수업도움 자료

가. “광섬유로 관객과 대화하기” 프로그램 관련 과학개념 정리

빛은 언제나 똑바로 움직입니다. 물체에 부딪혀 반사되는 것이 아니라면 중간에서 꺾이거나, 구부러 지거나, 휘거나 하는 일은 절대로 없습니다. 단, 빛이 하나의 매질에서 움직일 때만요.

매질이 무엇일까요? 매질은 바로 빛이 움직이고 있는 물질을 말합니다. 빛이 공기 중에서 움직일 때 우리는 ‘빛이 공기라는 매질 속에서 움직인다.’고 합니다.

빛은 공기 중에서만 움직이는 것은 아닙니다. 투명한 것들은 모두 통과할 수 있으니 투명한 물체 속에서는 빛이 움직일 수 있어요. 즉, 물속에서도, 유리나 얼음 속에서도 빛은 움직일 수 있죠. 빛이 물 속에서 움직이고 있으면 매질이 물이 되는 것이고, 유리 속에서 움직이고 있으면 매질이 유리가 되는 것이랍니다. 이렇게 빛이 하나의 매질에서 움직일 때는 항상 똑바로 움직입니다. 그러면 빛이 움 직이다가 다른 매질을 만나면 어떻게 될까요? 즉, 공기에서 진행하던 빛이 유리로 들어가게 되면, 두 매질의 경계면에서 빛이 나아가는 방향이 바뀝니다. 이것을 ‘빛의 굴절’이라고 해요. 왜 그런 일이 일 어날까요? 그것은 매질에 따라 빛의 빠르기가 다르기 때문입니다. 공기 중에서 움직이는 빛의 빠르기 를 기준으로 할 때 물속에서는 공기 중에서보다 조금 느리게 움직이고, 유리에서는 조금 더 느리게 움직인답니다.

빛의 속력이 달라지면 왜 굴절이 일어날까요? 쉽게 이해하기 위해 장난감 자동차를 가지고 생각해 보도록 하겠습니다.

먼저 매끈한 마룻바닥의 한쪽에 푹신한 카펫을 깔아 놓아야 합니다. 마룻바닥은 매끈하니 장난감 자동차가 잘 굴러 갈 것이고, 카펫에서는 천천히 굴러 가겠죠. 자, 이제 장난감 자동차를 마룻바닥에 서 카펫이 깔린 쪽으로 굴려 보세요.

과학자들은 눈에 보이지 않거나 쉽게 볼 수 없는 현상을 설명하기 위해 다양한 방법을 이용합니다.

모형을 만들어 보여 주기도 하고 다른 것에 비유해가며 설명하기도 하죠.

매질이 달라졌을 때 빛이 굴절하는 이유도 우리 눈에는 보이지 않아요. 그래서 장난감 자동차를 이 용하는 거죠. 이 실험에서 장난감 자동차는 바로 빛이 됩니다. 마룻바닥은 빛이 빠르게 움직이는 공기 가 될 것이고, 카펫은 빛이 천천히 움직이는 유리나 얼음이 되겠죠.

2) 빛이 꺾이는데도 법칙이 있다.

빛이 한 매질에서 다른 매질로 들어가 굴절될 때도 규칙이 있습니다. 물통과 레이저 포인터를 이용하면 빛이 다른 매질로 들어갈 때 어떻게 굴절되는지를 살 펴볼 수 있죠.

빛이 공기에서 물로 진행할 때, 물에서의 굴절각은 공기에서의 입사각보다 작습니다. 즉, 빛이 빠르게 움 직이는 매질에서 느리게 움직이는 매질로 진행할 때 에 굴절각은 입사각보다 작지요.

반대로, 빛이 물에서 공기로 진행할 때, 공기에서의 굴절각은 물에서의 입사각보다 큽니다. 즉, 빛이 느리 게 움직이는 매질에서 빠르게 움직이는 매질로 진행 할 때에 굴절각은 입사각보다 큽니다. 물에서 공기로 진행할 때 입사각이 커지면 굴절각도 같이 커지는데 특정 입사각에서 국절각이 90°가 되고 그 각 이상으로 입사각이 커지면 굴절각이 90°이상이 되어 전반사가 되는 것이다.

이번에는 빛이 공기에서 물로 진행할 때와 공기에서 유리로 진행할 때를 비교해 볼까요? 빛의 빠 르기는 공기 중에서 움직일 때가 가장 빠르고 그 다음이 물에서 움직일 때, 그 다음이 유리에서 움직 일 때입니다. 빛이 공기에서 물로 진행할 때보다 공기에서 유리로 진행할 때, 빛의 빠르기가 더 느려 지죠. 그러니 빛이 굴절되는 정도도 더 커진답니다. 즉, 빛의 속도가 더 느린 매질로 빛이 들어갈수록

작품 예시 1 : squishy circuits 따라하기 준비물: 여러 색의 LED, 건전지 홀더(4,5V용), 1.5V건전지 3개,

Insulating Dough(밀가루, 설탕, 식용유, 증류수, 그릇, 주걱),

Conductive Dough(밀가루, 소금, 레몬쥬스, 식용유, 수돗물, 식용색소, 냄비, 주걱, 가열도구) 제작방법

[Insulating Dough 만들기] 전기가 통하지 않는 반죽 만들기

① 다음의 재료를 섞는다.

1

 cup 밀가루, 

 cup 설탕, 3 Tbsp 식용유

② 재료에 

 cup 증류수를 조금씩 넣어가며 오래 동안 섞는다.

③ 재료를 잘 반죽하여 덩어리를 만든다.

빛은 아래로 더 많이 꺾이게 됩니다.

[네이버 지식백과] 빛의 굴절 법칙-꺾이는 데도 규칙이 있다 (투명인간이 알아야 할 빛에 관한 상 식, 2009.5.18, 북멘토) (일부 내용 수정)

나. 인터렉티브 아트 작품 예시자료 ◎ 1,2,3,4,5차시 창의적 설계 단계

[Conductive Dough 만들기] 전기가 통하는 반죽 만들기

① 다음의 재료를 섞는다.

1

 cup 밀가루, 

 cup 소금, 9 Tbsp 레몬쥬 스, 1 Tbsp 식용유, 1 cup 수돗물, 식용색소

② 냄비에 넣고 가열한다. 이 때 잘 저어주고 적당한 시점에 꺼낸다.(단, 화상에 주의한다.)

③ 꺼낸 재료를 밀가루가 뿌려져 있는 그릇에서 넣 고 잘 반죽하여 덩어리를 만든다.

※ 두 가지 반죽은 반드시 색깔을 달리하여 구분해 야 한다. 만든 반죽은 비닐팩에 넣어 보관하면 3-4일 사용가능하다. 다시 사용하고자 할 때는 밀가루를 뿌려 다시 반죽해야 흐물거리지 않게 유지시킬 수 있다.

회로 연결

① Conductive Dough 사이에 Insulating Dough를 두고 모양을 만든다.

② LED의 두 다리가 Insulating Dough를 사이에 두고 있는 양쪽 Conductive Dough에 꽂는다.

때 LED의 긴다리가 같은 Conductive Dough에 꽂혀있어야 한다.

③ 건전지 홀더에 건전지를 놓고 건전지에 연결되어 있는 도선을 Dough에 연결하는데 긴다리 부분을 건전지 (+)에 연결해야 할 것이다.

http://courseweb.stthomas.edu/apthomas/SquishyC ircuits/

작품 참여 방법

① 주변의 불을 끄고 스위치를 켠다. ② 자신이 원하는 부분에 led를 연결한다. 이미 전류 는 흐르고 있기 때문에 꽂으면 바로 빛이 난다.

작품 예시 2 : makey makey 따라하기

준비물: 핀전선, 악어전선, usb케이블, 기본 보드, 도화지, 4b연필 제작방법

① 연필, 털실, 물 등으로 전기가 통하는 물체를 제 작한다.

② usb케이블를 이용하여 컴퓨터와 기본 보드를 연 결한다.

※ makey makey 기본보드 배치도 http://makeymakey.com/

③ 아래 EARTH 부분에 오른쪽 그림처럼 집게 도선 을 연결한다. 방향키와 스페이스키. 엔터키 부분 에도 각각 집게 도선을 연결한다. 각각 다른 쪽 끝은 전기가 통하는 물체와 연결한다.

※ 작동 시 다른 쪽 끝은 손으로 잡고 있어야 한다.

작품 참여 방법

① 마이키 마이키 키보드를 이용하여 게임이나 건반 프로그램 등 다양한 소프트웨어를 이용하여 작동 해 본다.

(버튼에 따라 다른 제주도 관련 음악이 흘러나오도록 프로그래밍가능.)

http://scratch.mit.edu/ 스크래치 사이트에서 소프트 웨어를 직접 제작할 수도 있다. 사이트에 제작 방법 도 쉽게 설명되어 있다.

② 붉은 집게 도선의 끝을 잡고 다른 한 손은 전기 가 통하는 물체를 누른다.

작품 예시 3: 리트라콘 따라하기

준비물: 광섬유 굵은 것 (대체: 낚시줄, 빨대 또는 고무관), 클레이, 물감, 가위, 글루건, 손전등 제작 방법

① 점토 준비: 점토에 아크릴 물감을 혼색하여 자신 이 원하는 색의 점토를 만든다.

② 광섬유 준비: 굵은 광섬유를 구하지 못했을 경우 고무관이나 빨대에 글루건으로 본드를 집어넣고 낚시줄 여러가닥을 꽂아서 두꺼운 광섬유를 만들 어준다.

③ 점토에 광섬유를 꽃는다. ※ 점토의 색에 따라 광섬유에서 보여지는 빛이 다 르기도 하고 광섬유 단면에 아크릴 물감을 발랐 을 때도 빛은 변한다.

작품 참여 방법

① 원하는 모양으로 리트라콘을 쌓는다. ② 불을 끄고 한쪽 면에서 손전등으로 빛을 비춘다.

손전등의 움직임에 따라 광섬유가 반짝인다.

◎ 6,7,8,9,10차시 창의적 설계 단계

작품 예시 1 : 우리가 만드는 현무암

준비물: 모션센서, 낚시줄, 클레이, 물감, 가위, 테이프 등 제작 방법

① 점토 준비: 점토에 아크릴 물감을 혼색하여 회색 의 점토를 만든다.

② 광섬유 준비: 굵은 광섬유를 구하지 못했을 경우 광섬유 여러 가닥을 투명테이프로 감싸서 두꺼운 광섬유를 만들어준다.

③ LED 또는 모션센서와 점토 혼합하기 / 점토에 광섬유 꽂기 : 광섬유가 점토에 안 꽃일 경우에 는 LED에 투명 테이프로 광섬유를 부착한다.

④ 점토로 돌하르방 모양을 잡아주고 완성하기 (아래의 작품은 몸통을 보통의 LED를 사용하고 얼굴 에 모션센서 조그만 것을 사용하여 결합한 작품이다.

그래서 빛이 나기 위해서는 몸통의 LED스위치를 켜 고 돌하르방을 관객이 내려놓아야 몸통과 머리 부분 에서 빛이 난다.)

작품 참여 방법

① 바닥에 여러 개의 돌하르방을 둔다. ② 관객들이 가지고 이동하다가 원하는 위치에 내려 놓으면 빛을 발한다.

작품 예시 2 : 모션 센서를 이용한 제주의 돌담 쌓기 준비물: 모션센서, 낚시줄, 클레이, 물감, 가위, 테이프 등

제작 방법

① 점토 준비: 점토에 아크릴 물감을 혼색하여 회색 의 점토를 만든다.

② 광섬유 준비: 굵은 광섬유를 구하지 못했을 경우 광섬유 여러 가닥을 투명테이프로 감싸서 두꺼운 광섬유를 만들어준다.

③ LED 또는 모션센서와 점토 혼합하기 / 점토에 광섬유 꽂기 : 광섬유가 점토에 안 꽃일 경우에 는 LED에 투명 테이프로 광섬유를 부착한다.

④ 점토로 현무암 모양을 잡아주고 완성하기

(위의 작품은 모션센서와 LED를 연결하여 만든 현무 암이다. 더 다양한 크기와 다양한 모양의 현무암을 제작하여 전시공간에 두면 관객이 원하는 위치에 돌 담을 쌓는 형태로 작품을 완성한다.)

작품의 응용

① 바닥에 쌓여있는 현무암들을 관객들이 들고 다니면서 새로운 올레길을 만들어 나간다.

작품의 응용

관객이 원하는 높이, 원하는 방향의 돌담을 쌓을 수 있다.

평평한 모양으로 만들어 리트라콘(시멘트와 광섬유로 만들어진 반투명한 건축 자재)과 같이 활용할 수도 있 다.

작품 제작 시 주의사항

현무암의 재질감을 표현하기 위해 클레이 폼을 활용한다. 낚시 줄은 얇기 때문에 최대한 여러겹을 말아서 사용한다.

학생 작품 1, 2, 3 : 광섬유 말 제작하기, 흑돼지 제작하기, 벛꽃나무 제작하기 준비물: 우드락, 글루건, 에폭시, 공예용와이어,

제작방법

공통적인 제작 방법

① 공예용 와이어로 형태 잡기 (와이어는 가위로 절단 가능하며 절단면은 날카롭기 때문에 딱딱한 것으로 두드려줘야 함. 한 줄로 하면 잘 휘기 때문에 와이어를 두 세번 감아주어야 한다.)

② 제작한 와이어를 우드락에 붙인다. 이때 에폭시나 글루건을 사용한다.

벚꽃나무 꽃 말 갈기 흑돼지 내부

③ 모션센서에 철사를 글루건으로 붙인다.

④ 한지를 잎사귀 모양으로 잘라 끼운다.

③ 스위치가 달린 led에 고무관을 끼우고 글루건으로 본드를 집 어넣어 광섬유나 낚시줄을 끼 워 넣는다.

④ led 몸체에 철사를 묶는다.

③ 플라스틱 뽑기 통에 낚시줄을 묶는다.

④ 모션센서를 3~4개를 담는다.

⑤ 흑돼지의 몸체에 줄을 묶는다.

작품 참여 방법

나무에 모션센서가 달린 꽃을 철 사로 감아주고 살짝 흔든다.

관객이 옆에 놓여진 광섬유갈기를 하나씩 말에 달아준다.

광섬유에 밑에 달린 스위치를 켠 다.