요지경 vs 만화경?

요즘 아이들이 방학이다 보니 아이들과 보낼 시간이 늘었다. 날씨가 춥고 학원에 다니는 아이들이 많아 학원을 많이 다니지 않는 우영이는 집에 있는 때가 많다. 집에서는 누워 책을 보거나 TV를 보는 녀석 때문에 이번 방학을 이용해서 어렸을 때 재미있게 가지고 놀았던 놀이 기구를 만들거나 과학 실험 교구를 구입해 녀석과 과학 실험 하기로 했다.

'풀로 만드는 통통볼'과 같은 과학 실험 교구 셋트가 널려있을 것으로 생각했는데 의외로 이런 교구 셋트를 찾기 힘들었다. 그래서 어렸을 때 재미있게 가지고 놀았던 놀이 기구를 우영이와 함께 만들기로 했다. 가장 먼저 떠오른 것은 만화경(Kaleidoscope)과 환등기(Slide Projector)였다. 렌즈와 상자, 꼬마 전구만 있으면 만들 수 있는 것이 환등기이지만 충주라는 지역적인 특색상 이런 교구를 파는 교구사는 찾기 힘들었다. 용산동쪽에 과학사가 하나 있는 것을 인터넷에서 찾아 냈지만 아직 기보지 못했다.

두번째로 생각난 놀이 기구가 망원경처럼 생긴 통을 들여다 보면 여러 가지 형상을 만들어 내는 만화경이었다. 문제는 이 만화경의 이름을 모른다는 것. 처음에는 요지경으로 생각하고 인터넷에서 요지경을 만드는 방법을 찾아봤지만 신기하게 요지경을 만드는 방법은 어느 곳에도 없었다.

카메라 모양에 둥근 원판을 꼽고 셧터를 누르면 필림이 한칸씩 돌면서 카메라 렌즈를 통해 볼 수 있는 것을 요지경이라고 하는데 내가 기억하는 놀이 기구와는 아무런 관련이 없는 것 같았다. 결국 기억을 되살려 보니 거울을 삼각 기둥 형태로 두고 반대쪽에 반투명 셀로판지를 댄 뒤 판지 앞에 색종이 같은 것을 잘라 둔 넣어 둔 것을 반대쪽의 눈 구멍을 통해 봤던 기억이 떠 올렸다.

이 기억을 토대로 인터넷을 찾아보니 과학 기구 셋트를 파는 곳에서 원하는 물건을 찾아냈다. 이름을 확인해 보니 요지경이 아니라 만화경이었다. 알루미늄판 세개, 원통하나, 앞, 뒷판만 있는 것의 가격이 5500원이었고 조금 비싼 듯해서 옥션을 찾아 보니 2900원에 팔고 있었다. 완제품도 가능하고 직접 만들어 볼 수 있도록 반제품도 팔고 있었다.

우영이에게는 원리를 알려 주고 다예에게는 신기한 것을 보여주기 위해 총 4개의 만화경을 구입했다. 그리고 오늘 도착한 물건에는 의외로 서비스로 하나가 더 포함되어 있었다. 판매 페이지에 사은품에 대한 얘기가 없었는데 의외의 사은품을 받고 보니 역시 기뻤다.

준비물

거울 세장

직사각형의 거울 세장이 필요하다. 예전에는 실제 거울을 사용했지만 거울은 깨지기 쉽고 위험하기 때문에 요즘은 거울 대신에 알루미륨이나 아크릴을 사용한다. 아크릴 거울은 표면에 보호지가 붙어 있기 때문에 보호지를 벗기고 사용해야 하며 작업 중 지문이 거울에 묻을 수 있으므로 하얀 장갑을 끼고 거울을 붙이는 것이 좋다.

둥근 원통

마분지로 직접 제작해도 되며 호일 말대를 잘라서 사용해도 된다. 호일 말대를 잘라서 사용하는 경우 거울의 크기는 호일 말대에 맞추어야 한다. 또 원통에는 만화경에서 여러 가지 모양을 만드는 잡다한 것도 넣어야 하기 때문에 거울의 길이는 원통의 길이 보다 조금 짧아야 한다.

투명, 반투명 원판, 불투명 원판

투명 원판은 만화경의 안쪽에 들어가며 반투명 원판은 빛을 받아드리기 위해 만화경의 바깥쪽을 막는데 사용된다. 불투명 원판은 원통 반대쪽에서 만화경을 들여다 보는데 사용된다.

작고 예쁜 것들

깨진 유리나 플라스틱 조각, 헝겊, 실 등 색체가 뛰어나며 잘 움직이는 것들이 좋다. 이 것들이 투명 원판과 반투명 원판 사이에서 온갖가지의 형상을 만들어 낸다.

준비물은 직접 준비해도 되며, 아예 키트 자체를 구입해도 된다. 만화경을 구입한 옥션의 판매자는 원리를 아이들에게 설명할 수 있도록 완제품과 반제품 모두 팔고 있었다. 주문시 요구사항에 적으면 된다.

만들기

1. 줄비한 거울을 삼각 기둥처럼 만든다. 그리고 거울이 분리되지 않도록 잘 접착한다. 나는 반제품을 사용했기 때문에 제품에 동봉된 마분지로 거울을 프리즘 형태의 가울을 만들었다.

2. 만들어진 프리즘 형태의 거울을 원통에 넣는다. 이렇게만 해도 만화경을 사용할 수 있다. 세개의 거울이 만드는 세상은 의외로 아주 다양하게 바뀐다.

   

   이 단계에서 나를 만환경으로 찍은 사진. 글을 쓰느라 조립을 반복하다 보니 거울에 손때가 묻어 있다. 그러나 이 상태에서 사물을 봐도 사물에 따라 아주 다양하게 변한다.

3. 원통의 한쪽을 투명 원판으로 막고 이 위에 작고 예쁜 것들을 둔 뒤 바깥쪽은 반투명 원판으로 막는다. 나는 반제품을 구입했기 때문에 이미 케이스로 만들어진 것을 사용했다.
4. 불투명 원판의 중앙 부분에 적당한 크기의 눈구멍을 만들고 이 원판으로 반대쪽 구멍을 막는다.

눈구멍에 눈을 대고 보면 된다. 만화경의 특성상 수평으로 보는 것 보다는 수직으로 보는 것이 더 다양항 형상을 만든다. 수직으로 볼 때도 땅쪽으로 보는 것보다 하늘쪽으로 보는 것이 더 아름답니다. 만화경은 아이들에게는 좋은 놀이지만 어른들에게도 빛과 거울이 만드는 환상적인 쇼를 감사할 수 있는 놀이 기구이다.

만화경으로 본 세상

이글루스에서 사진 삭제

만화경에 대하여

만화경이 만들어 진 것은 1800년대 초라고 한다. 빛의 진직과 거울의 반사 작용을 응용한 것으로 영국의 물리학자 브루스터가 처음으로 만들었다고 한다. 거울을 삼각 기둥으로 세워 만든 삼각(회전) 만화경, 거울을 사각 기둥으로 세워 만든 사각(구슬) 만화경, 거울을 정육면체로 감싸 만든 정육면체 만화경 등이 있다.

만화경 중 가장 일반적으로 사용되는 회전 만화경은 삼각 기둥을 사용한다. 따라서 만화경 거울의 안쪽 각은 60도이며 거울에 의한 상의 갯수는 (360/60)-1=5개로 원래의 상까지 포함하면 총 6개의 상이 보이게된다. 이런 상들은 다시 다른 꼭지점에 5(5*30)개의 상을 만들고 이런 반사가 계속되면 수천 수만개의 상을 만들게 된다.

즉 만화경은 직선과 각, 반사라는 작용의 반복으로 사람들이 생각할 수 없는 다양한 형상을 만들며 약간만 움직여서 수천 수만의 모양 변화를 만든다. 이러한 단순함과 수없이 많은 변화는 '북경에서 나비가 날개짓을 하면 캘리포니아에 폭붕이 인다'는 카오스 이론의 토대가 된 쪽거리 기하학(플랙탈 기하학)을 연상할 수 있다.

관련 바깥고리

아이들 과학실험을 위해 알아두면 좋은 사이트들이다.

• 애질런트 - 신과람
• LG 사이언스 랜드
• 한도움 마트
• 싸이언스 카페