이 실험 소개
물체가 빛을 가리는 곳에 그림자가 생깁니다. 빛은 직선으로 이동하므로 그림자가 어디에 어떤 크기로 생길지 정확히 예측할 수 있습니다. 방 안에서 손전등과 오려 낸 사람 모양을 움직이며 바닥과 벽에 생긴 그림자가 커지고 작아지는 모습을 관찰해 보세요. 그런 다음 밖으로 나가 놀이터에 길이 1 m인 막대기를 세우고, 여름과 겨울에 태양이 하늘을 가로질러 움직일 때 그림자의 방향과 길이가 어떻게 변하는지 살펴보세요.
학습 목표
- 그림자는 물체가 빛을 가린 곳에 생기는 어두운 영역이라고 설명한다
- 직선으로 나아가는 빛을 이용해 그림자의 크기와 위치를 예측한다
- 물체가 빛에 가까워질수록 그림자가 커진다는 것을 설명한다
- 물체가 만드는 그림자를 기준으로 재료를 불투명, 반투명, 투명으로 분류한다
- 태양에 의해 생기는 그림자의 길이와 방향이 하루 동안 그리고 한 해 동안 어떻게 변하는지 설명한다
사용 방법
- 1횃불을 낮게 두고 물체를 가까이 놓은 상태에서 시작하세요. 벽에 드리운 그림자를 살펴보세요. 물체를 벽 쪽으로 천천히 끌어당기면서 그림자가 어떻게 변하는지 설명하세요.
- 2물체를 1.2 m 위치로 되돌리세요. 횃불을 들어 올리고 그림자가 벽을 따라 내려와 바닥으로 옮겨 가는 모습을 관찰하세요. 그림자가 언제 벽에 닿지 않게 되나요?
- 3광선을 켜세요. 머리 꼭대기에 막 스치는 광선을 따라가 보세요. 그림자의 가장자리는 그 광선이 닿는 곳입니다.
- 4재질을 반투명으로 바꾼 다음 투명으로 바꾸세요. 각 경우에 그림자가 얼마나 어두운지 비교하세요.
- 5‘태양과 막대기’로 전환하세요. ‘하루 재생’을 누르고 막대기의 그림자를 관찰하세요. 그림자가 가장 짧은 때는 몇 시인가요? 정오에는 어느 방향을 가리키나요?
- 66월과 12월의 오전 9시와 정오를 비교하세요. 어느 달에 정오 그림자가 더 긴가요?
모델
가정
- 횃불은 점광원이므로 그림자의 가장자리가 선명합니다. 실제 횃불은 불꽃의 폭이 넓어서 반그림자라고 하는 부드럽고 흐릿한 가장자리의 그림자를 만듭니다.
- 인물 모양의 평평한 오려 낸 그림이 벽을 향하고 있으며, 벽은 횃불에서 3 m 떨어져 있습니다.
- 태양 보기에서는 현지 태양시를 기준으로 북위 40°에 있는 장소(예: 마드리드, 베이징 또는 뉴욕)를 보여 줍니다. 따라서 정오에는 태양이 가장 높이 떠 있습니다. 적도 남쪽에서는 정오에 태양이 북쪽 하늘에 있습니다.
- 반투명 재료와 투명 재료는 일정한 양의 빛이 통과하는 것으로 표시됩니다. 실제 재료는 통과하는 빛의 양이 다릅니다.
수업에서 해 보기
- Q1그림자 인형극을 위해 벽에 손의 아주 큰 그림자를 만들고 싶습니다. 손을 어디에 두어야 할까요?
- Q2나무 그림자가 오후에는 오전과 반대 방향을 향하는 이유는 무엇인가요?
- Q3친구가 횃불이 더 밝아서 그림자가 더 커진다고 합니다. 맞는 말인가요? 어떻게 시험해 볼 수 있을까요?
- Q46월 정오의 그림자가 12월 정오의 그림자보다 짧은 이유는 무엇인가요?
- Q5침실 커튼으로 불투명, 반투명, 투명 재료 중 무엇이 가장 좋을까요? 그 이유는 무엇인가요?
자주 묻는 질문
그림자는 왜 물체와 같은 모양인가요?
빛은 직선으로 이동하므로 물체의 가장자리를 지나갔을 빛은 계속 직선으로 나아가 벽에 닿습니다. 그림자의 가장자리는 물체의 윤곽을 따라가며, 거리에 따라 늘어나거나 줄어듭니다.
물체가 횃불에 가까워지면 그림자는 왜 더 커지나요?
횃불 가까이에서는 물체가 더 넓은 범위의 빛줄기를 가립니다. 그 빛줄기들은 벽으로 가는 동안 계속 퍼져 나가므로, 빛이 닿지 않는 부분도 더 커집니다.
내 그림자는 12시에 가장 짧나요?
태양이 가장 높이 떠 있을 때, 즉 태양 남중 시각에 가장 짧습니다. 시간대와 서머타임 때문에 시계로는 대략 11시 30분에서 13시 30분 사이일 수 있습니다.
그림자는 왜 완전히 검지 않나요?
빛은 벽과 바닥, 하늘에서 반사되고, 그중 일부가 다른 방향에서 그림자 안으로 들어옵니다. 그래서 그림자 안에 있는 것들도 볼 수 있습니다.