무지개가 생기는 이유

 

비가 그치고 나면 종종 하늘에 아름다운 무지개가 나타나는데요. 이 글에서는 물방울과 빛의 상호작용으로 나타나는 무지개에 대해서 알아보겠습니다.

 

빛과 물방울의 만남

무지개는 빛이 물방울과 만나면서 생기는 현상입니다. 비가 오면 대기 중에 물방울이 많이 형성되는데, 이 물방울이 빛과 상호작용하면서 무지개를 만들어내죠. 빛이 물방울에게 다가가 상호작용하는 것이죠.

 

빛의 굴절과 반사

빛이 다른 매질, 예를 들어 공기에서 물로 이동할 때, 그 경로는 직선이 아닙니다. 이는 빛의 굴절 현상 때문인데요. 굴절은 빛이 가장 짧은 시간에 갈 수 있는 길을 택하기 때문에 일어나는 현상입니다. 이를 페르마의 원리라고 합니다.

 

빛이 물방울을 만나면, 물방울 안에서 빛은 굴절되어 경로가 바뀌고, 물방울의 반대쪽 면에 도달하면 일부는 물방울 밖으로 나가지만 일부는 물방울 안에서 반사됩니다. 이 반사된 빛은 다시 물방울 밖으로 나오면서 대기를 만나 다시 굴절되며, 이 과정에서 빛은 여러 가지 파장으로 이루어진 파동이기 때문에 다른 파장의 빛은 그 굴절각과 반사각이 다르게 됩니다.

 

 

무지개

이렇게 굴절과 반사를 겪은 빛은 파장에 따라 경로가 바뀌면서 분산되는데요. 이 분산 과정에서 빛은 빨간색부터 보라색까지 나누어지고, 이것이 바로 우리가 보는 무지개입니다. 물방울은 이 과정에서 프리즘과 같은 역할을 하게 되고, 무지개를 만들어냅니다.

 

무지개의 크기와 선명함, 그리고 쌍무지개가 생기는 이유는 빛이 만나는 물방울의 크기와 개수가 다르기 때문인데요. 즉, 빛이 어떤 물방울을 만나는지, 얼마나 많이 만나는지에 따라 다른 무지개를 만들어내죠.

 

무지개는 자주 보이지는 않지만 비 온 뒤에 맑개 개어 무지개를 만나면 참 아름답습니다. 무지개 뒤에 숨겨진 물리학적 원리를 이해하면 그 아름다움이 더 빛날 것 같아요.