록 렌즈]
: 일명 돋보기로 불러줌. 단면 가운데가 볼록한 형태
- 볼록 렌즈와 물체의 거리가 가까울 때 : 실물보다 크고 바로 선 상
- 볼록 렌즈와 물체의 거리가 멀 때 : 실물보다 작고 뒤집힌 상
[실험 총 정리]
오목렌즈는 거리에 상관없이 항상 실물보다 작고 바로선 상이 나타난다. 볼록렌즈는 거리에 따라 상의 모습이 달라진다. 거리가 가까울 때는 크고 바로 선상이며 거리가 멀어지면 실물보다 작고 뒤집힌 상이 보인다.
[오목렌즈]
오목렌즈는 양 가장자리가 두꺼운 렌즈이다. 때문에 평행하게 들어온 빛이 두꺼운 가장자리로 굴절하여 빛이 퍼져 나가는 형태를 띤다.
[볼록렌즈]
볼록렌즈는 가운데가 두꺼운 렌즈이다. 때문에 평행하게 들어온 빛이 두꺼운 쪽으로 굴절하여 한 점으로 빛이 모이게 된다.
렌즈의 예 : 볼록 렌즈
[현미경]
- 현미경이란? : 아주 작아서 육안으로 보이지 않는 생물의 상을 확대시켜 관찰하는 광학 도구
- 원리 : 우리 눈에 물체를 가까이 가져다 댈수록 물체는 크게 보일 수 있지만 일정거리 이상 가까이 가져오면 도리어 초점이 맞지 않고 흐리게 보이게 됩니다.
손가락을 바로 눈앞까지 가져다 되면 손가락의 크기는 커 보이나 흐릿하게 보여지는 것을 느낄 수 있듯이 말입니다. 이렇게 초점이 맞춰지는 거리를 초점거리라고 말합니다.
현미경의 볼록렌즈는 이 초점거리를 짧게 하여 보다 가까이서 상의 모습을 실물보다 크게 확대하여 줍니다. 이렇게 여러겹의 렌즈를 이용하는 것이 현미경의 원리입니다.
[망원경]
- 망원경이란? : 멀리 있는 물체를 확대하여 확실하게 보기 위한 광학 도구
*망원경 중에서도 굴절망원경(케플러식)이 두 개의 볼록렌즈를 이용한 망원경입니다. 굴절 망원경의 원리 위주로 살펴보겠습니다.
-원리: 우리는 왜 하늘에 떠있는 무수한 별과 달을 왜 정확하게 볼 수 없는 것일까요. 이유는 간단합니다. 천체들이 너무나 멀리 존재하기 때문에 이 빛이 우리에게 도달하는 과정에서 사방팔방 널리널리 퍼져서 우리 눈으로 들어오는 빛이 미약하기 때문입니다.
빛이 적으면 물체가 잘 볼 수 없기 때문에 망원경에는 빛을 한 점으로 모으는 볼록렌즈를 이용하여 빛을 모으고 모아서 뚜렷하게 만들어줍니다. 그리고 이 모은 빛을 또 하나의 볼록렌즈로 확대시켜 우리의 눈으로 들어오게 만들어줍니다. 볼록렌즈가 가까이 있는 상을 실물보다 크게 확대해주는 성질을 가지고 있기 때문입니다. 
[원시 교정용 안경]
-원시 : 굴절에 이상이 생겨 망막보다 뒤에서 초점을 맺는 것을 말합니다. 때문에 멀리 있는 물체는 잘 보이나, 한계이상 가까운 곳의 물체를 보는데 어려움이 있습니다.
-교정 방법 :원시의 문제점은 상이 생기는 위치가 뒤쪽에 있다는 것이므로 상의 위치를 앞쪽으로 이동시켜야 합니다. 때문에 수정체로 들어오는 빛을 모아 주는 볼록렌즈로 교정합니다.
렌즈의 예 : 오목렌즈
[근시 교정용 안경]
-근시 : 굴절에 이상이 생겨 망막보다 앞에서 초점을 맺는 것을 말합니다. 때문에 가까운 곳에 있는 물체는 잘 보이나, 멀리 있는 물체를 보는데는 어려움이 있습니다.
-교정 방법 : 근시의 문제점은 상이 생기는 위치가 앞쪽에 있다는 것이므로 상의 위치를 뒤쪽으로 이동시켜야 합니다. 때문에 수정체로 들어오는 빛을 퍼지게 만들어주는 오목렌즈로 교정합니다.
출처= 이투스me 안현정 강사
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