Ch5. 빛과 파동 Lesson 1 빛과 색

# 이번장의 목표

a) 우리의 눈으로 색깔을 보는 원리를 이해한다.

b) 빛의 합성의 원리를 이해한다.

c) 물체의 색을 파악할 수 있는 원리를 이해한다.

 

1. 물체를 보는 과정

1) 빛의 경로

물체를 보려면 빛이 존재해야 하고 그 빛이 눈에 들어와야 합니다.  이때 스스로 빛을 내는 물체를 광원이라고 합니다.

 

광원: 태양과 전등과 같이 스스로 빛을 내는 물체

광원의 예) 태양, 전등, 촛불, TV 번개, 레이저, 반딧불이, 휴대전화 화면

광원이 아닌예) 달, 지구, 거울, 종이 책, 사람

 

광원에서 나온 빛은 직진합니다. 이 직진하는 빛이 물체를 만나면 반사되고, 물체에 막혀서 빛이 도달하지 않은 부분에는 그림자가 생깁니다. 이렇게 특별한 장애물이 없을때 빛이 곧게 나아가는 성질을 빛의 직진이라고 합니다.

빛에 대한 기본 사항입니다. 반사와 직진 그림자에 대해 이해해 보도록 합시다.

2) 물체를 보는 원리

빛이 완전히 차단되어 있는 암실에서 우리는 어떠한 물체도 보지 못하기 때문에 물체를 볼려면 빛이 존재해야 하고 우리의 눈으로 그 빛이 들어와야 우리는 그 물체를 볼 수 있습니다. 

 

광원을 볼때  - 광원에서 나온 빛이 우리눈에 직접 들어오면 광원이 보입니다.

광원이 아닌 물체를 볼때 - 광원에서 나온 빛이 물체에 반사되고 난 후 그 반사된 빛이 우리눈에 들어오게 되면 물체를 볼 수 있습니다.

 

광원을 직접 볼때와 광원이 아닌 물체를 볼때를 잘 구분합시다.

 

 

2. 빛의 합성과 물체의 색

1) 빛의 합성

빛의 삼원색은 빨간색, 초록색, 파란색 입니다. 이러한 빛들이 적절하게 합성이 되어 여러 다른색의 빛으로 보이게 할 수 있습니다. 이러한 현상을 빛의 합성이라고 합니다.

 

빛의 합성 공식

빨간색+초록색 = 노란색

빨간색+파란색 = 자홍색

초록색+파란색 = 청록색

빨간색+초록색+파란색=흰색

 

보색

두가지 색을 합성하였을때 백색이 되는 두가지 빛의 색을 서로의 보색이라고 합니다.

위의 흰색 공식에서 만들어 보시면 됩니다.

빨간색+(초록색+파란색)=빨간색+청록색=흰색, 즉 빨간색과 청록색은 보색입니다.

(빨간색+초록색)+파란색=노란색+파란색=흰색, 즉 노란색과 파란색은 보색입니다.

초록색+(빨간색+파란색)=초록색+자홍색=흰색, 즉 초록색과 자홍색은 보색입니다.

 

이를 다음의 그림으로도 같이 머리에 정리해 둡시다.

합성의 원리를 정확히 암기합시다.

백색광

백색광은 위와같이 여러가지의 색이 고르게 합성되어서 흰색으로 보이는 빛을 백색광으로 합니다.

따라서 프리즘과 같은 장치를 쓰면 백색광이 경계가 없는 무지개색으로 구성되어 있는 것을 알 수 있습니다.근데 프리즘을 통과해도 한가지 색으로 보이는 빛이 있는데 이를 단색광이라고 합니다.

 

백색광의 예: 햇빛, 백열등, 형광등

단색광의 예: 레이져 빛, 나트륨등

 

따라서 우리가 많이 보는 영상장치도 이러한 빛의 합성의 원리를 이용한 것입니다. RGB라는 얘기를 많이들 들어보셨을 것입니다. 즉 Red, Green, Blue 의 줄임말로 TV나 컴퓨터 화면은 이 빛의 삼원색을 가지고 있는 화소로 빽빽하게 이루어져 있으면서 적절한 전기적 신호를 이용해서 다양한 색의 색깔을 표현해 내는 것이죠.

화면은 확대해 보면 저렇게 빛의 3원색으로 표현되는 화소로 구성되어 있습니다.

 

이러한 빛의 합성을 이용해서 나타내는 법은 무대조명이나, 점묘화 등의 기법에서도 잘 나타나 있습니다.

 

빛의 합성을 이용한 기술은 우리주변에 다양하게 존재하죠.

 

2) 물체의 색

그럼 우리는 물체의 색을 어떻게 판단을 할까요?? 백색광이 들어오면 물체들은 일부색의 빛을 흡수하고 나머지 색의 빛을 반사합니다. 그러면 우리의 눈은 그 반사된 빛을 보고 물체의 색깔을 판단합니다. 즉 물체의 색은 백색광에서 물체에 흡수된 빛이 아닌 물체에서 반사되어 나오는 빛의 색이 됩니다.

 

그럼 몇가지 예시를 보도록 합시다.

흰색 - 모든 빛이 반사되면 흰색으로 보입니다. 

검은색 - 물체가 모든 빛을 흡수하면 검은색으로 보입니다.

 

다음의 과일의 예시를 한번 보도록 합시다.

 

다음의 설명을 읽어 보세요

초록색 피망 - 백색광에서 다른빛은 흡수하고 초록색빛만 반사한경우

노란색 피망 - 백색광에서 다른빛은 흡수하고 빨간색과 초록색빛만 반사한 경우

체크 그릇의 흰부분 - 백색광의 모든 빛을 반사한 겨우

체크 그릇의 검은부분 - 백생광의 모든 빛을 흡수한 경우

 

그럼 투명한 물체의 색깔은 어떻게 될까요??

 

파란색 유리는 과연 어떤 원리로 우리눈에 파란색으로 보일까요?? 당연히 유리가 다른 빛은 다 흡수해 버리고 파란색만 보이게 하니까 그렇겠죠?? 하지만 투명하니까 이런식으로 생각하면 편합니다. 

 

파란색 유리 - 나머지 빛은 통과시키지 않고 파란색만 통과 시킨다

완전투명유리 - 모든 빛을 통과 시킨다

자홍색 유리 - 빨간색과 파란색만 통과 시킨다.

 

우리가 일반적으로 물체를 보는 것은 백색광하이긴 합니다. 그럼 광원을 제한하면 물체의 색깔은 어떻게 보일까요 그 부분을 공부해 보도록 합시다.

 

3) 조명에 따른 물체의 색

조명에 다른 물체의 색이 비추어 보이는 원리를 생각해 보도록 합시다. 다음의 예시를 보면서 이런 색깔로 보이는 원리를 이해해 보도록 합시다.

 

 

- 백색광 하에서는 꽃은 빨간색빛만 반사하고 잎은 초록색을 반사합니다.

- 빨간색 조명하에서는 잎은 초록색만 반사하므로 빨간색 빛은 흡수해 버립니다. 그래서 반사되는 빛이 없으므로 잎은 검은색으로 보입니다. 꽃은 빨간색은 반사하므로 빨간색으로 보입니다.

- 초록색 조명하에서는 잎은 초록색을 반사하므로 잎은 초록색으로 보입니다. 꽃은 초록색을 흡수해 버리므로 검은 색으로 보입니다.

- 파란색 조명하에서는 잎과 꽃 모두 파란색을 흡수해 버리므로 검은 색으로 보입니다.

 

근데 주의하셔야 하는 부분은 여기서도 빛의 합성의 원리는 작용한다는 것입니다.

 

예시1

 

백색광원하에서는 노란색으로 보이는 물체입니다.

빨간색 광원하에서는 노란색이 빨간색+초록색 이므로 빨간색을 반사해서 빨간색으로 보입니다.

파란색 광원하에서는 파란색 광원은 흡수해 버리므로 검은색으로 보입니다.

 

예시2

 

백색광원하에서는 청록색으로 보이는 옷입니다.

빨간색 광원하에서는 빨간색 광원을 흡수해 버리므로 검은색으로 보입니다.

파란색 광원하에서는 청록색=파란색+초록색 이므로 파란색을 반사합니다. 그리고 파란색으로 보입니다.

노란색 광원하에서는 노란색=빨간색+초록색 이고 청록색=파란색+초록색이므로 초록색만 반사합니다. 그래서 초록색으로 보입니다.

자홍색 광원하에서는 자홍색=빨간색+파란색 이고 청록색=파란색+초록색이므로 파란색만 반사합니다. 그래서 파란색으로 보입니다.

 

위의 여러 예시에서 보시다시피 빛의 광원에 무슨색이 있는지 판단하시고 옷이 어떤색으로 구성이 되어 있는지 판단하셔서 같은색이 반사되어 보인다라고 판단하시면 됩니다. 반드시 빛의 삼원색으로 접근학셔야 합니다. 위의 예시에서 잘 이해해 보세요

 

# 이번장의 핵심정리

a) 광원에서 나오거나 물체에서 반사된 빛으로 물체를 볼 수 있다.

b) 빛의 삼원색은 빨간색, 파란색, 초록색이고 두가지 이상의 빛이 합쳐져서 다양한 색깔로 나타나게 된다.

c) 물체의 색은 물체에서 반사되어 우리눈에 들어오는 빛의 색이고 조명이 달라지게 되면 반사하는 빛의 색이 바뀌어서 물체의 색이 다르게 보이게 됩니다.