2013년 35회 대통령상

대통령상 ‘물속 물체 허상 위치 관찰 장치’

경북과학고 우진택 군

“동그란 레일 위에 설치된 레이저를 쏘거나 눈을 대고 물체를 보는 구멍에 추정 막대를 끼우면 수조에서 상이 맺히는 정확한 위치를 알 수 있습니다.”빛의 굴절을 실험할 수 있는 ‘물속 물체 허상 위치 관찰 장치’로 경북과학고 1학년 우진택 군이 제35회 전국학생과학발명품경진대회에서 대통령상을 받았다. 우 군은 물속 물체의 허상을 설명하는 교과서 내용의 차이에 주목해 굴절에 대한 올바른 개념을 정립할 수 있도록 돕는 실험 장치를 만들어냈다. 이 작품은 심사위원들로부
터 뛰어난 과학적 탐구 정신과 창의적인 발상이 돋보였다는 평가를 받았다.
우 군이 발명을 시작한 이유는 사소한 궁금증 때문이었다. 그는 중학교 2학년 때 배운 빛의 굴절을 설명하는 내용이 교과서마다 조금씩 다르다는 사실을 발견했다.
“굴절 때문에 상은 물체의 위쪽에 맺힙니다. 물속에 담긴 긴 콜라병이 짧은 콜라병으로 보인다고 느끼는 것도 굴절 때문입니다. 그런데 어떤 교과서에서는 상의 위치를 물체의 위쪽 앞에, 다른 교과서에서는 위쪽 뒤에, 또 다른 교과서에서는 수직 위쪽에 그려 놓았습니다.”
왜 이런 차이가 생기는지 의문을 품고 있던 우군은 과학고에 진학한 뒤 김주완 지도교사와 탐구에 나섰다. 중고교 교과서와 대학 교재 14종을 분석하고 ‘페르마의 원리’와 ‘스넬의 법칙’ 같은 어려운 물리학 개념도 동원했다. 꾸준한 탐구 끝에 우 군은 대부분의 교과서에서 빛의 굴절을 설명할 때 우리 눈의 특성을 고려하지 않았다는 점을 발견했다. 사람의 눈을 한개로 설정하거나 두 눈의 위치를 입체적으로 제대로 반영하지 못해 굴절로 나타나는 상의 위치가 왜곡된다는 것이다. 

우 군은 “한 개의 눈이 보는 빛은 한 개의 평면에만 존재한다”며 “두 눈이 보는 빛은 서로 다른 두 개의 평면이고 이 두 개의 평면이 만나는 선에 상이 생기게 된다”고 설명했다. 물체의 수직 위쪽에 상이 맺힌다는 결론을 내린 것이다.
이런 탐구 내용을 바탕으로 우 군은 실험 장치를 설계했다. 우선 두 눈이 물체에서 같은 위치만큼 떨어져 있다는 점을 고려해 원형 레일을 설치했다. 그리고 레일에 레이저를 달아 수조 속의 물체를 가리키도록 했다. 서로 다른 위치에서 나오는 레이저는 여러 곳에서 바라보는 우리 눈과 같은 역할을 한다.
우 군이 설치한 레이저는 물 표면에서 굴절돼 수조 벽면의 한 점을 가리켰다. 실제 레이저가 가리키는 물체의 수직 위쪽이었다. 레이저는 레일을 따라 원을 그리며 돌기도 하고 물체를 가리키는 각도를 임의로 조절할 수 있도록 설계됐다. 우리 눈이 여러 위치에서 물체를 바라볼 때 어느 곳에 상이 맺히는지 실험할 수 있게 한 것이다.
4개월 동안 우 군을 지도한 경북과학고 김 교사는 실험 장치에 대해 “물뿐 아니라 다른 매질을 넣어도 실험이 가능하다”며 “고등학교 물리 수업 시간에 활용하면 누구든 재미있게 빛의 굴절을 익힐 수 있을 것”이라고 밝혔다.
최새미 동아사이언스 기자
 

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  • 2013년 35회 대통령상

동그란 레일 위에 설치된 레이저를 쏘거나 눈을 대고 물체를 보는 구멍에 추정 막대를 끼우면 수조에서 상이 맺히는 정확한 위치를 알 수 있습니다. 굴절 때문에 상은 물체의 위쪽에 맺힙니다. 물속에 담긴 긴 콜라병이 짧은 콜라병으로 보인다고 느끼는 것도 굴절 때문입니다. 그런데 어떤 교과서에서는 상의 위치를 물체의 위쪽 앞에, 다른 교과서에서는 위쪽 뒤에, 또 다른 교과서에서는 수직 위쪽에 그려 놓았습니다.

우진택
경북과학고등학교

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