파동의 성질과 속력

1. 파동

1) 파동

파동이란 한 지점에서 생긴 진동이 주위로 퍼져 나가는 현상입니다. 따라서 파동은 물질의 이동 없이 에너지를 전달합니다. 파동의 속도는 파동을 전달하는 물질인 매질에 의해 결정되고, 파동의 진동수는 파동이 발생한 지점인 파원에 의해 결정됩니다.

2) 파동의 종류

① 횡파

횡파는 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 수직인 파동으로 전자기파와 지진파의 S파 등이 있습니다.

② 종파

종파는 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 나란한 파동으로 소리, 초음파, 지진파의 P파가 있습니다.

3) 파동의 용어

① 마루와 골

횡파에서 파동이 가장 높은 곳을 마루라고 하고, 가장 낮은 곳을 골이라고 합니다.

② 진폭

진폭($ A $)은 진동 중심에서 마루 또는 골까지의 거리입니다.

③ 파장

횡파에서 파장($ \lambda $)은 이웃한 마루와 마루 또는 이웃한 골과 골 사이의 거리입니다. 종파에서는 이웃한 밀한 지점 사이의 거리 또는 이웃한 소한 지점 사이의 거리입니다.

④ 주기

주기($ T $)는 매질이 한 번 진동하는데 걸리는 시간으로 단위는 초($ s $)입니다.

⑤ 진동수

진동수($ f $)는 매질이 1초 동안 진동하는 횟수로 단위는 헤르츠($ Hz $)를 사용합니다. 진동수는 파원의 진동에 따라 정해지고, 진행 과정에서 매질이 달라져도 변하지 않습니다. 파동에서 주기가 짧은, 즉 진동수가 큰 음일수록 높은 소리가 나고, 주기가 긴, 즉 진동수가 작은 음일수록 낮은 소리가 납니다.

[ConFer]
순간 파동의 그래프를 나타내는 변위-위치 그래프틑 한 지점에서 순간 파동의 모습을 그린 것이고, 한 점의 위상을 나타내는 변위-시간 그래프는 한 지점에서 시간에 따라 어떻게 진동하는지를 펼친 것입니다. 변위-위치 그래프에서 마루와 마루 또는 골과 골 사이의 길이는 파장을 나타내고, 변위-시간 그래프에서 마루와 마루 또는 골과 골 사이의 간격은 주기를 나타냅니다. 또한 일반적으로 A-B 그래프에서 A는 $ y $축 단위를, $ B $는 X축 단위를 의미합니다.

2. 파동의 속력

1) 파동의 진행

파동은 매질이 한 번 진동하는 동안(한 주기 동안) 한 파장만큼 진행하고 동일한 매질에서 파동의 속력은 일정합니다.

2) 파동의 속력

① 파동의 속력 공식

파동의 속력 $ v $는 파장 $ \lambda $에 비례하고, 주기 $ T $에 반비례합니다.
$$ v= \frac{\lambda}{T} $$
위 식에서 주기 $ T $는 진동수 $ f $의 역수와 같으므로 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
$$ v=f\lambda $$

② 매질별 파동의 속력

빛의 속력은 진동에서 제일 빠르고, 기체, 액체, 고체 순으로 속력이 큽니다. 소리의 속력은 고체, 액체, 기체의 순으로 속력이 크고, 온도가 높을 수록 속력이 큽니다. 물결파의 속력은 수심이 깊을수록 빠릅니다. 줄에서의 속력은 파동이 전달되는 줄의 길이와 재질이 같을 때 느슨한 줄에서보다 팽팽한 줄에서 속력이 크며, 굵은 줄보다 가는 줄에서 속력이 큽니다.