파동의 간섭

물결통 실험의 모의실험

아래 프로그램에서 물결통 실험에서 수면의 움직임을 흉내고 있다. 두 파원의 간격, 두 파의 위상차와 파장을 변화시킬 수 있게 되어 있어 상황을 바꿔가며 다양하게 실험할 수 있다.

1. 처음의 조건으로 두었을 때 보강간섭을 하는 영역과 소멸간섭을 하는 영역을 관찰해 보자. 이때 파동이 뛰노는 공간에 마우스를 클릭하면 수면에 부표를 띄어 두는 것과 같이 한 지점의 물의 진동을 살펴볼 수 있다.

2. 위상차를 90도, 180도로 바꾸어 보자. 보강간섭과 소멸간섭이 일어나는 영역이 위상차가 없을 때에 비하여 어떻게 달라지는지 잘 살펴보자.

3. 두 파의 파장을 약간 다르게 했을 때 간섭의 형태는 시간에 따라 변할 것이다. 이때 간섭 형태가 지속되는 시간을 각각의 파장차에 대해 조사해 보자. 이렇게 두 파의 진동수가 다르거나 그 위상차가 일정하게 유지 되지 못하고 제멋대로 변한다면 보강되거나 소멸되는 영역이 계속 변하게 된다. 진동의 주기보다 오랜 시간을 두고 보면 공간적으로 특별한 영역이 있지 못하여 간섭이 일어나지 않는다고 말한다. 이러한 두 파동을 가간섭성을 가지지 않았다고 말한다.

4. 두 파원의 간격을 변화시켰을 때 무늬의 간격이 어떻게 달라지는지 잘 관찰해 보자. 파원의 간격과 무늬의 간격은 일반적으로 반비례하는 것을 알 수 있을 것이다. 이를 이론적으로 규명해 보자.

[질문1] 소멸간섭을 하는 지점이라도 부표를 띄어보면 약간은 진동을 하는 것을 알 수 있을 것이다. 이 이유는 무엇인가?

[질문2] 파장의 차이가 작으면 그런대로 긴 시간 동안 간섭의 유형이 유지될 수 있다. 이렇게 유지되는 시간과 파장의 차이의 관계는 어떨까? 이 관계를 진동수의 차이의 관계로 바꾸어서 생각해 보라. 진동수가 300Hz 정도인 음파로 이와 비슷한 실험을 할 때, 진동수의 차이가 얼마 이내이면 10초 정도 간섭의 유형이 지속되는 결과를 기대할 수 있을까? 10¹⁴Hz 정도의 빛은 어떨까?

[질문3] 두 파원의 거리 차이가 줄어들면 간섭이 거의 나타나지 않는다. 이 기준은 어느 정도일까?

[질문4] 이 실험에서 파동이 보강간섭하는 지역을 이어준 곡선이 쌍곡선을 이루는 것을 보여라.

_ 진동수_ 위상_ 음파_ 주기_ 파동