신과수연구회 9월워크숍1-김민성(망원경)&이경희(편광으로 보는 색)

 

< 누드 망원경>

                                      ( 김민성 교사)

1. 망원경의 역사

 망원경은 학생들에게 과학과 관련해 흥미를 유발할 수 있는 좋은 도구다.

그래서 초등학생이나 과학 체험활동으로 제작하는 활동을 하기도 한다.

하지만, 그저 신기한 도구로 그치는 경우가 많다.

망원경이 사물을 확대하는 원리를 광선작도법으로 설명하기는 쉽지 않기 때문이다.

달의 위상변화를 알아보는 그림에서 이상한 점 찾기 및 대항해 시대(항해술 발달: 나침반, 망원경)가 나오게 된 배경에 대한 설명을 하였다. 

대항해 시대에 항해술 발달하며 나침반, 망원경이 발달하게 되었다. 

 

볼록렌즈는 렌즈의 중앙부분이 가장자리보다 두꺼워 볼록한 형태를 띄고 있는 렌즈이다.

볼록렌즈는 빛을 모아주는 역할을 하고 작은 물체를 크게 확대해볼 수 있는 대신에 볼 수 있는 범위는 비교적 작다.

그래서 글씨를 크게 보이게 하는 돋보기의 수제로 가장 많이 쓰이며 현미경, 사진기 등에도 이용되고 있다.

 

오목렌즈는 볼록렌즈와 반대로 중앙부분이 가장자리보다 얇아 오목한 형태를 띄고 있다.

오목렌즈는 빛을 퍼지게 하는 성질을 가져 오목렌즈를 통과해 퍼져간 빛은 이렇게 마치 한 점에서 나온 것처럼 보인다.

오목렌즈는 큰 물체를 작아보이게 하는 대신에 넓은 면적을 한 번에 볼 수 있게 도와준다.

근시안 교정과 망원경 등에 널리 활용되고 있다.

 

반사망원경에 주로 사용 되는 거울도 렌즈와 같이 볼록 거울과 오목 거울이 용도에 따라 구분되어 사용 되고 있다.

하지만 망원경에 사용 되는 렌즈의 역할과는 정반대 역할을 한다. 

 

1) 최초의 망원경은 1608년에 네덜란드에서 한스 리퍼세이(Hans Lippershey) 등이 발명한 굴절 망원경

먼곳을 더 가깝게 보이도록 두 개의 렌즈를 들고 있는 것에서 아이디어 얻어 두 개의 렌즈를 조합함. 

 볼록렌즈로 이루어진 대물렌즈로 빛을 모아 접안 렌즈로 물체의 상을 확대하는 망원경

 

2) 갈릴레오 갈릴레이는 이후에 망원경을 개선하여 천문학 관측에 사용하였다.

- 분화구까지 자세히 그렸음. 

 

빛을 모으는 역할을 하는 대물렌즈(objective)를 거울로 바꾸면서 반사 망원경이 등장했다.

반사망원경은 색수차가 없고 굴절망원경에 비해 큰 구경을 만들 수 있다.

하지만 굴절 망원경에 비하여 대상의 명암이 뚜렷하지 못하고 경통 내부에 대류현상으로 인해 대상이 흔들릴 수 있는 한계가 있다. 

 

3) 케플러식 망원경

갈릴레이식은 접안렌즈가 초점보다 대물렌즈에 가까이 있는데 비해서, 케플러식은 더 멀리 있다는 것이다.

- 꿈이라는 달 세계 여행소설, 달의 사나이 등을 통해 우주에 대한 관심 증대

 

2.  굴절망원경과 반사 망원경의 비교

1) 굴절 망원경

케플러식 망원경

• 대물렌즈로 평행하게 입사된 별 빛이 접안렌즈에서 평행하게 나오면 초점이 잘 맞은 것이다.
• 별 빛들이 모여서 눈으로 전달된다. 즉, 눈으로 보는 것보다 밝게 볼 수 있다.
• 위 그림의 예를 보면, 3˚ 각도로 비스듬하게 들어온 빛이 약 15˚ 각도로 바뀌어 나간다.                                                  이것은 이 망원경을 통해 약 5배 확대된 상을 볼 수 있다는 뜻이다.
• 케플러식 망원경은 시야가 넓은 특징이 있다.

갈릴레오식 망원경

• 대물렌즈로 평행하게 입사된 별 빛이 접안렌즈에서 평행하게 나오면 초점이 잘 맞은 것입니다.
• 별 빛들이 모여서 눈으로 전달됩니다. 즉, 눈으로 보는 것보다 밝게 볼 수 있습니다.
• 위 그림의 예를 보면, 3˚ 각도로 비스듬하게 들어온 빛이 약 15˚ 각도로 바뀌어 나갑니다. 이것은 이 망원경을 통해 약 5배 확대된 상을 볼 수 있다는 뜻입니다.
• 위 그림의 예를 보면, 3˚ 각도로 비스듬하게 들어온 빛이 눈으로 들어오지 못합니다. 이처럼 갈릴레오식 망원경은 관찰 가능한 시야가 좁습니다.

2) 반사망원경

망원경의 집광력은 대물렌즈의 구경과 밀접한 관련이 있다.

대물렌즈의 직경이 두 배 커지면 대물렌즈로 들어오는 빛의 양은 2의 제곱인 4배가 된다.

이 때문에 좀 더 큰 망원경을 선호하게 된다.
그러나, 굴절 망원경은 마냥 크게 만들 수 없다.

렌즈가 커질수록 무거워지고 두꺼워지기 때문이다.

렌즈의 가장자리로 갈수록 유리가 프리즘과 같은 역할을 하여 빛을 색깔별로 분해해 버리기도 한다.

이러한 단점을 보완한 망원경이 반사식 망원경이고,

이 반사식 망원경이 현재 천문 관측에서 가장 많이 쓰이고 있다.

 

 

 

3. 누드 굴절망원경 만들기

 

 

 

 

갈릴레이 망원경의 상을 그린 그림

 

 

크레아티아 블레드 섬에 있던 망원경이다. 

굴절된 상이 보이도록 하였다. 거꾸로 된 상(거꾸로 된 성의 지붕모양)을 볼 수 있다. 

케플러식 망원경은 물체의 상이 거꾸로 보이기 때문에 지상용으로는 부적합하지만,

시야가 넓기 때문에 천체 관측용으로 많이 사용된다. 천체는 뒤집혀 보여도 별 상관 없다.

 

 

 

 

 

 

2. 이경희(편광으로 보는 색)

편광을 이용한 미지의 과일 농도 구하기 및 편광 매직 상자 만들기 활동을 준비해오셨다. 

 

과학탐구실험대회 문제 중에 다음과 같은 문제가 출제되었었다. 

1. 미지 과즙의 당도를 구하는 실험을 설계하기

2. 간이 당도계 설계하기

 

주어진 지문은 다음과 같다. 

5% 설탕물에 의한 광활성과 미지의 물의 광활성에 의한 각도를 비교하여 당도를 측정해보는 활동을 하였다. 

 

 

 

1. 5% 설탕물을 90mL 넣은 메스 실린더에서의 광활성에 의한 색변화 관찰하기