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빛으로 물을 끓일 수 있을까?
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  • 빛의 연구와 렌즈의 발달

    빛은 인류문명 초기부터 물리학, 철학, 의학, 신학 등 여러 학문에서 언급되고 있다. 최초로 빛을 연구한 사람은 고대 프톨레마이오스(Ptolemaeus, 85? ~ 165?)로 그는 사람이 물체를 볼 수 있는 것은 눈에서 나온 빛이 물체에 닿아 반사하기 때문이라고 생각했다. 중세의 이슬람 과학자 이븐 알 하이삼(Ibn al-Haytham, 965~1040)은 『광학의 서』라는 책에서 빛의 직전, 분산, 반사, 굴절 등 자신이 직접 관찰한 현상을 기록해 놓았다. 그는 프톨레마이오스와 달리 우리가 물체를 보는 것은 태양이나 다른 광원에서 나온 빛이 물체에 닿아 반사하여 눈에 들어온다는 올바른 이론을 세웠다.

    1615년 네델란드 과학자 윌레보드 스넬(Willebrod Snell, 1591~1626)은 진행하던 빛이 다른 물질을 만나게 되면, 입사각과 굴절각의 사인 값의 비가 일정한 값을 가진다는 사실을 발견하였다. 이것을 ‘굴절의 법칙’ 또는 ‘스넬의 법칙’이라고 부른다.

    1704년 아이작 뉴턴(Isaac Newton, 1642 ~ 1727)의 저서 『광학』에는 태양광을 프리즘에 통과시켰을 때 빛이 굴절하게 되며, 굴절률에 따라 여러 색상으로 분해된다는 것을 관찰하였다. 1804년 영국의 윌리엄 월라스톤(William Wollaston, 1766 ~ 1828)은 최초로 안경에 사용하는 최초의 렌즈를 발명하였고, 1812년에는 이 렌즈를 카메라 옵스큐라(camera obscura)에 설치하여 그림을 그리는데 사용하였다.

    1822년 오귀스탱 프레넬(Augustine Fresnel, 1788 ~ 1827)은 등대 빛을 평행광선으로 먼 곳까지 보내기 위해서 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 발명하였다. 이는 유리 렌즈보다 두께를 훨씬 줄일 수 있고, 플라스틱 재질로 만들어 가볍고 크기가 더 큰 렌즈를 만들 수 있는 장점이 있다. 빛을 굴절시키는데 기여하는 곳은 렌즈의 표면 곡선이므로 두께를 없애고, 이 곡면의 기울기를 유지한 채 프리즘처럼 붙여서 만든 것이 프레넬 렌즈이다.

    오늘날 프레넬 렌즈는 태양빛을 모으는 집광렌즈, 등대나 탐조등, 무대 조명에서부터 넓은 시야를 제공하는 버스나 캠핑용 자동차의 후면경, 돋보기 및 오버헤드 프로젝터(overhead projector)에 이르기까지 널리 이용되고 있다.

     
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