사진 어둡고 밝게 만드는 셔터와 조리개의 마법

셔터 속도 길거나 조리개 많이 열면 빛의 양 많아져 사진 밝게 나와요
'F값' 낮을수록 사진은 밝게 찍혀… 카메라의 원리 알면 더 재미있죠

요즘 전국 방방곡곡에서 기분 좋은 꽃 소식이 들려옵니다. 전남 광양시의 매화마을에도 봄을 알리는 매화가 활짝 피었다지요. 창현이도 아빠 엄마와 함께 꽃구경에 나섰어요. 가지마다 달린 어여쁜 꽃망울을 보니 봄이 왔다는 게 정말 실감 나네요. 아빠께서는 꽃 구경하랴, 엄마와 창현이의 모습을 카메라에 담으랴 무척이나 분주하셨어요. 창현이는 카메라를 든 아빠 모습이 참 멋져 보였습니다.

"아빠, 저도 그 카메라 한번 써보고 싶어요!"

"글쎄…. 창현이가 쓰기엔 조금 어려울 텐데?"

아빠께서는 걱정스러운 표정으로 창현이에게 카메라를 건네셨어요. 창현이는 자신만만하게 카메라를 손에 잡았지요. 하지만 아빠의 디지털 카메라를 들여다보니 갑자기 머리가 아파졌습니다. 카메라 화면에 무슨 뜻인지 알 수 없는 숫자가 복잡하게 적혀 있었거든요. 무작정 셔터 버튼을 누르자 사진이 너무 밝게 찍혔어요.

▲ 그림=이창우

"아빠, 사진이 너무 밝게 나왔어요. 왜 그럴까요? 게다가 카메라에는 왜 이렇게 숫자가 많이 적혔어요? 1000, F4.5 …. 어휴, 무슨 뜻인지 하나도 모르겠어요."

"하하, 아빠가 하나씩 알려줄게. 먼저 '1000'이란 숫자는 '셔터 속도(Shutter speed)'를 나타낸단다. 셔터 버튼을 누르면 카메라 안으로 빛이 들어올 수 있도록 셔터 막이 열리는데, 셔터 막이 열려 있는 시간을 나타내지. '속도'라는 말을 썼지만 실제로는 속도가 아니라 시간을 나타내는 용어야. 카메라 화면의 '1000'이라는 숫자는 셔터 막이 '1000분의 1초' 동안 열려 있다는 뜻이란다."

"셔터 막이 오래 열릴수록 빛이 오래 들어오니 사진이 그만큼 밝아지겠네요?"

"그렇지! 창현이가 잘 이해했구나. 셔터 속도, 즉 셔터 막이 열리는 시간과 빛의 양은 비례 관계란다. 대신 빛을 받는 시간이 길어지면 흔들림이나 잔상이 생기기도 해. 그래서 스포츠 기자들은 경기 사진을 찍을 때 셔터 속도를 짧게 해서 찍고, 불꽃놀이처럼 멋진 빛의 궤적을 담고 싶을 때에는 셔터 속도를 길게 해서 찍지."

카메라 화면을 들여다보던 창현이는 궁금한 것이 또 생겼어요.

"그럼 셔터 스피드 옆에 적힌 이 숫자는 뭐예요? 'F'라는 알파벳 대문자와 함께 쓰였어요."

"그건 'F값(F number)'이라고 하는 수치야. 빛의 양을 조절하는 조리개가 얼마나 열려 있는지를 가늠하는 수치란다. F값을 조절해서 사진의 밝기를 바꿀 수 있지."

"아, F값의 수가 클수록 조리개가 많이 열리는 거예요?"

"그렇지 않아. F값은 '초점거리÷조리개 구멍의 지름'으로 계산해. 그래서 초점거리가 일정할 때 조리개가 움직이면서 생기는 원의 지름과 F값은 반비례한단다. 초점거리가 변하지 않는 상태에서 F값이 4일 때 열리는 조리개 원의 지름은 F값이 1일 때보다 4배 작다는 뜻이지. 따라서 F값이 클수록 열려 있는 조리개 원의 크기는 작아지고, 사진은 그만큼 어둡게 찍히는 거야."

"아빠, 그런데 F값은 숫자가 특이해요. '1.4, 2.8, 5.6 …' 같은 숫자가 나와요. 정확하게 1이나 2로 표시하면 편할 텐데, 왜 이렇게 쓰는 건가요?"

"거기에는 조금 어려운 수학 개념이 들어간단다. 아빠가 아까 조리개는 빛의 양을 조절하는 것이라고 했지? 그럼 카메라에 들어오는 빛의 양을 2배로 늘리려면 조리개를 어떻게 조절해야 할까?"

"음…. 열리는 조리개 원의 면적을 2배로 늘리면 들어오는 빛의 양도 2배가 되지 않을까요?"

"맞아. 빛을 2배로 받으려면 면적을 2배로 키워야 하지. 그럼, 원의 면적을 2배로 만들려면 반지름은 얼마나 키워야 할까?

"아빠도 참~ 그거야 쉽지요. 지름을 2배로 만들면 넓이도 2배가 되지 않을까요?"

"글쎄, 정말 그럴까? 한 번 생각해 보자. 원의 지름이 2배가 되면 반지름도 2배가 된단다. 원의 넓이를 구하는 방법은 창현이도 잘 알지?"

"네. 원의 넓이는 '반지름×반지름×3.14'로 구해요."

"그렇지. 그런데 여기서 반지름의 길이가 2배가 된다고 가정하면 넓이는 2의 제곱, 즉 4배만큼 커지는 거야. 그러니까 만약 조리개 원의 넓이를 2배로 만들고 싶다면 반지름을 2의 제곱근인 약 1.4배만큼 키워야 한단다. 그래서 F값에 '1.4'와 같은 복잡한 숫자들이 나오는 것이지."

"아하! 그럼 F값은 조리개의 지름과 반비례하고, 사진의 밝기는 F값의 제곱에 반비례하는 셈이네요."

"그렇지. 셔터 속도와 조리개뿐 아니라 다른 요소도 사진의 밝기에 영향을 주지만, 이 두 가지를 조금씩 바꾸어도 사진의 밝기를 조절할 수 있단다."

"그럼 다시 찍어볼게요. 하나, 둘, 셋~."
[함께 생각해봐요]
현재 카메라의 F값은 4이고, 셔터 속도는 1/100초입니다. 카메라가 고장 나 셔터 속도를 조절할 수 없는 상태에서 사진의 밝기를 16배 어둡게 하려면 F값을 어떻게 조절해야 할까요?
해설: F값을 4배 더 높이면 됩니다. 사진의 밝기는 F값의 제곱에 반비례하기 때문이에요.


[관련 교과] 6학년 2학기 '원주율과 원의 넓이' 6학년 2학기 '정비례와 반비례'

 조선일보