안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
물속 빨대가 꺾여 보이는 현상은 빛이 서로 다른 물과 공기라는 매질을 통과할 때 속도 차이로 인해 진행 방향이 변하는 빛의 굴절과 뇌의 시각적 착시가 결합하여 발생합니다. 빛은 통과하는 물질의 굴절률에 따라 진행 속도가 달라지는데, 공기는 밀도가 낮아 빛이 매우 빠르게 진행하는 반면, 공기보다 밀도가 약 800배 높은 물속에서는 빛의 속도가 약 25% 느려집니다.
물속에 있는 빨대 표면에서 반사된 빛이 물을 빠져나와 공기 중으로 진행할 때, 경계면에서 속도가 갑자기 빨라져 비스듬한 각도로 경계면에 도달한 빛은 속도가 증가하면서 경계면의 수직선에서 멀어지는 방향으로 굴절되어 꺾이게 됩니다.
또한, 인간의 뇌는 눈으로 들어온 빛이 항상 꺾이지 않고 직선으로만 들어왔다고 판단합니다. 눈은 물을 거치며 꺾여 들어온 빛을 받아들이지만, 뇌는 그 빛의 들어온 각도 그대로 직선으로 역추적하여 사물의 위치를 계산합니다. 그 결과 물속 빨대의 실제 위치보다 더 위쪽에 맺힌 상을 보게 됩니다. 결국 공기 중에 있는 빨대는 원래 위치 그대로 보이지만, 물속에 있는 빨대는 굴절로 인해 실제보다 위로 떠 올라 보이기 때문에 물과 공기의 경계면에서 빨대가 부러지거나 꺾인 것처럼 관찰되는 것입니다.