유리는 왜 깨지면 하얗게 보일까요?

유리는 왜 깨지면 하얗게 보일까요?

이 질문에 대한 답은 빛의 난반사 현상으로 설명할 수 있습니다.

유리의 투명성

유리는 원래 투명한 성질을 가지고 있습니다. 그 이유는 유리의 표면이 매끄럽고, 빛이 유리 표면에 닿았을 때 대부분의 빛이 그대로 투과 되기 때문입니다. 투과된 빛은 굴절되어 눈에 도달하므로 우리는 유리를 투명하게 인식하게 됩니다. 하지만 유리가 깨질 경우, 그 성질은 완전히 달라집니다.

깨진 유리의 난반사 현상

유리가 깨지면, 표면적이 커지며 다양한 단면 이 생깁니다. 이 단면들은 각기 다른 방향을 향해 있으며, 그로 인해 빛이 일정한 방향으로 통과되지 못하고 여러 방향으로 반사 됩니다. 이를 난반사 라고 부르며, 이러한 현상이 발생할수록 유리 조각은 투명하지 않고 하얀색 으로 보이게 됩니다.

빛의 투과와 굴절의 변화

또한, 유리 조각의 굴절률 도 변화합니다. 투명한 유리의 경우, 빛은 일정한 경로로 굴절되어 통과하지만, 깨진 조각들은 다양한 굴절각 을 가지게 됩니다. 이로 인해 빛이 쉽게 투과되지 않고, 여러 방향으로 산란하게 되죠. 그 결과로, 우리는 깨진 유리 조각을 불투명한 하얀색으로 인식하게 됩니다.

난반사가 미치는 영향

난반사가 많을수록 물체는 투명성을 잃고 불투명 하게 보입니다. 깨진 유리 조각은 난반사를 극대화하기 때문에 빛이 흡수되지 않고 표면에서 흩어져 나가, 눈에는 하얗게 보이는 것입니다. 예를 들어, 눈(雪)도 실제로는 투명한 물로 이루어져 있지만, 작은 눈 결정들이 난반사를 일으켜 하얗게 보이는 원리와 비슷합니다.

깨진 유리의 물리적 특징

유리가 깨지면 수많은 작은 조각으로 나뉘며, 그 조각들은 각각의 단면과 다양한 각도를 가지게 됩니다. 그 결과로 빛이 일정하게 통과하지 못하고, 여러 방향으로 퍼져 하얀빛 으로 반사되게 되는 것이죠. 이처럼 물리적 구조의 변화와 빛의 성질이 결합되어 깨진 유리 조각이 하얗게 보이는 것입니다.

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깨진 유리의 크기가 작을수록 더 하얗게 보이는 이유는 무엇인가요?

깨진 유리의 크기가 작아질수록 더 하얗게 보이는 이유는 난반사 가 더 많이 발생하기 때문입니다. 이를 이해하기 위해서는 빛이 물체와 상호작용하는 방식을 살펴볼 필요가 있습니다.

빛과 물질의 상호작용

일반적으로, 투명한 유리는 표면이 매끄럽고 넓기 때문에 빛이 대부분 투과 됩니다. 빛이 투과할 때는 유리 표면에서 큰 굴절 없이 지나가며, 이는 우리가 유리를 투명하게 인식하는 주된 이유입니다. 하지만 유리가 깨질 경우, 그 표면은 매우 복잡한 형태로 변합니다. 특히 작은 조각 일수록, 그 조각의 표면적 대비 단면이 커지며, 다양한 방향을 향한 수많은 미세한 단면 들이 생깁니다.

단면의 증가와 난반사

유리 조각이 작아질수록, 각 조각은 다양한 각도에서 빛을 받아들이게 됩니다. 빛이 단면에 닿으면 일정한 방향으로 투과되거나 굴절되지 못하고 여러 방향으로 난반사 되는데, 이는 빛이 물체에서 여러 방향으로 흩어져 반사되는 현상입니다. 작은 유리 조각은 이러한 난반사 면적이 훨씬 많아지기 때문에, 빛이 일정한 방향으로 통과하지 못하고 여러 방향으로 흩어지게 됩니다.

작은 유리 조각에서는 이런 난반사가 더 극대화되어, 빛이 고르게 흩어지고 반사되는 비율 이 커지기 때문에, 더 하얗고 불투명 하게 보입니다.

입자 크기와 불투명성

또한, 유리 조각이 작아지면 빛의 산란 이 더 자주 발생합니다. 이는 빛이 유리 입자를 통과하는 대신 표면에서 더 많이 반사되기 때문입니다. 작은 입자는 큰 입자에 비해 빛이 통과할 확률이 낮고, 난반사가 훨씬 자주 발생하게 됩니다. 이로 인해 작은 유리 조각일수록 투과율이 낮아지며 , 결과적으로 더 하얗고 불투명하게 보입니다.

 

이 현상은 눈(雪)이나 소금과 같은 작은 입자들도 비슷한 원리로 설명할 수 있습니다. 눈 결정체나 소금 입자는 실제로 투명하지만, 입자 크기가 매우 작고 난반사가 많이 일어나기 때문에 눈과 소금 모두 흰색으로 보입니다.

작은 조각일수록 난반사 강도 증가

유리의 경우도 마찬가지로, 조각이 작아질수록 표면에서 난반사되는 빛의 양이 더 많아지므로, 큰 조각보다 더 밝고 하얗게 보이게 됩니다. 유리의 작은 조각들은 빛이 여러 방향으로 흩어지는 면이 많기 때문에, 우리의 눈에 더 불투명하고 하얀 색으로 보이는 것입니다.

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유리 외에 깨진 후에 색이 변하는 다른 투명 물질은 어떤 것이 있나요?

유리 외에도 깨지거나 분쇄되면 색이 변하는 다양한 투명 물질이 존재합니다. 이들 물질은 빛의 난반사 와 투과성 의 변화로 인해 색이 변하는데, 대표적인 예로는 플라스틱 , 얼음 , 그리고 결정질 물질 들을 들 수 있습니다. 각 물질이 깨진 후 색이 변하는 이유와 그 과정을 자세히 살펴보겠습니다.

1. 플라스틱

투명한 플라스틱은 유리와 마찬가지로 매끄러운 표면 덕분에 빛을 잘 투과시켜 투명하게 보입니다. 하지만 플라스틱이 깨지거나 분쇄되면, 그 표면이 울퉁불퉁해지고 여러 작은 조각들로 나뉘며 난반사 가 발생합니다. 이는 빛이 일정한 방향으로 통과하지 못하게 만들고, 결과적으로 플라스틱 조각들은 불투명하고 하얀색 또는 밝은 색조로 변하게 됩니다. 플라스틱 조각들이 작을수록 난반사 효과는 더 커지며, 색 변화가 두드러집니다.

2. 얼음

얼음 또한 물이 얼면서 투명하게 보이지만, 깨지거나 분쇄될 때는 하얗게 변합니다. 깨진 얼음은 작은 결정들이 생기면서 빛이 여러 방향으로 산란 되기 때문입니다. 이는 얼음 내부에 공기 방울 이 포함되기도 하고, 작은 조각들이 빛을 굴절시키거나 반사하기 때문에 일어납니다. 우리가 눈(雪)을 하얗게 보는 것도 같은 원리로, 눈도 미세한 얼음 결정들이 빛을 난반사하기 때문에 하얗게 보이는 것입니다.

3. 결정질 물질

소금이나 설탕과 같은 결정체도 깨지면 색이 변할 수 있습니다. 예를 들어, 소금 결정은 작은 크기일 때 반투명하거나 하얗게 보입니다. 이는 소금 결정의 미세한 표면 에서 빛이 난반사되어 빛이 제대로 투과되지 않기 때문입니다. 이러한 결정체들이 분쇄되거나 깨어질 때, 표면이 더 복잡해지고 다양한 각도로 난반사가 발생해 흰색 이나 불투명한 색 으로 변하게 됩니다.

4. 수정(Quartz) 및 기타 결정

수정(Quartz)과 같은 광물도 깨지면 색이 변할 수 있습니다. 깨지기 전에는 빛이 결정 내부를 비교적 잘 통과하기 때문에 반투명 하거나 투명 하게 보이지만, 깨진 후에는 미세한 파편이 많아지면서 빛의 산란 이 심해져서 불투명하거나 밝은 색을 띠게 됩니다.

5. 아크릴

아크릴 같은 합성 물질도 깨지기 전에는 투명하게 보이지만, 파손되면 난반사 가 증가하여 불투명하게 변합니다. 이는 아크릴의 깨진 면들이 빛을 다양한 방향으로 반사시키기 때문입니다. 특히 아크릴은 유리보다 부서질 때 더 많은 미세한 조각을 만들기 때문에, 유리보다 더 흰색 에 가까운 불투명한 모습을 보이게 됩니다.

결론

이처럼 유리 외에도 플라스틱, 얼음, 결정질 물질, 수정 등 여러 투명한 물질들이 깨지면 빛의 난반사 로 인해 색이 변하게 됩니다. 이러한 물질들은 깨질 때 생기는 미세한 단면 들이 빛을 다양한 방향으로 반사하여 불투명하거나 하얀색으로 보이게 만들며, 이는 물질의 구조적 변화와 빛의 물리적 특성이 결합된 결과입니다.

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난반사와 정반사는 어떤 차이가 있나요?

난반사와 정반사는 빛의 반사 가 일어나는 방식에 따라 구분되는 두 가지 현상입니다. 이 두 현상은 빛이 물체의 표면에 부딪힌 후, 반사되는 방향이 다르기 때문에 시각적으로도 큰 차이를 나타냅니다. 이를 구체적으로 이해하기 위해 먼저 두 개념을 정의하고, 그 차이를 자세히 설명하겠습니다.

1. 정반사란 무엇인가?

정반사 는 빛이 매끄러운 표면 에 부딪힐 때 발생하는 반사 현상입니다. 정반사는 빛이 하나의 일정한 방향으로 반사되어 나가는 현상으로, 이때 반사각은 입사각과 동일합니다. 즉, 빛이 입사한 각도와 반사되는 각도가 동일하게 유지되며, 이를 입사각 = 반사각 의 법칙이라고도 합니다.

정반사는 물체의 표면이 매우 매끄럽고 평평할 때 일어나며, 대표적인 예로는 거울 을 들 수 있습니다. 거울 표면에 빛이 닿으면 입사된 빛이 일정한 방향으로 반사되어, 우리는 거울에 비친 물체를 선명하게 볼 수 있습니다. 마찬가지로 매끈한 물체 들도 정반사를 통해 물체 표면에서 반사된 빛이 눈에 들어오므로, 해당 물체가 밝고 또렷하게 보입니다.

2. 난반사란 무엇인가?

반면에, 난반사 는 빛이 거친 표면 에 부딪힐 때 발생하는 현상입니다. 거친 표면이란 매우 작은 요철이나 불규칙한 구조를 가진 표면을 의미합니다. 이러한 표면에서는 빛이 다양한 각도로 반사되며, 반사각이 일정하지 않고 여러 방향으로 퍼집니다. 즉, 빛이 여러 방향으로 흩어져 반사되는 것을 난반사 라고 부릅니다.

 

난반사가 일어나는 대표적인 예는 종이 나 벽 같은 표면입니다. 종이는 거친 표면을 가지고 있어 빛이 입사했을 때 여러 방향으로 흩어지게 됩니다. 이 때문에 우리는 종이 표면에서 빛이 반사된 방향을 특정할 수 없고, 종이 자체는 빛나는 반짝임 없이 고르게 밝게 보입니다. 유리 조각이 깨졌을 때 하얗게 보이는 이유도 난반사 현상에 의한 것입니다. 작은 조각들이 생기면서 각기 다른 방향으로 빛이 반사되어 하얗고 불투명하게 보이게 되는 것이죠.

3. 정반사와 난반사의 차이

난반사와 정반사의 차이는 크게 다음과 같이 요약할 수 있습니다:

• 표면의 매끄러움 : 정반사는 매끄러운 표면 에서 발생하고, 난반사는 거친 표면 에서 발생합니다.
• 빛의 반사 각도 : 정반사는 입사각 = 반사각 의 법칙에 따르지만, 난반사는 빛이 여러 각도 로 흩어집니다.
• 시각적 효과 : 정반사는 선명하고 또렷한 반사 를 보여주지만, 난반사는 흐릿하고 고르게 밝은 반사 효과를 만들어냅니다.
• 반사된 빛의 방향 : 정반사는 하나의 방향으로 빛이 반사되지만, 난반사는 다양한 방향 으로 빛이 분산됩니다.

4. 실생활에서의 난반사와 정반사 예시

• 정반사 예시 : 거울, 매끄러운 물 표면, 금속 표면 등
• 난반사 예시 : 종이, 벽, 구름, 얼음, 깨진 유리 조각 등

5. 빛의 반사 원리

정반사와 난반사는 모두 빛의 기본 반사 원리를 기반으로 하지만, 표면의 상태에 따라 그 결과가 달라집니다. 매끄러운 표면에서는 빛이 입사된 방향으로 일정하게 반사되지만, 거친 표면에서는 반사되는 각도가 제각각 달라지기 때문에 눈에 들어오는 빛이 여러 방향으로 퍼지게 되어, 물체가 고르게 빛나는 듯이 보이게 됩니다.

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유리 조각의 각도와 빛의 방향은 하얗게 보이는 현상에 어떤 영향을 미치나요?

유리 조각의 각도와 빛의 방향은 깨진 유리가 하얗게 보이는 현상에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 이 현상을 이해하기 위해서는 빛이 어떻게 난반사 되는지와 유리의 조각들이 어떻게 빛의 경로 를 바꾸는지에 대한 물리적 원리를 살펴봐야 합니다.

1. 빛의 입사각과 반사각

먼저, 빛이 물체 표면에 닿을 때, 그 빛은 일정한 각도로 입사하고, 그에 따라 반사되는 각도도 달라집니다. 입사각 과 반사각 이 같다는 것은 정반사에서 중요한 개념이지만, 깨진 유리 조각에서는 그 표면이 불규칙적 이기 때문에, 빛이 다양한 각도로 입사하고, 다양한 방향 으로 반사됩니다. 이때 빛은 일정한 방향으로 반사되지 않고 여러 방향으로 흩어지게 되어 난반사 가 발생합니다. 결과적으로, 깨진 유리 조각들은 빛을 일정하게 통과시키지 못하고, 난반사로 인해 하얗게 보입니다.

2. 유리 조각의 각도와 단면

유리가 깨지면, 작은 조각들이 다양한 각도 와 형태 를 가지게 됩니다. 이 조각들은 그 자체로 여러 방향으로 기울어져 있으며, 각 조각의 단면 은 각기 다른 방향을 가리키고 있습니다. 빛이 이러한 단면에 닿으면, 빛의 경로가 각기 다른 방향으로 굴절되거나 반사됩니다. 즉, 유리 조각의 각도가 다를수록 빛의 반사 경로 는 더욱 복잡해지고, 난반사가 더욱 극대화됩니다.

이때 난반사의 정도는 유리 조각들의 각도와 관계가 깊습니다. 조각의 단면이 더 복잡한 각도 로 배열되어 있을수록 빛이 흩어지는 방향이 더욱 다양해지며, 이러한 이유로 깨진 유리가 더욱 하얗게 보이게 됩니다. 빛이 한 방향으로 집중되지 않고 여러 방향으로 퍼지기 때문에, 조각들의 각도가 복잡할수록 시각적으로 더욱 불투명하게 보입니다.

3. 빛의 방향과 투과성

빛이 유리에 닿는 입사각 또한 유리가 하얗게 보이는 현상에 영향을 미칩니다. 일반적으로 매끄러운 유리 표면에 빛이 닿을 때는 그 빛이 통과하며 굴절되지만, 깨진 유리의 경우 빛이 통과할 수 있는 경로가 복잡하게 변합니다. 빛이 유리 조각에 다양한 방향 에서 들어오면, 그 빛은 각기 다른 각도로 굴절되고 반사되어, 빛의 투과성 이 낮아집니다.

즉, 빛의 방향이 유리 조각에 비스듬히 닿을수록 더 많은 난반사가 발생하고, 이는 유리의 투명성을 감소시킵니다. 빛이 통과하지 못하고 표면에서 흩어지기 때문에 하얗게 보이는 것이죠. 조각들이 작은 각도 차이로도 빛을 여러 방향으로 흩뿌리기 때문에, 입사된 빛이 각기 다른 반사각을 가지게 됩니다.

4. 각도의 복잡성과 난반사 강도

유리 조각들이 얼마나 복잡한 각도를 이루느냐에 따라 난반사의 강도 가 달라집니다. 조각의 크기와 형태가 다양할수록 빛이 반사되는 각도도 다양해지며, 난반사는 더욱 심해집니다. 이로 인해 빛이 일정한 방향으로 통과하지 못하고 모든 방향으로 흩어지게 되어, 우리의 눈에는 더 불투명하고 하얗게 보입니다.

이는 마치 얼음 이 작은 조각으로 부서졌을 때 더 하얗게 보이는 것과 같은 원리입니다. 얼음이 투명해 보이는 이유는 빛이 통과할 수 있는 경로가 명확하기 때문이지만, 얼음이 작은 조각으로 깨지면 빛이 난반사되어 더 하얗게 보이게 되는 것입니다. 유리도 같은 방식으로, 빛이 더 많이 산란될수록 하얗게 보이게 됩니다.

결론

유리 조각의 각도와 빛의 방향은 빛이 반사되는 방식에 직접적인 영향을 미치며, 이로 인해 깨진 유리 조각들이 하얗게 보이게 됩니다. 유리 조각들의 각도가 복잡하고 다양한 반사면을 제공할수록, 빛은 여러 방향으로 흩어지며, 결과적으로 난반사가 증가해 더욱 불투명하고 하얗게 보이게 되는 것입니다. 빛의 방향과 입사각 또한 이 과정에서 중요한 역할을 하며, 빛이 일정한 방향으로 통과하지 못하도록 만듭니다.

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난반사가 일어나는 물리적 원리는 어떻게 설명할 수 있을까요?

난반사는 빛이 물체의 표면에 부딪힐 때, 그 표면의 불규칙성 때문에 빛이 여러 방향으로 퍼져 반사 되는 현상입니다. 이 현상을 물리적으로 설명하기 위해서는 빛의 파동 과 입자 특성, 그리고 물체의 표면 상태와 상호작용을 이해해야 합니다.

1. 빛의 기본 특성: 파동과 입자

빛은 파동 이면서 동시에 입자 적인 성질을 가집니다. 빛의 파동성은 빛이 공기, 유리, 물 같은 매질을 통과하거나 반사될 때 굴절과 산란을 일으키는 원인이 됩니다. 빛이 물체의 표면에 도달하면, 그 표면의 구조에 따라 빛이 흡수 , 굴절 , 반사 되는 방식이 결정됩니다.

매끄러운 표면에서는 빛이 일정한 각도로 반사되며, 이는 정반사 라고 불립니다. 하지만 표면이 거칠거나 불규칙할 경우, 빛은 다양한 각도에서 반사되며 여러 방향으로 퍼지게 되는데, 이를 난반사 라고 합니다.

2. 표면의 거칠기와 난반사

난반사가 발생하는 주요 이유는 물체 표면이 거칠거나 불규칙 하기 때문입니다. 거친 표면은 미세한 요철과 작은 굴곡을 가지고 있어, 빛이 표면에 도달할 때 각기 다른 방향으로 반사됩니다. 이때 빛은 다양한 각도로 퍼져 나가기 때문에, 특정한 방향으로만 빛이 반사되지 않고, 모든 방향으로 흩어지게 됩니다.

예를 들어, 종이 나 벽 처럼 육안으로 보면 평평해 보이는 물체도 실제로는 미세한 요철과 구조적 불균형을 가지고 있습니다. 이러한 표면에 빛이 닿으면, 빛의 일부는 흡수되고 나머지는 여러 방향으로 반사됩니다. 이로 인해 종이와 같은 물체는 반짝이지 않고 고르게 밝은 색을 띠며 보이게 됩니다.

3. 입사각과 반사각의 다양성

정반사는 입사각 = 반사각 이라는 규칙을 따르지만, 난반사에서는 표면의 다양한 각도로 인해 반사각이 일정하지 않습니다. 빛이 물체에 입사할 때, 표면의 불규칙한 각도에 따라 반사되는 각도가 달라지며, 이것이 난반사의 주요 원리입니다. 이러한 불규칙한 반사로 인해 빛이 여러 방향으로 흩어지며, 물체는 불투명 하거나 하얗게 보일 수 있습니다.

깨진 유리가 하얗게 보이는 것도 유리 조각들이 다양한 각도를 가지고 있어서 빛이 여러 방향으로 반사되기 때문입니다. 이처럼, 빛의 경로가 일정하지 않고 흩어지면 난반사가 발생하게 됩니다.

4. 빛의 산란과 난반사의 관계

난반사는 종종 빛의 산란 과 함께 설명됩니다. 산란은 빛이 작은 입자나 물체에 부딪힐 때, 빛의 경로가 변화하면서 여러 방향으로 퍼지는 현상입니다. 난반사는 산란과 유사하지만, 주로 표면 반사 에서 일어나는 현상으로, 표면의 불규칙성에 의해 발생합니다.

예를 들어, 구름 이 하얗게 보이는 이유는 구름 속 작은 물방울들이 빛을 산란시키기 때문입니다. 이와 유사하게, 유리 조각이 깨졌을 때 그 표면에서 빛이 난반사되면 유리가 하얗게 보이는 것입니다. 이는 빛의 경로가 바뀌면서 여러 방향으로 퍼져 우리의 눈에 하얗게 인식되는 현상입니다.

5. 난반사가 만드는 시각적 효과

난반사는 물체가 불투명 하거나 밝게 보이도록 만듭니다. 난반사가 많이 일어나면, 물체는 더 고르게 밝게 보이고 반사된 빛이 일정한 방향으로 집중되지 않기 때문에 선명하지 않게 보입니다. 이런 효과는 얼음, 종이, 구름, 그리고 깨진 유리에서 쉽게 확인할 수 있습니다.

이와 같은 원리로, 우리가 일상에서 접하는 많은 물질들이 빛의 난반사를 통해 시각적으로 다르게 보이는 것입니다. 난반사는 물리적으로 복잡한 빛의 상호작용이지만, 그 결과는 우리가 보는 물체의 색이나 투명도에 큰 영향을 미칩니다.

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마치며,

지금까지의 대화를 통해 깨진 유리가 하얗게 보이는 이유 와 관련된 다양한 과학적 원리들을 깊이 있게 살펴보았습니다. 먼저, 유리가 깨지면 난반사 현상이 발생하여, 빛이 일정하게 통과하지 못하고 여러 방향으로 흩어지면서 하얗게 보이게 된다는 점을 확인했습니다. 그 과정에서 유리 조각의 크기 , 각도 , 그리고 빛이 닿는 입사각 이 중요한 역할을 한다는 사실도 알게 되었습니다. 작은 유리 조각일수록 난반사가 더 많이 일어나고, 이에 따라 더 불투명하고 하얗게 보이게 되는 현상은 입자 크기와 빛의 산란 원리로 설명될 수 있었습니다.

 

또한, 난반사와 정반사의 차이 를 통해 빛이 매끄러운 표면과 거친 표면에서 반사되는 방식의 차이를 명확히 이해했습니다. 이를 바탕으로, 유리뿐만 아니라 얼음, 플라스틱, 결정질 물질 등 다른 투명한 물질들도 깨졌을 때 빛의 투과성과 굴절 이 달라져 색이 변할 수 있다는 사실도 알게 되었습니다.

 

더 나아가 난반사의 물리적 원리 를 통해, 빛이 다양한 각도로 반사되며 물체를 하얗게 보이게 만드는 과정에서 표면의 불규칙성과 빛의 상호작용이 중요한 역할을 한다는 점도 깊이 이해할 수 있었습니다. 난반사는 빛이 물체의 표면에서 발생하는 복잡한 반사 현상으로, 물체가 밝고 불투명하게 보이는 중요한 이유입니다.

 

이처럼, 깨진 유리의 하얀색 현상은 단순한 시각적 효과가 아니라, 물리적 원리와 빛의 상호작용에 기반한 복잡한 현상입니다. 이를 통해 빛과 물질 간의 관계에 대한 더욱 깊이 있는 이해를 얻을 수 있었으며, 일상에서 접하는 다양한 물질의 시각적 특성에 대한 호기심도 해결되었습니다.