◎ 미리생각해보기

야간에 차를 타고 가다보면 도로의 중앙선에 반짝이는 플라스틱판을 볼 수 있습니다. 이것은 일반 신호등처럼 특수한 전기 장치가 연결되어 있지 않습니다. 어떻게 빛을 낼 수 있는 것일까요?

⇒ 중앙선에 설치된 이 플라스틱판에는 일명 [코너 큐브 프리즘]으로 불리는 재귀 반사판이 붙어 있습니다. 이 프리즘은 정육면체의 각 세 모서리로 구성되는 사면체로서, 항상 밑면으로 들어오는 빛을 들어온 방향으로 반사시키는 일종의 전반사 프리즘입니다.

이러한 원리에 따라 중앙선에 코너 큐브 프리즘의 밑면을 빛이 들어오는 방향으로 고정시키면, 전조등의 빛은 프리즘에 들어간 방향으로 다시 반사되므로 운전자가 그 빛을 볼 수 있게 됩니다. 그래서 어두운 밤에도 중앙선과 굽은 도로를 쉽게 구별할 수 있는 것입니다.

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변 지역을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

6. 실험에 사용하는 고흡수성수지 구슬은 절대 먹지 않도록 합니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

이번 실험에 필요한 재료들을 확인해주세요.

실험 전 실험보고서를 꼭 읽어주세요.

이 실험은 정반사, 난반사, 재귀반사를 학습할 수 있도록 구성되었습니다.

1. 종이컵에 고흡수성수지 구슬과 물 약 30ml 정도를 넣은 후, 10~15분간 불려줍니다.	2. 투명용기를 이용하여 거울지에 원을 그린 후, 원보다 약 3mm 정도 작게 가위로 오립니다. (주의! 거울지는 1인당 가로 5cm, 세로5cm 정도입니다.) (주의! 거울지를 너무 작게 잘라낼 경우 만족할 만한 결과를 얻지 못할 수 있습니다.)

◎ 실험방법

3. ①번에서 불린 고흡수성수지 구슬을 용기에 평평하게 넣고 거울지를 덮습니다. (주의! 고흡수성수지 구슬이 여러 겹으로 겹치지 않도록 넣어주세요.)	4. 거울지 위에 고흡수성수지 구슬을 넣고 뚜껑을 닫아줍니다. (주의! 레이저포인터나 LED를 사용한 손전등은 눈을 향하여 직접 쏘지 않도록 합니다.) (주의! 반사스티커는 1인당 약6cm 정도 길이입니다,)

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

5. 고흡수성수지 구슬과 반사스티커에 각각 빛을 상하좌우로 움직여 비추어 봅니다. (주의! 레이저포인터나 LED를 사용한 손전등은 눈을 향하여 직접 쏘지 않도록 합니다.) (주의! 반사스티커는 1인당 약6cm 정도 길이입니다.)	6. 반사스티커와 칼라모루를 이용하여 예쁘게 꾸며줍니다. (주의! ‘꾸미기 예시참고’)

◎ 꾸미기 예시

1. 용기뚜껑을 열고 칼라모루를 한 바퀴 감아준 후 뚜껑을 닫아줍니다	2. 칼라모루를 용기 둘레에 한 바퀴 감고 사진과 같이 칼라모루를 벌려 준 후, 3~4번 꼬아 귀를 만들어 줍니다.

3. 반대쪽 귀도 ②번과 같은 방법으로 만들어 줍니다.	4. 남은 칼라모루를 약 2바퀴 정도 감고 두 귀 가운데 부분 모루사이에 끼워 줍니다.

5. ④번에 끼운 모루를 꼬아주어 고리를 만들어 줍니다.	6. 인형눈과 반사스티커를 붙여 귀여운 악세사리를 만듭니다.

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 빛을 고흡수성수지 구슬을 상하좌우로 비춰보고, 반사된 빛의 움직임을 이야기해보세요. (정반사 실험)

⇒ 입사하는 빛의 각도에 따라 반사하는 빛의 각도가 달라집니다. 즉, 고흡수성수지 구슬의 정중앙 부분을 법선이라 하면, 법선을 기준으로 입사각이 30°면 반사각은 30°, 입사각이 40°면 반사각 역시 40°입니다. 구슬을 정면으로 비추면 빛을 비춘 방향으로 되돌아옵니다.

2. 빛을 반사스티커를 상하좌우로 비춰보고, 반사된 빛의 움직임을 이야기해보세요. (재귀반사 실험)

⇒ 빛을 비춘 방향으로 되돌아옵니다.

3. 깜깜한 곳에서 물체에 손전등을 여러 각도로 비춰보고, 난반사와 관련지어 이야기해보세요. (난반사 실험)

⇒ 깜깜한 곳에서 어떤 물체에 빛을 각기 다른 각도에서 비추어도 어느 방향에나 물체를 볼 수 있는데, 이는 대부분 물체 표면이 고르지 못하여 난반사가 일어나기 때문입니다.

4. 재귀반사현상을 실생활에 응용한 사례를 이야기해보세요.

⇒ 포장도로의 차선이나 표지판, 도로 작업자 · 환경미화원 · 경찰관 의복에 사용하면 야간 교통사고를 감소시킵니다. 또한, 소방복에도 사용하여 야간 화재 진화시 소방관의 위치를 확인하는데 도움을 줍니다.

◎ 원리이해

1. 빛의 반사

⇒ 빛이 직진하다가 물체를 만나면 물체의 표면에서 진행 방향이 꺾이는 현상을 ‘빛의 반사’라고 합니다. 입사광과 반사광은 같은 물질안에 있을 경우 성립합니다. 매끄러운 표면에서 정반사가 일어나며 거친면에서는 난반사(산란)가 일어납니다. [그림]과 같이 표면에 대해 수직인 선을 [법선], 표면으로 진행하는 빛이 법선과 이루는 각을 [입사각], 반사되어 나오는 빛이 법선과 이루는 각을 [반사각]이라고합니다. 이때, 입사각과 반사각의 크기는 같습니다. 이것을 [반사의 법칙]이라고 합니다.

2. 정반사와 난반사

① 정반사 : 매끄러운 면에서의 반사로, 나란하게 입사한 빛이 일정한 방향으로 반사되는 것을 정반사라 합니다. 이때, 빛이 일정한 방향으로 반사되므로 물체는 일정한 방향에서만 보입니다. 주로 거울면이나 잔잔한 수면과 같이 매끄러운 면에서 볼 수 있습니다 .

② 난반사 : 울퉁불퉁한 면에서의 반사로, 나란하게 입사한 빛이 여러 방향으로 흩어져서 반사되는 것을 난반사라 합니다. 여러 방향에서 반사된 빛을 볼 수 있고, 주로 종이나 출렁이는 수면에서 볼 수 있습니다.

3. 재귀반사

⇒ 물체(광원:光源)에서 나온 빛이 다른 물체에 도달할 경우, 도달한 빛인 입사(入射)광을 그대로 광원으로 되돌려 반사하는 것입니다.

이 때, 어떠한 각도로 물체에 빛이 비치더라도 그 광원의 방향으로 빛을 반사합니다. 자동차의 헤드라이트를 재귀반사 소재에 비추면 비춘 방향으로 되돌아가 광원에 있는 사람이 쉽게 볼 수 있어 도로 표지나 안전 조끼 등에 다양하게 사용합니다. 이렇듯 운전자에게 물체를 인지하여 교통안전성을 줄 수 있는 재귀성반사 가공(Retroreflective Finishing)은 그 용도가 확대되어 최근에는 여러 분야에 광범위하게 이용되고 있습니다.

미세한 유리구슬 및 마이크로 프리즘을 반사 재료에 균일하게 씌우면(인치당 13만개) 입사광을 광원의 방향으로 똑바로 되돌리는 재귀반사 효과가 나타납니다. 야간에 먼 거리에서 불빛을 비추면 주간과 같이 식별이 가능하여 각종 현장의 작업복 및 안전 용품에 많이 적용되고 있습니다. 주간에는 자연광에서도 반사효과로 인한 독특한 광택 효과를 내며, 야간에는 반사 되어진 빛이 흰색천의 2000배 이상의 밝기(600CPL)로 300m 떨어진 거리에서도 쉽게 식별이 가능토록 해 주는 효과가 있어 안전 기능성의 제품에 많이 활용되고 있습니다.

재귀반사는 반사 소재에 따라 다음과 같이 나눌 수 있습니다.

① 유리구슬에 의한 재귀반사 : 유리구슬 표면에 입사된 빛은 구슬 뒷면에서 굴절된 후 빛이 들어 온 방향과 평행하게 반사되어 나갑니다.

특히 재귀반사 성능을 향상시키기 위해 유리구슬의 뒷면에 특수 코팅 처리로 반사 성능을 향상시킵니다. 우리가 실험에 사용한 반사 스티커는 유리구슬을 사용하여 만들어진 것입니다.

② 마이크로 프리즘에 의한 재귀반사 : 고분자 필름 위에 입방체 형태의 마이크로 프리즘을 만들어 프리즘에 비추어진 빛이 3면에 굴절 되어 최초의 방향을 향해서 평행한 광원으로 다시 되돌아가도록 하는 것으로, 이때 재귀 반사 성능은 프리즘의 정밀도와 입방체의 각도에 따라 좌우 됩니다. 이러한 기능은 방의 코너 안에서 볼이 튀어 오르는 현상과 유사합니다.

3. 깜깜한 곳에서 물체에 손전등을 여러 각도로 비춰 보고, 난반사와 관련지어 이야기해보세요. (난반사 실험)

4. 재귀반사현상을 실생활에 응용한 사례를 이야기해보세요.

야간 안전 지킴이

학습목표

세 종류 빛의 반사 실험을 하고, 재귀반사의 원리를 이용하여 야간 안전사고를 예방하는 악세사리를 만들어봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

야간에 차를 타고 가다 보면 도로의 중앙선에 반짝이는 플라스틱판을 볼 수 있습니다. 이것은 일반 신호등처럼 특수한 전기 장치가 연결 되어 있지 않습니다. 어떻게 빛을 낼 수 있는 것일까요?

◎ 미리생각해보기

투명용기 1개, 반사스티커, 고흡수성수지 구슬(투명), 군번줄 1개,

칼라모루 1개, 인형눈 2개, 거울지, 종이컵, 계량컵

(※ 직접 준비하세요 : 가위, 깨끗한 물, 작은 손전등[레이저포인터])

◎ 실험준비물

1. 빛을 고흡수성수지 구슬에 상하좌우로 비춰보고, 반사된 빛의 움직임을 이야기해보세요. (정반사 실험)

2. 빛을 반사스티커에 상하좌우로 비춰보고, 반사된 빛의 움직임을 이야기해보세요. (재귀반사 실험)

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점