볼록거울과 오목거울

숟가락의 움푹 들어간 안쪽을 들여다 보면 상하가 거꾸로 된 얼굴이 비쳐집니다. 잘 보면 좌우도 거꾸로 비치고 있습니다. 시험삼아 숟가락에 상하 거꾸로 얼굴을 비친 채 오른쪽 눈을 윙크 해 봅시다. 평범한 평면거울에서는 거울의 오른쪽에 비치는 눈이 윙크하지만 스푼 안쪽에서는 왼쪽에 비치는 눈이 윙크합니다. 왜 숟가락 안쪽을 들여다 보면 얼굴이 상하 좌우가 거꾸로 비치는 것 일까요?

겹친 거울에 의한 빛의 반사

한 장의 평면 거울에 자신의 얼굴을 비추면 머리는 거울의 위쪽에, 턱은 거울의 아래쪽에, 왼쪽 눈은 거울의 왼쪽에, 오른쪽 눈은 거울의 오른쪽에 비쳐집니다. 그러면 2장의 평면 거울을 직각으로 연결하여 겹치고 다시한번 거울을 들여다 보자. 직각 상태로 겹친 거울을 들여다 보면 거울 속에 비치는 머리와 턱의 위치는 그대로입니다만, 왼쪽 눈은 거울의 오른쪽에, 오른쪽 눈은 거울의 왼쪽에 비쳐, 좌우가 반대로 비쳐집니다. 이것은 얼굴의 왼쪽이 거울의 오른쪽에, 얼굴의 오른쪽이 거울의 왼쪽에 비치기 때문입니다. 이 겹친 거울을 90도로 눕혀서 얼굴에 대해 상하로 직각이 되게하면 이번에는 상하가 거꾸로 된 얼굴이 비쳐집니다. 숟가락 안쪽은 움푹 들어가 있기 때문에 겹친 거울과 비슷한 기능을 합니다. 그러나 숟가락 안쪽의 표면은 상하 방향과 좌우 방향이 모두 구부러져 있습니다. 따라서 숟가락의 안쪽을 들여다 보면 머리는 숟가락의 아래쪽에, 턱은 숟가락의 위쪽에 비치고, 왼쪽 눈은 스푼의 오른쪽에, 오른쪽 눈은 스푼의 왼쪽에 비쳐집니다.

오목 거울과 볼록 거울에 의한 빛의 반사

표면이 둥근 구면을 한 거울을 구면 거울이라고합니다. 그림을 보았을때 표면이 왼쪽와 같이 움푹 들어간 구면 거울을 오목 거울, 오른쪽과 같이 부풀고 있는 구면 거울을 볼록 거울이라고 합니다. 오목 거울에 평행하게 닿는 빛은 거울 앞 1점에 모이도록 반사됩니다. 이 점을 오목 거울의 초점이라고 합니다. 따라서 오목 거울에는 빛을 모으는 기능이 있습니다. 볼록 렌즈로 햇빛을 모아 검은 종이를 태우는 실험이 있지만 오목 거울을 사용해도 종이를 태울 수 있습니다. 오목 거울로 물체가 상하 좌우 거꾸로 반영되는 것은, 눈과 물체를 놓는 위치가 오목 거울의 초점의 바깥쪽에 있을 때입니다. 이 때 눈을 두는 위치가 초점의 안쪽에 있을 때에는, 물체를 두는 위치에 관계없이 상하 좌우는 거꾸로 되지 않습니다. 숟가락 안쪽에 얼굴을 비추고 눈썹과 눈이 비치도록 얼굴을 숟가락에 가깝게 갑시다. 처음에는 얼굴이 상하 반대로 비치고 있습니다만, 얼굴이 초점의 안쪽에 들어가면, 눈썹이 위로 된 눈이 비쳐집니다. 또한 오목 거울에 물체를 비추는 경우, 눈을 놓는 위치가 초점 바깥쪽에 있더라도 비치는 물체가 초점 안쪽에 있을 때는 물체가 상하 좌우 거꾸로 반영되지 않습니다. 볼록 거울에 평행하게 입사하는 빛은 그림과 같이 퍼지도록 반사합니다. 볼록 거울은 물체를 작게 비추는 기능이 있어 평면 거울보다 넓은 범위를 비출 수 있습니다. 눈을 어디에 두든, 물체를 어디에 두든, 오목 거울처럼 물체가 상하 좌우가 거꾸로 보이지는 않습니다. 볼록거울은 자동차의 백미러나 시야가 안 좋은 도로의 커브나 교차점에서 반사경으로 사용되고 있습니다. 반사의 법칙을 이용하여 이쪽에서 보이지 않는 곳을 거울로 보이게 하는 것과 동시에, 보다 폭넓은 범위를 보여주기 위해 볼록 거울이 사용되고 있습니다.