[理知논술/교과서로 논술 잡기]과학영역

‘아침에 무지개 뜨면 소를 강가에 매지말라’ 속담 의미는?

주제: 파동과 입자

<제시문1>

비가 내리고 갠 뒤에 하늘엔 물기가 많이 남아 있고, 태양의 반대편 하늘에 물방울들이 프리즘 역할을 하여 태양광선이 물방울 안에서 반사 굴절되어 무지개가 나타나게 된다.

때로 쌍무지개가 만들어지기도 하는데 제1차 무지개는 물방울에 의한 2회의 굴절과 1회의 반사에 의해서, 제2차 무지개는 2회의 굴절과 2회의 반사에 의해서 나타나는 것으로 알려져 있다.

물방울에 의해서 빛이 어떻게 분산되는지를 이해하려면 하나하나의 구형 물방울에서 어떤 일이 일어나는지 생각해 보아야 할 것이다. 보통 무지개는 그림(a)와 같이 물방울에서 일어나는 두 번의 굴절과 1번의 반사에 의해 만들어진다. 물방울에 의한 한 번의 굴절과 반사를 통해 물방울의 아래쪽 표면에 도착한 광선의 일부는 공기 중으로 굴절된다. 두 번째 굴절은 프리즘에서의 굴절과 비슷한데, 프리즘에서는 두 번째 표면의 굴절에서는 첫 번째 표면을 통해 이미 만들어진 분산이 더욱 확대되어 나타난다. 두 번 굴절되고 한 번 반사된 빛은 작은 영역의 각도에 집중되어 나타난다. 각각의 물방울들은 모든 색깔의 스펙트럼이 나타나도록 빛을 분산시킨다. 그러나 관찰자는 특정한 위치에서 하나의 물방울로부터는 하나의 색깔만을 보게 된다. 만일 어떤 하나의 물방울로부터 나온 보라색 빛이 우리 눈에 들어오면 같은 물방울에서 나온 빨간 빛은 우리 눈 아래쪽을 비추게 된다. 빨간 빛을 보려면 하늘에 더 높이 떠 있는 물방울을 봐야 한다. 그림(b)를 참고해서 보면, 물방울로 입사하는 태양 광선과 분산된 빛이 이루는 각도가 42도인 곳에서 빨간색이 보인다. 태양 광선과 분산된 빛이 이루는 각도가 40도일 때 보라색이 보인다. 분산된 빨간 빛을 보려고 42도를 올려다볼 필요는 없다. 42도를 이루는 원호를 따라가 보면 어디서나 빨간 빛을 볼 수 있다.

<제시문 2>

빛의 속도는 항상 같은 것이 아니라 통과하는 물질에 따라서 다르게 나타난다. 빛은 진공보다는 공기 중에서 더 느리게 진행하고 물을 통과할 때는 속도가 더 느려진다. 빛이 통과하는 물질의 밀도가 클수록 속도는 점점 더 느려지게 된다. 또한 빛은 다른 물질로 들어갈 때 경계에서 꺾이는 굴절현상이 나타난다. 시냇가에서 물속의 돌을 손으로 잡으려 하면 눈으로 보는 것보다 물이 더 깊은 것을 알 수 있다. 이것은 공기 중에서 진행하던 빛이 물로 들어가면서 방향이 굴절되어 실제보다 얕게 보이기 때문이다. 또한 투명한 유리컵 속에 젓가락을 넣고 보면, 젓가락이 휘어져 있는 것처럼 보인다. 빛이 꺾이는 이유는 바로 공기 중에서 빛이 오는 속도와 물속에서 빛이 움직이는 속도가 서로 다르기 때문이다. 바로 빛이 진행하는 속도에 변화가 생기면 꺾이게 되는 것이다.

글 싣는 순서(과학)
번호	주제	분류
1	물질대사	생물
2	소음	물리
3	전해질과 이온	화학
4	지각변동	지학
5	순환과 배설	생물
6	힘과 운동	물리
7	산과 염기의 반응	화학
8	날씨의 변화	지학
9	인체와 건강	생물
10	일과 에너지	물리
11	반응 속도	화학
12	해양의 성질	지학
13	자극과 반응	생물
14	전기와 자기	물리
15	금속의 부식	화학
16	태양계	지학
17	생식	생물
18	파동과 입자	물리
19	공기	화학
20	우주	지학
21	생태계와 환경오염	생물
22	에너지의 사용	물리
23	우리 주변의 화합물	화학
24	지구환경의 변화	지학

이러한 빛의 굴절 현상 때문에 신기루가 발생하기도 한다. 물체의 윗부분, 나무꼭대기에서 아래쪽으로 반사된 햇빛은 보통 차가운 공기를 지나 똑바로 나아갈 것이다. 각도 때문에 그 빛을 정상적으로 볼 수 없지만, 그 빛은 지표 가까이의 밀도가 희박해진 뜨거운 공기층을 지나면서 위쪽으로 구부러지므로 관측자의 눈에는 마치 그 빛이 뜨거운 지표면 아래쪽에서 나온 것처럼 보이게 된다. 반사된 빛 중에 일부는 굴절하지 않고 똑바로 눈에 들어오기 때문에 나무의 직접상도 볼 수 있다. 이 두 상 가운데 하나는 나무의 실상이고 다른 하나는 물에 반사된 것처럼 거꾸로 보이는 상이다. 하늘이 신기루의 대상이 되면 땅이 호수나 물의 표면으로 잘못 인식된다.

[논제 1]

한국에서는 옛날에 무지개 현상을 보고 홍수를 예상했다. 한 가지 예로서 ‘아침에 무지개가 서면 소를 강가에 내 매지 말라’는 속담이 있다. 이 속담의 의미를 설명해 보시오.

[논제 2]

뜨거운 여름날 차를 타고 아스팔트의 도로를 달리다 보면, 앞쪽 먼 곳의 도로에 물이 고여 있는 것처럼 보일 때가 있다. 그러나 물이 고여 있는 장소에 도착해 보면 물은 볼 수 없고 다시 저 멀리에서 물이 고여 있는 것이 보인다. 왜 이런 현상이 생기는지 논술하시오.

※ 출제 의도

우리가 보는 빛의 여러 가지 현상 중에 아름다운 무지개와 신기루는 굴절과 분산현상을 통하여 설명할 수 있다. 빛의 속도 차이 때문에 굴절이 생긴다는 것에 주목하여 접근하면 신기루를 이해할 수 있고, 무지개는 항상 태양의 반대쪽에 생긴다는 단순한 원리와 많은 물방울 속에서의 굴절에 의해 생긴다는 점에 기초하여 접근하면 일기 속담을 이해할 수 있다.

☞ 배경지식과 예시답안은 이지논술 홈페이지(www.easynonsul.com)에 있습니다.

정원재 청솔 아우름 통합논술 강사