거울

개요

거울은 물체의 상이 비치게 하는 물체이다. 곳곳에 설치되어 있는것을 쉽게 볼수가 있다. 그러나 자기 얼굴보고 놀라는 경우가 많다 거울은 화장실, 엘리베이터, 눈, 유리창, 철판등에 설치 되어 있다. 덤으로 엘리베이터 앞에서 시간 때우는건 덤

가장 일반적인 거울은 반사면이 평면인 평면거울(Plane Mirror)이 있다. 그밖에도 반사면이 안쪽으로 굽은 오목거울(Concave Mirror)이나 반사면이 바깥으로 굽은 볼록거울(Convex Mirror)이 있다.

보통 거울은 금속으로 된 매끈한 반사면을 가지고 있고, 반사면 위에는 유리 같이 투과도가 높은 물질을 덧씌운다. 모든 물질은 빛을 반사하는 성질이 있지만 특히 거울은 난반사(亂反射, Diffuse Reflection)가 거의 일어나지 않기 때문에 맞은 편에 있는 대상의 상(image)이 또렷하게 맺힌다.

역사

사람이 거울을 만들기 전부터 고요한 수면에 빛을 비추어 자신의 얼굴을 비쳐보기도 했다. 청동기 시대 이전에는 흑요석(黑曜石, Obsidean)같이 표면이 매끄러운 돌의 표면을 이용하기도 했다.

이후 중국이나 인도에서는 청동으로 제작한 청동 거울이 발견되기도 했다. 그밖에도 각지에서 세공된 금속으로 거울을 만들었다는 기록이 많이 있다. 이렇게 거울의 몸체 전체를 금속으로 만든 거울은 상당히 값이 나갔기에 귀족이나 상류층ㅇ만이 이용할 수 있었다.

매끈한 유리에 금속면을 입혀서 만드는 오늘날의 거울과 비슷한 방식으로 제조된 거울은 시돈(Sidon, 현재의 레바논 지역)에서 기원후 1세기 경에 제작된 것이 확인되었다. 로마제국은 유리의 한쪽 면을 납으로 도금한 거울을 사용하기도 했다.

곡면거울(Parabolic Mirror)과 그 거울이 생성하는 빛의 경로는 고대 그리스에서부터 연구되었다. 프톨레마이오스도 그의 저서 《광학》(Optics)을 통해서 빛이 평면거울과 곡면거울에 의해 반사되는 경로를 설명하고 있다. 고대 그리스에서도 거울은 매끈한 면을 가진 금속으로 제작되었다.

중국에서는 서기 500년까지는 은-수은 아말감을 이용해서 거울을 만들었다고 추정하고 있다. 이후 서양에서도 르네상스 시대때 은-납 아말감을 이용해서 거울을 만들었다는 기록이 있다.

1835년 독일의 화학자 유스트스 폰 리비히가 유리 표면에 은 이온이 금속 은으로 변화하면서 달라붙는 은거울 반응(Silvering)을 발견하였다. 질산은(Silver Nitrate) 수용액에 포름알데히드 같은 환원제를 이용하면 은 이온이 환원되면서 은이 유리면에 달라붙는다. 이 방법을 통하면 금속을 직접 세공하는 것에 비해 얇은 은표면을 쉽게 만들 수 있기에 거울을 대량생산할 수 있게 되었다. 오늘날에도 이 은거울 반응을 통해 질산은 용액의 은을 환원시켜 유리면에 달라붙게 하는 방식을 이용해서 생산한다. 때때로는 좀 더 값이 싼 알루미늄 계열 염(salt)을 이용하기도 한다.

제작

과거에는 단순히 금속을 세공해서 매끄러운 면을 만들어 제작했다. 당연히 거울 전체가 상대적으로 값비싼 청동 같은 금속으로 제작되어 값이 상당하였고, 오늘날의 유리에 비해 반사도도 낮아 선명한 상을 만들기 어려웠다. 이후에는 수은을 유리 표면에 부착한 뒤에 금속을 넣어 아말감 형태로 굳히는 방식으로 제작이 되었다. 제작과정에서 수은이 노출되어서 제작자들이 수은중독에 걸리기도 하였다(...)

오늘날에는 보통 투명한 물질의 한쪽 면을 금속 같은 반사면을 입혀 제작한다. 보통 반사면이 달라붙게 만드는 재질은 유리(琉璃, glass)를 사용하는데, 투명하고, 강도가 높은 데에 비해 값이 싸기에 많이 이용된다. 유리면을 균일하고 매끄럽게 가공한 뒤에 염화주석(II)(SnCl₂) 수용액을 유리면에 바른다. 은 자체는 유리면에 잘 달라붙지 않기에 염화주석(II)를 환원제로 사용해야 한다. 이 과정을 빠르게 진행시키기 위해 촉매(activator)를 사용하며, 은표면을 보호하기 위해 구리를 덧붙이고 페인트 같은 안료로 덧칠해서 제작한다.

상업적으로 흔하게 생산하는 거울은 유리 표면에 은을 입히는 방식으로 제작되나 레이저(Laser)를 만들 때 필요한 반사경은 100%에 가까운 반사율을 보장해야 하기에 유리를 덧붙이지 않는 통채 금속을 사용한다. 일반적인 거울은 유리에 의해 미세한 빛의 굴절과 빛의 이중반사 현상이 나타나는데, 레이저에서 사용하는 반사경은 이러한 이중반사 현상이 일어나면 안 되기 때문이다. 애초에 레이저는 모든 빛의 위상(phase)이 일치한 상태이므로 반사가 정확하게 일치하게 만들기 위해서 한 개의 재료로만 만들어야 하는 것이다.

재질에 따른 유리거울의 종류

반사면이 은인 은거울(Silver-glass mirror)과 알루미늄으로 이루어진 알루미늄 거울(Aluminum-Glass Mirror), 그리고 유리가 안전유리인 안전거울(Safe-glass mirror) 등으로 나누어진다.

거울의 모양과 거울상

이와 관련한 주제는 거울상에서 다룹니다.

거울의 모양에 따라 반사면이 평평한 평면거울, 반사면이 오목한 오목거울, 반사면이 볼록한 볼록거울로 나누어진다.

• 평면거울 : 가장 일반적인 거울로 반사면이 평평한 거울이다. 거울상의 크기는 원래의 사물의 크기와 동일하며, 빛이 실제로 모이지 않지만 사람의 눈에 들어오는 허상(虛像, virtual image)을 만든다. 상의 왜곡을 일으키지 않기에 전신거울 등에서 많이 사용한다.
• 오목거울 : 반사면이 오목한 거울이다. 빛을 모으는 성질이 있으며, 특히 평행광선을 매우 좁은 영역에 모으는 성질이 있다. 다만 정확히 포물면이 아닌 일반적인 구면 오목거울은 초첨에 빛을 완벽하게 모으지는 않는다. 보통 초점거리 안에 있는 상은 허상이 되고, 초점거리 밖의 상은 실제로 빛이 모여서 생기는 실상(實像, real image)가 되어서 종이에 비출 수 있다. 빛을 모으는 성질이나 실상을 만드는 성질을 이용해서 반사망원경이나 현미경 등의 반사경 등에 사용한다.
• 볼록거울 : 반사면이 볼록한 거울이다. 빛을 흩어버리는 성질을 가지고 있다. 거울상은 실제 크기보다 항상 작게 나오며, 항상 허상만 나타난다. 평면거울보다 더 넓은 면적을 보여줄 수 있는 성질을 이용해 자동차 후면경(백미러, rear-view mirror)나 굽은 길에서 설치하는 주시경 등에 사용한다.

거울의 용도

평면거울은 자신을 비추는 용도로 사용한다. 오목거울은 현미경의 반사경 등 빛을 모으는 용도로 사용하며, 볼록거울은 반사하는 상의 시야가 넓은 점을 이용해서 자동차 후면경 등에 사용한다. 치과의사나 이비인후과 의사가 치아나 목구멍 상태를 확인하기 위한 구강거울도 있다.

이외에도 유리창 표면에 반투명 거울을 덧붙일 경우 거울면이 있는 쪽에서는 대부분의 빛이 반사가 되어서 거의 안을 들여다보기 어렵기 때문에, 사생활 보호를 위한 특수 창(안에서는 밖을 볼 수 있지만 바깥에서는 안을 볼 수 없는 창)에 사용되기도 한다.

평행하게 놓인 두 평면거울은 두 거울 사이로 빛이 여러 번 반사되기에 시야 사각지억이 줄어드는 이점이 있다. 이 점을 이용해서 엘리베이터 양 옆에 거울을 놓기도 한다. 잠수함의 잠망경도 두 개의 거울을 이용해 수면 아래쪽에서 수면 위쪽을 볼 수 있게 도와준다.

극도로 투명한 직각이등변 삼각형 프리즘의 짧은 면 두 개에 금속면을 입히면 긴쪽 면 기준으로는 좌우가 바뀌지 않는 거울을 만들 수도 있다. 긴쪽 면으로 볼 경우에는 빛이 무조건 두 번 반사되기에 상의 좌우가 바뀌지 않는다.

레이저를 만드는 장치도 양 쪽에 거울이 사용된다.

거울상은 여러 번 반사하면 만화경(Kalendoscope)처럼 복잡한 상을 만들어낸다. 이와 비슷한 원리를 이용해서 거울상을 이용한 예술 작품을 만들기도 한다.

거울이 빛을 반사하는 효과는 장식용(decoration)으로도 유용하다. 대표적으로 클럽의 디스코 볼(Disco Ball)이 거울면을 덕지덕지 붙여서 번쩍거리는 효과를 내기도 한다.

거울은 주변의 사물을 그대로 보여주는 특성 때문에 문학적인 장치로도 많이 사용된다. 한편으로는 일방적으로 다른 것을 보여주는 대신 마법을 사용해 특정한 이미지를 보여주는 거울도 많이 등장한다. 가장 유명한 것이 바로 백설공주 설화의 여왕이 가지고 있는 가장 아름다운 사람을 보여주는 거울 또한 좌우가 바뀌는 특성 때문에 마법물 등에서 상상력을 동원하는 장치에 사용하기도 한다.

거울 테스트

생각보다 적은 동물들만 거울상의 자신이 실제의 자신과 동일한 존재임을 알아차린다. 현재는 다음과 같은 동물들만 거울상의 자신을 알아보는 것으로 밝혀져 있다.

• 영장류
  • 인간, 침팬지, 고릴라, 오랑우탄
• 돌고래/범고래류
• 코끼리
• 유럽 까치

외부 링크

• 나무위키:거울