유리컵에 물을 담고 빨대를 넣으면 꺾여 보이는 현상이 나타나는 이유는?

Question

유리컵에 물을 담고 빨대를 넣으면 꺾여 보이는 현상이 나타납니다. 이 것은 빛이 공기에서 물로 들어갈 때 속도가 달라지며 꺾이는 굴절 현상이라고 하는데, 자세한 설명 부탁드려요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

유리컵 속 빨대를 넣으면 빨대가 꺾여 보이는 것은 물과 공기라는 매질의 밀도 차이로 인해 빛의 진행 속도가 달라지며 바깥으로 나가는 빛의 경로가 꺾이는 굴절 현상 때문입니다.

빛은 진공에서 가장 빠르고, 입자가 빼곡한 물질을 통과할수록 느려지기 때문에 공기 속에서 빛의 속도는 밀도가 더 높은 물속에 들어가면 그 속도가 감소합니다. 따라서 빛이 물속에 잠긴 빨대 표면에 맞고 튕겨 나와 우리 눈으로 향할 때 빛이 물(에서 공기로 빠져나오는 순간, 경계면의 수직선에서 더 멀어지는 방향으로 꺾이고, 사람의 뇌는 눈에 들어온 빛이 당연히 직선으로 곧게 왔을 것이라고 착각합니다. 뇌는 꺾여 들어온 빛의 연장선을 역으로 그어, 물속 빨대의 위치가 실제 위치보다 더 위쪽에 떠 있는 것으로 인식합니다. 그 결과 공기 중의 빨대와 물속의 빨대가 경계면에서 끊겨 꺾인 것처럼 이게 되는 것입니다.