디스플레이 위에 머리카락을 올려놓으면?

Question

오늘 패드를 사용하다가 문득 화면 위에 떨어진 머리카락을 보게 되었습니다. 그런데 분명 검은색이었던 머리카락이 화면 위에 올라가자 프리즘처럼 빛을 분산해서 머리카락에 위에 연속 스펙트럼을 만들더라고요. 왜 그런건가요? 어떤 이유로 화면에서 나온 빛이 머리카락에 의해 굴절되고 심지어 그 분산된 빛이 머리카락 위에 나타나게 되나요?

(물리1을 이미 공부한 고등학교 2학년이어서 빛의 굴절에 대한 내용을 어느정도 알고 있으니까 참고해주세요)

(최대한 자세한 답변 부탁드립니다ㅠㅠ)

Answer 1

안녕하세요. 박정철 과학전문가입니다.

머리카락이 프리즘처럼 작용하며 빛을 분산하는 현상은 굴절과 내부 반사라는 두 가지 물리학적 원리 때문에 발생합니다.

1. 굴절: 빛이 한 매질에서 다른 매질로 이동할 때 방향이 바뀌는 현상을 굴절이라고 합니다. 이 경우, 화면에서 나온 빛(일반적으로 LED나 LCD 디스플레이의 백라이트)가 공기에서 머리카락의 표면으로 이동하면서 굴절되어 방향을 바꿉니다.

2. 내부 반사: 굴절된 빛은 그 다음에 머리카락 내부를 따라 여러 번 반사되며 진행합니다. 이를 '전체 내부 반사'라고 부르며, 일정 각도 이상에서만 발생하는 현상입니다.

3. 분산: 마지막으로, 각 색깔의 빛은 서로 다른 속도로 굴절됩니다. 즉, 파란색 빛은 붉은색보다 좀더 심하게 굴절됩니다. 이것을 '분산'이라고 부르며, 프리즘에서 볼 수 있는 일련의 색깔(스펙트럼)을 생성하는 원인입니다.

따라서 검정색인 머리카락 위에 연속 스펙트럼이 나타나는 것은 화면에서 나온 흰색(모든 색의 조합) 백라이트가 위 세 가지 과정을 거치며 각기 다른 색깔로 분산되었다는 것을 보여줍니다.