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왜 비누방울 막에는 여러 가지 색이 나타나고 계속 움직이며 변하는 것일까? 단순하게만 보이는 비누방울에 과학이 숨겨져 있다는데, 비누액과 손전등, 아크릴판으로 함께 실험해 보자.
▣ 준비물
비누액(세제, 물), 손전등, 투명한 아크릴판(또는 플라스틱), 셀로판 테이프, 빨대
▣ 실험 방법
1. 아크릴판을 적당한 크기로 자른다.
2. 아크릴판의 중심에 손전등을 거꾸로 세운다.
3. 아크릴판과 손전등을 셀로판 테이프를 사용해 붙여 준다.
4. 적당한 비율로 비누액을 만든다.
5. 아크릴판의 윗부분에 비누액을 충분히 묻혀 준다.
6. 비누액을 아크릴판 위에 조금 떨어뜨린다.
7. 빨대를 이용하여 아크릴판 위에 비누방울을 만든다.
8. 손전등을 켜고, 주위를 어둡게 한다.
9. 손전등을 눈썹 위까지 올려 비누방울을 자세히 관찰해 보자.
☞ 실험 포인트 : 비누방울을 자세히 관찰하면 여러 가지 색이 수평층을 이루며 표면에 나타나고,
이 색들이 계속 소용돌이치듯 움직이면서 변하고 있는 것을 관찰할 수 있을 것이다.
▣ 왜 그럴까?
비누방울의 색깔이 변하는 것을 설명하기 위해서는 먼저 빛의 성질을 살펴보아야 할 것이다. 빛은 바다의 파도와 같이 최정점이 되는 마루와 골로 이루어진 파동으로 되어 있다. 이 때 마루와 마루 또는 골과 골 사이의 거리를 파장이라고 하는데 빨간색이 가장 긴 파장을 가지고 있고, 가장 짧은 파장을 가지고 있는 색은 보라색이다. 이 두 색 사이에 서로 다른 파장을 가진 색들이 존재하고 있다.
그렇다면 왜 비누방울 막에는 여러 가지 색이 나타나고 계속 움직이고 변하는 것일까?
비누방울에 나타나는 여러 가지 색은 모든 색을 담고 있는 백색광이 비누막에 반사되어서 나타나는 것으로 빛의 파동을 이해한다면 쉽게 이해할 수 있다.
비누막은 매우 얇은 두께의 막으로 되어 잇는 것 같지만 사실은 삼층 구조로 되어 있다. 이는 두 장의 식빵 사이에 햄이나 야채가 가득 들어 있는 샌드위치와 같이 두 개의 비누분자층 사이에 물분자층이 존재하는 것이다.
따라서 백색광이 비누막에 닿게 되면 첫 번째 비누분자층에 빛이 반사가 되고, 두 번째 비누분자층에서도 반사가 일어나게 된다. 이 때 비누막의 두께 또는 두 층 사이의 거리에 따른 시간차가 나게 되며, 각층에서 반사된 빛의 파동이 다시 만나게 될 때는 여러 가지 형태의 파동을 만들어 낸다.
다시 말해 반사된 두 개의 파동이 마루는 마루끼리 만나고, 골은 골끼리 만났다면 이 때는 서로 보강간섭을 일으켜 더욱 더 밝은 색을 나타내게 되고, 마루와 골끼리 만났다면 두 파동이 서로 반대 모양으로 위치해 있어 서로 상쇄하는 작용을 하여 색은 사라져 버리고 마는 것이다. 따라서 비누막에서 볼 수 있는 색은 파동의 간섭이 일어난 후에 나타나는 것이다.
또한 비누막은 액체이기 때문에 계속해서 아래로 흘러 비누막의 두께는 위보다 아래가 더 두꺼워지게 되고, 바람의 영향으로 비누막의 색깔은 계속해서 소용돌이 치며 변하는 수평층을 나타낸다.
그러다가 시간이 흘러 비누방울 윗 부분의 비누막이 더 얇아지면 비누막의 색깔은 점점 어두워지게 되고 결국 비누막은 터져 버리고 마는 것이다.
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