[소년중앙] 할머니 돋보기엔 왜 볼록한 렌즈 넣을까

‘과학, 실험, 으악 따분해!’라고 느낀 적 있나요. 이제 걱정하지 말아요. 소년중앙이 집에서 준비할 수 있는 물건으로 재미있는 실험을 시작합니다. 초등학교 과학 연구 교사 모임 아꿈선(www.아꿈선.com)과 함께하는 소꿈연구실이에요. 소꿈연구실에서 가벼운 실험을 하나씩 성공하다 보면 과학과 친해질 수 있을 거예요. 차근차근 따라 해 보고, 소년중앙 홈페이지(sojoong.joins.com)에 인증도 해봅시다.

오늘의 실험

빛과 렌즈로 놀이하기

준비물

숫자판, 레이저 지시기, 스탠드, 초시계, 레이저용 보호 안경, 손잡이 달린 볼록렌즈

실험 과정

① 숫자판에 스탠드를 고정합니다. 실험에 앞서 레이저용 보호 안경을 착용해 눈을 보호합니다.

② 셀로판테이프로 레이저 지시기 전원을 눌러 계속 켜진 상태로 만들어요.

③ 레이저 지시기의 불빛이 숫자판의 0을 가리키도록 스탠드에 고정합니다.

④ 레이저 지시기와 숫자판 사이에서 볼록렌즈를 움직여 볼까요. 볼록렌즈가 빛을 모아 다른 각도로 보내는 걸 볼 수 있죠.

⑤ 한 친구가 숫자판 위에 있는 숫자를 말하면 다른 친구는 친구가 말한 숫자에 레이저 불빛이 닿도록 볼록렌즈를 움직여 보세요. 각자 볼록렌즈로 레이저 불빛을 조절, 숫자판 위 숫자를 가리키는데 걸린 시간을 재며 속도를 비교할까요.

오늘의 개념. 렌즈의 세계

빛의 굴절과 볼록렌즈

망원경

빛이 유리·물 등 투명한 물체를 만나면 어떻게 될까요. 빛은 투명한 물체를 만나면 그대로 통과하죠. 이때 빛은 투명한 물체를 통과한 각도에 따라 나아가는 방향이 꺾여요. 이 자연 현상을 ‘빛의 굴절’이라고 부르죠. 빛이 굴절될 때는 한 가지 특징이 있어요. 빛은 항상 투명한 물체의 두꺼운 쪽으로 꺾여 나간다는 거예요. 이런 빛의 특징을 이용해서 투명한 물체를 다양한 모양으로 만든 게 바로 렌즈의 시작입니다. 렌즈는 유리·플라스틱 등의 투명한 물질을 오목하거나 볼록한 모양으로 만들어 빛이 나아가는 방향을 바꾸는 기구예요. 이때 가운데가 볼록하면 볼록렌즈, 가운데보다 가장자리가 두꺼우면 오목렌즈라고 해요. 앞서 말한 대로 빛은 투명한 물체의 두꺼운 쪽으로 꺾이기 때문에 볼록렌즈는 볼록한 렌즈 가운데로, 오목렌즈는 두꺼운 렌즈의 가장자리 쪽으로 빛이 꺾입니다. 그럼 사람들은 왜 렌즈를 오목하거나 볼록하게 만들었을까요. 렌즈의 모양에 따라 대상을 더 선명히 보거나 크게 볼 수 있기 때문이에요. 볼록렌즈는 빛을 모으기 때문에 실제 글자에 렌즈를 비추면 원래 크기보다 더 확대돼요. 따라서 돋보기나 망원경에 사용하죠. 오목렌즈는 반대로 빛을 모으지 않고 오히려 멀리 퍼뜨려요. 볼록렌즈로 보면 물체를 더 확대해서 볼 수 있지만 오목렌즈로 물체를 보면 같은 시야라도 더 많은 것을 볼 수 있어요. 자세히 볼 순 없지만 그냥 눈으로 보는 것보다 넓게 보기 때문에 카메라 렌즈에 많이 쓰죠.

콘택트렌즈는 누가 만들었을까

한 남성이 손을 깨끗하게 씻은 후 콘택트렌즈를 착용하려 하고 있다. [사진제공=고대구로병원]

천재 예술가 레오나르도 다 빈치(Leonardo da Vinci·1452~1519)는 과학·조각·발명·지질학 등 다양한 분야에서 천재성을 가진 사람이죠. 갑자기 왜 다 빈치 이야기를 하냐고요. 바로 우리가 흔히 사용하는 콘택트렌즈를 처음 언급했고, 구체적인 모양까지 그려낸 사람이기 때문이에요. 1508년 다 빈치가 발간한 ‘눈의 습관’이라는 책을 보면 그는 우연히 물이 가득 찬 둥근 유리그릇에 눈을 갖다 대었다가 물체가 뚜렷하게 보인 것을 경험해요. 이를 바탕으로 유리 모양의 렌즈를 이미지화해서 스케치로 남기죠. 때문에 다 빈치가 그린 명작 ‘모나리자’의 모델이 콘택트렌즈를 끼고 있었다는 주장도 있어요. 모나리자의 눈동자를 자세히 보면 시선이 좌우 미세하게 다른 쪽을 향하는데 다 빈치가 그런 실수를 할 리 없고 자신의 발명품인 콘택트렌즈를 착용시켰기 때문이라고 생각하는 거죠. 하지만 현재까지는 아직 렌즈를 만들었다는 증거를 발견하지 못했다고 해요. 콘택트렌즈는 다 빈치 이후에도 많은 이들이 고민했어요. ‘나는 생각한다. 고로 존재한다’의 명제로 유명한 데카르트는 각막에 액체를 넣은 물체를 직접 갖다 대는 방법을 생각했으며, 19세기 과학자 토마스 영은 물을 넣은 ‘눈 컵(eyecup)’을 만들어 자신의 눈앞에 대고 렌즈처럼 활용했죠. 콘택트렌즈를 최초로 발명한 이는 1888년 스위스의 의사 아돌프 피크였어요. 유리로 콘택트렌즈를 만드는 데 성공한 것이죠. 지금 우리가 사용하는 콘택트렌즈의 모습이 된 건 1959년 ‘네이처’ 지에 ‘물을 흡수하는 플라스틱 재질의 젤’에 관한 논문을 발표되면서예요. 이를 통해 소프트 렌즈인 ‘하이드로겔 렌즈’가 제작되죠. 하드 렌즈보다 착용감이 부드럽고 산소 투과성도 향상돼 현재 많은 사람들이 사용합니다.

글=김선왕 아꿈선 영상팀장
정리=강민혜 기자 kang.minhye@joongang.co.kr