편광터널(Black Wall)

 

 

 

 편광필름을 통과하여 한쪽 방향으로만 진동하는 성질을 갖는 빛인 편광을 응용하여, 상자 가운데 실제로는 존재하지 않는 검을 벽이 나타나는 것처럼 만들고, 상자의 입구로부터 공을 넣어 검은 벽을 통과시키기도 하고, 상자 속에 투명한 물체를 넣어 여러 가지로 색이 변하는 아름다운 빛의 마술을 본다.

목  적 : 마술 같은 신기한 실험을 통해 편광에 대한 이해를 높인다.

 

준비물 : 편광sheet, 유리상자, 광원, 투명플라스틱 포크, 스푼, 셀로판지

 

방  법

①  사방이 유리로 구성된 터널의 가운데를 중심으로 한쪽에는 수평방향으로, 반대편에는 수직방향의 편광이 되도록 편광필름을 붙인다. 편광터널의 밖에서 대각선의 방향으로 터널을 바라보면 중앙에 검은 벽이 보인다. 왜 벽이 생길까?

②  상자의 한쪽 끝에 공을 넣고, 다른쪽 끝으로 통과시켜 보자. 상자 가운데 검은 벽이 있는데, 이 벽을 지나갈 수 있을까?

③  상자 가운데 투명포크나 스푼을 넣고 변형시켜 본다. 색갈이 어떻게 변하는가?

④  clear bag이나 폴리에틸렌 테이프, 세로판 테이프등을 겹쳐보기도 하고, 늘어뜨리기도 하면서 색의 마술을 부려보자.

 

원  리

 유리터널의 가운데를 중심으로 왼쪽에는 수평방향으로 오른쪽에는 수직방향으로 편광필름을 붙였으므로, 수직방향의 편광필름을 통과한 빛은 수평방향의 편광필름을 통과할 수 없기 때문에 터널의 중앙에 실제로는 존재하지 않는 검은 벽이 있는 것처럼 보이게 된다. 따라서 공은 터널을 잘 통과 할 수 있다.

 또, 투명한 물체를 상자 속에 넣고 변형시켰을 때, 아름다운 색깔이 나오는 것은 광탄성 때문인데, 유리, 에폭시 수지와 같은 투명한 탄성체판에 외력을 가해서 판에 수직으로 편광(偏光)을 통과시키면 줄무늬가 나타난다. 이 현상을 광탄성이라 한다. 이 줄무늬가 나타나는 형태는 판의 내부에 생긴 응력(내력)에 따라 여러 가지로 변한다. 따라서, 이 줄무늬를 적당한 방법으로 분석하면 응력의 크기나 분포상태를 시각적으로 나타낼 수 있다.  마치, 지도를 보고 우리가 토지의 고저 상태를 정확히 파악하는 것과 마찬가지로 광탄성 무늬 모양에 따라서 물체의 각 부분의 응력 상태를 정밀히 알 수가 있다. 광탄성 사진은 물체 내부의 변형 상태를 조사하는 데 사용된다. 플라스틱 판을 조사하려고 하는 물체의 모양과 같게 만들어 그것을 누르거나 잡아당기거나 해서 편광 판을 통해서 광탄성 사진을 찍는다. 그 줄무늬의 상태로 물체 내부의 변형 상태를 알 수 있으므로, 광탄성 사진은 기계, 건축, 토목 등 구조물의 강도를 조사하거나, 그 형태 개량 등의 연구에 이용되고 있다. 이런 무늬가 나타나는 원리는 등방등질(等方等質)의 투명체에 외력을 가하면 물체 내부에 변형이 일어나 광학적으로는 등방체가 되지 않고 복굴절성(複屈折性)을 띠게 된다. 이 인공적 복굴절의 세기는 외력에 비례하며, 따라서 반대로 복굴절의 세기를 측정해서 외력을 알 수 있다.