확대경 실험

프로그램

프로그램에서 물체는 연두색의 화살로, 상은 푸른색의 화살로 나타내었고, 아울러 상을 형성시키는데 관련된 세 가닥의 광선을 붉은 색으로, 이의 역추적 선을 밝은 회색으로 나타내었다.

색으로 나타낸 부분, 즉 물체의 위치, 볼록렌즈의 초점거리, 눈의 위치를 마우스로 이동시킬 수 있다. 이들 조건을 변경시키면 즉시 상이 맺히는 위치가 결정되고, 화면의 왼쪽 상단에 물체와 상, 눈의 좌표 값이 나타난다. 이들 좌표 값은 렌즈의 중심을 좌표 원점으로 하여 좌우가 , 상하가 값이다.

녹색의 삼각형으로 나타낸 부분이 물체와 상을 각각 눈으로 보았을 때 시각차를 알아보기 위한 것으로 이들 시각차를 , 로 나타내었다. 이때 물체를 보는 경우는 가장 크게 볼 수 있는 거리, 즉 명시거리 250mm에서 보는 상황을 나타내었다. 물체의 길이 는 20mm로 고정하였기 때문에 시각차는 0.08로 일정한 반면 상의 시각차는 상황에 따라 달라진다. 여기서 확대능은 로서, M.P. 로 나타내었다. (상이 눈으로부터 250mm 이내에 들면 붉은 글씨로 그 거리를 표시하고, 또한 "Can't See the Image !!!"라고 표시한다)

실험방법

[1] 확대경 실험

1. 처음에 주어진 상태, 즉 초점거리를 100mm, 물체의 위치 70mm, 물체의 길이 20mm, 눈의 위치 50mm 인 상태에서 렌즈를 통하여 눈으로 볼 수 있는 물체의 상의 시각차는 몇 도인가? 이 경우의 확대능은 얼마인가?

2. 처음에 주어진 상태에서 물체만을 이동시켜 눈으로부터 거의 250mm 되는 위치에 상을 형성시켜서 이때의 확대능을 측정하자. 이 결과를 1의 경우와 비교해 보자.

3. 눈(eye), 초점, 물체를 이리저리 이동시켜서 푸른색 화살로 표시한 상이 이동하는 것을 관찰해 보자.

4. 실상을 눈으로 명확하게 관찰할 수 있는 조건을 형성시켜 보자. 이 경우 확대된 상을 맺게 하기 위한 조건은 무엇인가? 이러한 조건을 그림으로 그리고, 각 데이터를 기록해 두자. 실상으로 확대능의 크기가 1보다 큰 상황은 어떤 조건에서 나타나는가?

5. 허상의 경우 언제나 횡배율이 1보다 크다는 것을 확인하자. 이에 따라 물체 사이에 볼록렌즈를 두어 정립상으로 관찰한다면 언제나 확대되어 보일 것이다.

6. 주어진 렌즈, 즉 렌즈의 초점거리를 고정시킨 상태에서 눈의 위치, 렌즈의 위치를 다양하게 변화시켜서 확대능이 최대로 나타나는 경우가 눈이 렌즈에 밀착되고, 상이 눈으로부터 250mm 떨어진 지점에 형성되는 경우라는 것을 확인하자.

[2] 눈이 확대경에 밀착된 경우

1. 렌즈를 최대한 오른쪽으로 이동시키면 눈과의 거리가 0이 되어 렌즈에 눈을 대고 관찰하는 경우가 된다. 이 조건을 유지하면서 물체의 위치, 초점거리 등을 변화시켜서 다양한 상황을 주의 깊게 관찰해 보자.

2. 상을 눈으로부터 250mm에 두고, 초점거리를 변화시켜가며 확대능을 구해보자. 확대능과 초점거리와는 어떤 관계가 성립하는가?

3. 초점거리를 어떤 한 값으로 고정시키고, 상의 위치를 250mm로부터 멀리 보내면서 이 경우의 확대능을 관찰하자. 상의 거리와 확대능 사이의 그래프를 그려보자.