빛과 상과 색에 관한 이야기

빛과상

빛과 상

 

광선

빛을 내는 물체를 광원이라고 하는데 광원에서는, 광선이 모든 방향으로 퍼진다. 광선은 물체에 부딪히면 보통은 반사되지만 광선이 사람의 눈에 들어오면 사람은 광원을 보거나 광선을 반사한 물체를 볼 수 있다. 광선이 눈에 들어오는 각도에 의해서 물체의 크기를 알 수가 있다. 

 

시각

사람 눈의 수정체는 물체에서 오는 광선을 굴절시키며 안쪽에 전달한다. 그리고 망막은 빛을 받아들여서 물체의 상을 만든다. 그다음 상은 신경충격으로 바뀌어 뇌에 전달된다. 망막 위에 생기는 상은 거꾸로 되어 있는데. 뇌가 그것을 바로 세워서 읽어낸다. 

 

상의 형성

광선이 퍼지다가 유리 같은 투명한 물체를 만나면 방향이 바뀌거나 굴절된다. 가까운 곳의 물체를 렌즈를 통해서 보면 실제보다 아주 크게 보이는데 눈에 들어오는 광선이 만드는 각도가 렌즈가 없을 때보다 커지기 때문이다. 

 

빛의 발생

여러 가지 형태의 빛이 있지만 모두 다 원자 내부의 전자가 만드는 것이다. 전자가 여분의 에너지( 전기나 열 등)를 얻으면 원자핵에서 더 멀리까지 이동하게 된다. 중력이 공중으로 던진 돌을 바닥 쪽으로 당기는 것처럼 원자 내부의 전기적인 힘은 전자를 원래 위치로 끌어당긴다. 돌은 떨어지면 소리를 내지만 전자는 빛을 내게 된다. 뜨거운 불꽃에 있는 수백만 개의 작은 검은 입자들이 양초의 노란 불빛을 만들어 낸다. 양초에 불을 붙이면, 초가 녹아서 생긴 촛농은 심지를 타고 올라가 기화하여 공기 중에서 타버린다. 촛농이 연소 되면서 열과 검은 입자가 생긴다. 형광등은 수은의 기체가 채워진 기다란 유리관이다. 기다란 유리관의 양 끝에 있는 가열된 전극에서 나온 전자들이 기체를 통과하면서 수은 원자 속 전자를 들뜨게 만들고 이때 수은 원자에서는 눈에 보이지 않는 자외선이 나온다. 이 자외선이 관의 안쪽에 코팅되어있는 형광 물질에 부딪히면 형광 물질 속의 전자는 에너지를 얻어 가시광선을 방출하게 된다. 이것이 형광등이 빛을 내는 과정이다. 

 

가산 혼색과 감산 혼색

우리는 물체가 여러 개의 색을 가지고 있다고 생각한다. 하지만 사람의 눈에 보이는 것은 빨강, 파랑, 초록 3원색이 다이다. 그 외의 색은 이 3원색을 가진 빛이 혼합되어서 보이는 것이다. 그래서 TV처럼 영상이 빛으로 되어있다면 3원색의 빛을 적당히 혼합하면 눈으로 볼 수 있는 모든 색의 구현이 가능하다. 이처럼 빛을 더해서 색을 혼합하는 것을 가산 혼색 또는 가산 혼합이라고 한다. 이런 방법은 TV나 무대조명들에서 활용된다. 반대로 감산혼색은 빛을 내지 않는 잉크나 물감 그 자체로 백색광 속에 있는 일부 색을 반사하고 나머지 색을 흡수한다. 이렇게 반사된 원색이 우리가 보게 되는 색이다. 백색광에서 색을 빼는 것을 감산 혼색 또는 감산혼합이라고 한다. 감산 혼색의 기본이 되는 색은 노랑, 시안, 마젠타이다. 잉크나 물감의 색은 세 가지 색의 비율을 적당히 변화시켜서 만든다. 이런 원리는 컬러사진이나 수채화 등에 이용된다. 이 세 가지 색을 모두 더하면 검은 색이 된다. 

 

거울

평평한 거울에 광선이 부딪히면 공이 튀듯이 반사하는데, 광선이 거울 면에서 부딪히는 각도와 반사되어 되돌아오는 각도가 정확히 같다. 거울 면에서 반사된 광선은 거울 안에 있는 물체로부터 직접 나오는 것처럼 보이기 때문에 우리에게는 마치 거울안에 물체가 있는 것처럼 보인다. 이 물체의 사은 허상이며 스크린 위에는 비출 수 없고 좌우가 반대 방향으로 보인다. 하지만 잠망경으로 보는 상은 물체와 똑같은데 이것은 두 개의 거울을 써서 반대로 보이는 상을 한 번 더 바꾸어 주기 때문이다.

 

렌즈

빛을 이용하는 장치 중 렌즈는 가장 중요한 기능을 한다. 카메라, 영사기, 망원경, 현미경 등의 광학 기기는 모두 다 렌즈를 이용해서 상을 만들어낸다. 시력이 나쁠 때 렌즈를 통해 더 잘 보이게 할 수 있는 콘택트렌즈나 안경은 렌즈는 빛의 굴절을 이용한 것이다. 여기서 굴절이란 광선이 투명체에서 다른 투명체로 들어갈 때 방향이 꺾이는 것을 말한다. 렌즈의 경우엔 유리와 공기가 투명체가 된다. 안경과 콘택트렌즈의 역할은 눈의 렌즈인 수정체가 광선의 각을 제대로 바꾸지 못해 선명한 상을 만들 수 없을 때, 그것을 보완해 주는 역할을 하게 된다. 렌즈는 유리나 플라스틱 등을 연마해서 만들고, 콘택트렌즈는 주로 아크릴 수지가 사용된다.