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포물면거울을 조합한 장난감의 모의실험
홀로그램 같은 실상을 볼 수 있다.광학 현상은 신기하게 보이는 것들이 많아서 마술에 이용하거나 장난감으로 만들어진 것들이 더러 있다. 오래전 부터 이용되는 것으로 거울을 일정한 각으로 세워서 허상이 신비한 기하학적인 모양이 나타나게 하는 만화경(kaleidoscope) 있다. 인류가 거울을 사용한 역사는 다른 어떤 광학기구보다 오래된 일이어서 특히 이들 놀이기구에 많이 사용되어 왔다. 오른쪽 사진은 물체의 실상이 실재하는 듯한 착각을 불러 일으키는 장난감으로 시판되는 것이다. 물론 제조사에서 주장하는 것처럼 홀로그램은 아니지만 어떤 면에서는 아주 정교한 광학장치가 한낱 장난감에 이용되는 예이다. 이는 두 개의 포물면거울을 마주보게 겹친 것으로 비교적 아주 넓은 시야를 통해서 실상을 입체상 그대로 관찰할 수 있어서 실감을 더한다. 아래 프로그램은 이 장난감의 원리를 설명하는 프로그램이다. 동일한 두 포물면거울은 광축 지점에서 서로 초점거리만큼 떨어지게 두었고, 아래 거울의 중심에 물체를 둔다. 물체에서 나오는 빛이 위 거울에서 반사한 빛이 아래 거울에서 다시 반사되어 상을 맺고 그림의 눈 모양 방향에서 이 속을 관찰하면 실상이 허공에 맺혀서 보인다.
 [질문1] '포물면거울을 이용한 장난감'은 사진에서 볼 수 있는 것처럼 바로 선 상도 보이지만 바로 아래에 뒤집힌 상도 같이 나타난다. 아래의 상은 어떤 과정으로 형성된 것일까? [질문2] 이 장난감에서 보이는 두 개의 상은 비록 별개로 생기지만 위의 상이 아래 상을 가려서 위의 상이 있는 부분에서는 아래의 상이 보이지 않는다. 그 이유는 무엇인가? [질문3] 이 장난감의 결상과 거의 대등한 상황을 이상적인 볼록렌즈 2개로 만들 수도 있을 것이다. 이를 구성해 보고, 이 경우 결상을 도해해 보라. 볼록렌즈로나 구형의 오목거울의 구성보다 포물면거울의 구성에서 상이 훨씬 효과적으로 나타나는 이유를 생각해 보라. |
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