KR100414663B1 - 빛의 진행경로를 쉽게 관찰할 수 있는 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빛의 진행 경로를 관찰하기 위한 실험 장치에 관한 것으로, 빛의 직진, 빛의 반사, 빛의 굴절에 관한 기본적인 개념을 이해하기 쉽도록 렌즈나 프리즘 속에서도 빛의 진행 경로를 가시화하여 눈으로 볼 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 성형용투명수지에 야광안료와 색소를 첨가하여 레이저광선이 수지 속을 지나갈 때 야광안료에 의하여 산란되어 광선의 경로가 가시화되도록 한 것으로 렌즈나 프리즘 속에서도 빛의 진행 경로를 볼 수 있으며 굴절광선이나 반사광선을 별도의 장치없이 손쉽게 관찰할 수 있다.

기존의 빛의 경로를 관찰하는 실험 기구들은 렌즈나 프리즘 속에서 빛의 경로를 관찰하는 것이 불가능하였다. 광수지 렌즈는 이러한 점에 착안하여 렌즈 속에서도 빛의 경로를 볼 수 있도록 안출된 것이다.

Description

빛의 진행경로를 쉽게 관찰할 수 있는 실험장치{Light experimentation device}

본 발명은 빛의 진행 경로를 쉽게 관찰하기 위한 실험 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 빛의 직진, 빛의 반사, 빛의 굴절에 관한 기본적인 개념을 이해하기 쉽도록 렌즈나 프리즘 속에서도 빛의 진행 경로를 가시화하여 눈으로 볼 수 있도록 한 것이다.

주지된 바와 같이 학생들이 과학의 기본원리를 학습하는 과정 중에서 빛이 어떻게 굴절되고 반사되는가 등의 진행경로를 이해하는 것이 매우 중요한 것으로 학교의 교과과정에는 그러한 빛의 진행경로에 대한 학습과정이 비중있게 게재되어 있다.

그러나 이러한 빛의 굴절과 반사 경로에 대한 실험을 함에 있어서 일반적인 렌즈나 프리즘으로는 빛의 진행경로를 관찰할 수가 없었는데, 그 이유는 빛이 일반적인 투명렌즈를 통과할 때 아무런 장애를 받지 않고 통과하므로 눈으로는 진행경로를 볼 수가 없기 때문이다.

따라서 종래의 빛의 진행경로에 대한 실험으로는 빛의 굴절상태를 직접학인할 수가 없고 단지 렌즈나 프리즘을 통과한 후의 상태로서 렌즈나 프리즘 내부에서의 굴절을 예측할 수 밖에 없었으므로 학습효과가 매우 저조하였다 할 것이다.

본 발명은 수지를 이용하여 실험기구를 구성함에 있어서, 투명수지에 빛을 산란시킬 수 있는 재료를 포함하여 제조함으로써 빛의 산란을 이용하여 빛의 성질을 관찰할 수 있도록 한 여러가지 형태의 렌즈와 프리즘 등의 실험기구와, 이러한 실험기구를 효과적으로 사용할 수 있도록 하는 장치를 제공함으로써 레이저광선의 경로를 렌즈나 프리즘 등의 내부에서도 가시화하고 그에 따라 빛의 성질을 학습하기에 매우 용이하도록 함을 목적으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실험장치를 도시한 구성도

도 2는 본 발명의 광수지볼록렌즈를 이용한 실험도

도 3는 본 발명의 광수지오목렌즈를 이용한 실험도

도 4는 본 발명의 광수지프리즘을 이용한 실험도

도 5는 본 발명의 광수지프리즘을 이용한 볼록렌즈 형태의 원리 실험도

도 6은 본 발명의 광수지프리즘을 이용한 오목렌즈 형태의 원리 실험도

도 7은 본 발명의 광수지직각프리즘을 이용한 전반사 실험도

도 8은 본 발명의 광수지사각굴절판을 이용한 빛의 반사 실험도

도 9는 본 발명의 광수지사각굴절판을 이용한 빛의 굴절 실험도

도 10은 본 발명의 광수지사각굴절판을 이용한 빛의 내부전반사 실험도

도 11은 본 발명의 광수지반원굴절판을 이용한 빛의 굴절 실험도

도 12는 본 발명의 광수지반원굴절판을 이용한 빛의 내부전반사 실험도

도 13은 본 발명의 광수지오목거울을 이용한 빛의 반사 실험도

도 14는 본 발명의 광수지볼록거울을 이용한 빛의 반사 실험도

***도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1: 실험상자 2: 뚜껑

3: 광수지볼록렌즈 5: 광수지오목렌즈

7, 8: 광수지 프리즘 9: 광수지 직각프리즘

11: 광수지사각굴절판 12: 광수지반원굴절판

13: 광수지볼록거울 14: 광수지볼록거울

15: 레이저포인터 20: 레이저광선

본 발명은 실험기구가 수납되는 실험상자(1)와 상자를 덮어주는 뚜껑(2), 레이저광선을 굴절시키거나 반사시키는 여러가지 형태의 실험기구로 구성되고, 아울러 실험에 사용될 빛을 얻기 위한 구성으로는 일반적으로 사용되는 교육이나 산업현장 등에서 지시용으로 사용되는 공지의 레이저포인터(15) 등으로 구성되는데, 도 1은 본 발명의 구성을 전체적으로 볼 수 있는 평면도로서 이러한 도면을 참조하여 구성을 살펴본다.

실험상자(1)를 구성함에 있어서는 측면은 광선이 통과할 수 있도록 투명하게 구성하고 향을 태울 때의 연기 등과 같은 연기를 유입시킬 수 있도록 측면에구멍(1h)을 형성하였으며, 바닥면은 불투명한 재질로 구성하였다.

뚜껑(2)은 투명한 재질로 구성하여 실험상자(1)를 덮더라도 내부를 관찰할 수 있도록 하였다.

각 실험기구는 수지로 제작되면서 실험상자(1)에 넣을 때 뚜껑(2)이 닫히는데 문제가 없도록 실험상자(1)의 깊이보다 좀더 작은 두께로 구성되는데, 그 형태 별로 하나씩 살펴보면, 양측면에 일정한 곡률을 가진 볼록한 곡면으로 형성되는 광수지볼록렌즈(3), 양측면에 일정한 곡률을 가진 오목한 곡면으로 형성되는 광수지오목렌즈(5), 정삼각 형상으로 구성되는 광수지프리즘(7)(8), 직각삼각형으로 구성되는 광수지직각프리즘(9), 직사각형으로 구성되는 광수지사각굴절판(11), 일측은 직선을 이루고 타측은 곡면으로 형성되는 광수지반원굴절판(12), 사각형으로 구성되면서 내부일측에 볼록한 형태의 반사체(13')가 매설된 광수지볼록거울(13), 사각형으로 구성되면서 내부에 오목한 형태의 반사체(14')가 매설된 광수지오목거울(14)로 구성된다.

이러한 본 발명의 실험기구들은 투명수지를 이용하여 제조하되, 용융을 시킨 후 여러가지의 형태를 만들기 위하여 수지를 용융시킨 후 용융된 수지에 야광안료와 색소를 혼합하여 형틀에 붓고 굳힌 것이다.

따라서 본 발명의 실험기구들은 약간의 색상을 가지면서 내부에 야광안료를 포함하게 된다.

도면중 미 설명된 부호 16은 반사실험에 사용될 평면거울이다.

이러한 구성으로 된 본 발명의 실험장치에 대하여 그 작용을 사용방법에 의거 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 광수지볼록렌즈(3)를 이용한 빛의 굴절 실험도인데, 광수지볼록렌즈(3)를 실험상자(1)에 원하는 방향으로 놓고 뚜껑(2)을 덮은 후 구멍(1h)을 통하여 연기를 채운 다음 레이저광선(20)이 수평상태에서 광수지볼록렌즈(3)를 통과하도록 한다. 이 때 광수지볼록렌즈(3)는 투명수지에 야광안료와 색소를 첨가한 재질이기 때문에 레이저광선(20)이 광수지볼록렌즈(3) 내부를 통과할 때 그 속에서 빛이 굴절하여 진행하는 경로를 관찰할 수 있다.

광수지볼록렌즈(3)를 지난 빛이 한 점에 모이는 곳이 렌즈의 초점이 된다. 렌즈 속에서 빛이 굴절하여 진행하는 경로를 쉽게 관찰할 수 있어 볼록렌즈에 의한 빛의 굴절과 볼록렌즈의 초점, 초점거리 등을 학생들이 쉽게 이해할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명의 광수지오목렌즈(5)를 이용한 빛의 굴절 실험도인데, 상기의 실험과 같은 상태로 광수지오목렌즈(5)를 위치시킨 후 레이저광선(20)이 수평상태에서 광수지오목렌즈(5)를 통과하도록 한다. 이 때 본 발명의 광수지오목렌즈(5)는 투명수지에 야광안료와 색소를 첨가한 재질이므로 레이저광선(20)이 광수지오목렌즈(5) 내부를 통과할 때 렌즈 속에서 빛이 굴절하여 진행하는 경로를 관찰할 수 있다.

도 4는 본 발명의 광수지프리즘(7)(8)을 이용한 빛의 굴절 실험도로서, 상기의 실험과 같은 상태로 레이저광선(20)이 수평상태에서 광수지프리즘(7)(8)을 통과하도록 한다. 이 때 광수지프리즘(7)(8)은 투명수지에 야광안료와 색소를 첨가한재질이므로 레이저광선(20)이 광수지프리즘(7)(8) 내부를 통과할 때 프리즘 속에서 빛이 굴절하여 진행하는 경로를 관찰할 수 있다.

빛이 프리즘으로 들어갈 때와 프리즘에서 빠져 나올 때 두 번에 걸쳐 굴절하는 것을 시각적으로 분명하게 관찰할 수 있다.

도 5 및 도 6은 광수지프리즘(7)(8)을 이용한 렌즈의 원리 실험도로서, 도 5는 볼록형상의 렌즈에 의해 빛이 모아질 때 렌즈를 통과하는 빛이 렌즈의 두꺼운 쪽으로 굴절이 일어나는 것을 두 개의 광수지프리즘(7)(8)으로 관찰할 수 있으며, 도 6은 오목형상의 렌즈에 의해 빛이 발산하는 것을 두개의 광수지프리즘(7)(8)으로 확인할 수 있다.

도 7은 광수지직각프리즘(9)에 의한 빛의 전반사 실험도인데, 광수지직각프리즘(9)을 이용하여 내부전반사가 일어나는 것을 쉽게 관찰할 수 있다.

도 8, 도 9, 도 10은 광수지사각굴절판(11)을 이용한 빛의 성질 실험도인데, 도 8은 광수지사각굴절판(11)을 평면거울(16) 위에 놓은 다음 레이저광선(20)이 비칠 때 입사광과 반사광의 경로가 가시화되어 나타나며 입사각과 반사각이 항상 같은 것을 관찰할 수 있다. 도 9는 광수지사각굴절판(11)으로 입사되는 빛이 경계면에서 굴절되는 것을 관찰할 수 있다. 제10도는 광수지사각굴절판에서 내부전반사가 일어날 때 빛의 진행 경로를 관찰할 수 있다.

도 11과 도 12는 광수지반원굴절판(12)을 이용한 빛의 성질 실험도로서, 도 11은 광수지반원굴절판(12)에 입사된 빛이 굴절되어나가는 경로를 관찰할 수 있다. 도 12는 광수지반원굴절판(12)에 입사된 빛이 굴절판 내부에서 전반사가 일어난 다음 진행하는 빛의 경로를 관찰할 수 있다.

도 13은 광수지오목거울(14)을 이용한 빛의 굴절실험으로서, 오목거울 형태의 반사체(14')로부터 반사된 레이저광선(20)이 중앙으로 모이면서 초점을 구성하는 것을 볼 수 있고, 도 14는 광수지볼록거울(13)을 이용한 빛의 굴절실험으로서, 볼록거울 형태의 반사체(13')로부터 반사된 레이저광선(20) 바깥쪽으로 분산되어 나가는 것을 관찰할 수 있는 것이다.

이상 설명한 것과 같은 본 발명은 투명수지에 야광안료를 첨가하여 만든 실험기구와 그러한 실험기구를 사용하여 실험하기에 용이한 실험상자(1)등으로 구성되는 발명으로서, 유색의 레이저광선을 이용하여 빛이 굴절할 때와 반사할 때 빛의 진행 경로를 가시화하여 굴절과 반사와 관련된 빛의 기초적 성질을 매우 편리하게 실험 관찰 할 수 있으며, 특히 렌즈와 프리즘 내부에서도 빛의 경로를 가시화하여 학생들의 잘못된 개념의 수정에 매우 효과적인 학습도구이다.

Claims (2)

1. 측면은 광선이 통과할 수 있도록 투명하게 구성하고 연기를 유입시킬 수 있도록 측면에 구멍(1h)을 형성하였으며, 바닥면은 불투명한 재질로 구성되는 실험상자(1)와;

   투명한 재질로 구성하여 실험상자(1)를 덮더라도 내부를 관찰할 수 있도록한 뚜껑(2)과;

   실험상자(1)의 깊이보다 좀더 작은 두께로 구성되면서 투명수지를 이용하여 제조하되, 수지를 용융시킨 후 용융된 수지에 야광안료와 색소를 혼합하여 여러가지 형태를 제조함으로써 약간의 색상을 가지면서 내부에 야광안료가 포함되어 빛의 경로가 가시화되는 실험기구로 구성됨을 특징으로 하는 빛의 진행경로를 쉽게 관찰할 수 있는 실험장치.
2. 제 1항에 있어서,

   빛의 경로를 가시화한 실험기구로는, 양측면에 일정한 곡률을 가진 볼록한 곡면으로 형성되는 광수지볼록렌즈(3), 양측면에 일정한 곡률을 가진 오목한 곡면으로 형성되는 광수지오목렌즈(5), 정삼각 형상으로 구성되는 광수지프리즘(7)(8), 직각삼각형으로 구성되는 광수지직각프리즘(9), 직사각형으로 구성되는 광수지사각굴절판(11), 일측은 직선을 이루고 타측은 곡면으로 형성되는 광수지반원굴절판(12), 사각형으로 구성되면서 내부일측에 볼록한 형태의반사체(13')가 매설된 광수지볼록거울(13), 사각형으로 구성되면서 내부에 오목한 형태의 반사체(14')가 매설된 광수지오목거울(14)로 구성됨을 특징으로 하는 빛의 진행경로를 쉽게 관찰할 수 있는 실험장치.