[물리1] 파동의 발생 l 파동의 종류, 그래프, 속력, 주기, 파장, 진동수

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“파동의 발생 l 파동의 종류, 그래프, 속력, 주기, 파장, 진동수"에 대해서 알아보겠습니다.

파동은 "한 곳에서 생긴 진동이 매질을 통해 퍼져 나가며 에너지를 전달하는 현상" 입니다. 

그리고 파동이 전파할 때에는 에너지가 이동하고, 매질은 제자리에서 진동만 합니다.

 무슨 말인지 설명해드리겠습니다. 잔잔한 호수에 돌을 던지면 돌을 맞은 부분이 파동이 시작 되는 지점이 파원이라고 하고 에너지가 사방으로 퍼져나갑니다. 이 때 매질인 물은 위 아래로 진동만 할 뿐 사방으로 이동하진 않습니다. 그래서 매질은 진동만 하고 에너지가 이동한다고 하는 것이죠.

파동의 종류에는 횡파와 종파가 있습니다. 횡파에서 매질은 위 아래로 진동합니다. 그리고 에너지는 매질의 진동 방향과 수직인 방향으로 진행하죠. 예시로는 물결파, 지진파의 S파, 전자기파가 있습니다.종파는 매질의 진동 방향과 에너지의 진행 방향이 나란합니다. 예시로는 음파, 지진파의 p파가 있습니다.이제 파동의 요소에 대해 알아볼건데 일단 마루는 가장 높은 지점, 골은 가장 낮은 지점입니다. 마루부터 진동 중심까지의 거리를 진폭이라고 하고, 마찬가지로 골부터 진동 중심까지의 거리도 진폭이라고 합니다. 그리고 파장은 마루부터 마루까지의 거리 혹은 골부터 골까지의 거리입니다. 

그리고 주기는 "매질의 한 점이 1회 진동하는데 걸리는 시간"이고 진동수는 "매질의 한 점이 1초 동안 진동하는 횟수" 입니다. 이 둘은 역수 관계를 갖고 있습니다. 만약에 매질의 한 점이 1회 진동하는데 걸리는 시간이 0.5초라고 해봅시다. 그러면 1초 동안 진동을 2번하는 것이죠? 그래서 역수 관계가 성립합니다.

파동의 그래프에는 파동의 전체적인 모습을 나타내는 변위-위치 그래프와 매질의 한 지점의 운동을 나타내는 변위-시간 그래프가 있습니다. 이 두 그래프의 차이에 대해서는 정확하게 이해를 하셔야 합니다. 변위 위치 그래프에서 파란색 동그라미를 친 지점에 대해서 변위 시간 그래프에서 시간에 따른 운동을 나타냈다는 것을 이해하면 될 것 같습니다.

그리고 파동의 속력 = 파장 / 주기 = 진동수x파장 이라는 것을 알아둬야 합니다. 원래 속력(v) = 거리(s) / 시간(t) 이죠. 그런데 파장이 곧 거리이고 주기가 곧 시간이니 이 식에서도 동일하게 적용된다고 볼 수 있습니다. 그리고 1 / 주기 = 진동수 이기 때문에 다음 식도 성립하죠. 

또한 같은 매질에서 파동의 속력은 일정하다는 것을 꼭 알아둬야 합니다. 전자기파의 경우 모두 속력이 빛의 속력으로 일정해서 적외선의 속력과 자외선의 속력은 동일한데, 적외선은 파장이 길고 진동수가 낮고 자외선은 파장이 짧고 진동수가 높다는 차이점이 있죠.

줄에 생긴 파동의 속력은 줄이 가늘수록, 팽팽할 수록 빠릅니다. 실과 밧줄을 튕길 때를 생각해보시면 이해가 갈 것 입니다.

물결파의 속력은 물의 깊이가 깊을수록 빠릅니다. 물의 깊이가 깊을수록 바닥과의 마찰이 적어지기 때문이죠.

마지막으로 소리의 속력은 고체 > 액체 > 기체 순으로 빠르며, 공기의 온도가 높을수록 빠르다는 것까지 알아두시면 될 것 같습니다.

아래에 영상도 있으니 참고하시면 됩니다! 감사합니다 :)