파동의 생성

종파와 횡파

선형으로 연결된 진동자끼리의 탄성력이 특정한 방향으로만 나타난다면 역시 진동도 그 방향으로 이루어 질 것이다. 진동자가 놓여 있는 가로방향으로 만의 탄성력이 있을 때는 파동의 진행방향에 나란하게 진동을 하여 이를 종파라고 한다. 이와 달리 진동자끼리의 탄성력이 놓인 방향에 수직으로 나타나서 파동의 진행방향에 수직으로 진동하는 경우는 횡파라 한다.

아래 그림은 입자가 수직선상으로 진동하게 되어 있고, 진동자는 수평방향으로 선형으로 연결되어 있다. 이 경우는 파동은 수평방향으로 진행하게 되고 입자의 진동방향은 그 방향에 수직으로 놓여지게 되어서 횡파를 만들게 된다. 수직으로만 운동하게 되어 있다는 것은 실제로 입자를 속박하는 장치가 따로 있다기 보다는 줄의 진동처럼 줄 전체를 통하여 일정한 힘으로 전달되는 장력이 탄성력으로 작용하는 특별한 경우에 생겨난다. 줄의 진동과 막의 진동은 거의 비슷하게 생각할 수 있다. 두 경우 모두 줄이나 막이 늘어나서 생기는 복원력은 무시할 수 있는 반면에 가장자리를 당기는 장력이 크게 나타나기 때문이다. 장력은 진동의 폭이 크지 않을 때에는 거의 수직성분의 합력만을 만들기에 줄이나 막의 진동은 횡파가 된다.

한편 종파의 경우는 진동자가 나열되어 있는 방향으로의 탄성을 크게 가진 경우이다. 이의 대표적인 예로서는 음파를 들 수 있다. 공기중의 공기분자는 거시적으로 보면 주위의 분자로부터 압력에 의한 힘을 받게 되는 데, 이 압력은 언제나 경계면에 수직하게만 나타난다.

횡파나 종파는 본질적으로 크게 다르지 않지만 우리가 경험하는 주위의 파동은 대부분 이 둘 중의 하나의 특성을 갖는다. 일반적으로 서로 연결된 진동자는 연결된 방향으로 힘이 만들어지므로 진동이 진행방향과 관계없이 임의의 진동 방향이 있을 수 있지만 수직이나 수평 중 어느 한쪽이 월등하게 강세를 보이면 특정한 파가 되는 것이다. 특히 두 방향으로의 탄성이 차이가 있다면 각각의 전파속도가 달라서 먼 거리를 진행하고 나면 이 둘은 분리되게 되는 데 이를 관측하게 되면 종파나 횡파 중 하나가 관측된다. 이의 예로서는 지진파의 p파나 s파가 있다.

파동?

다음은 도미노가 연속해서 쓰러지는 모습을 보여준다. 이것이 파동일까? 아닐까?

_ 연결된 진동자_ 복원력_ 음파_ 종파_ 파동_ 횡파