파동의 표현

우리가 소리를 지르면 그 소리는 공기중을 가로질러 사방으로 퍼져 나간다. 그 소리는 공기의 밀도의 변화나 평형위치에서의 변위량을 파동량으로 삼을 수 있는 파동이기 때문에 그 파동이 뛰노는 공간은 3차원이다. 소리라 하는 음파는 지진파, 전자기파 등 대부분의 다른 파동과 함께 3차원 파동이라 할 수 있다. 3차원으로 번져가는 파동은 비록 조화파라 하더라도 2차원파동의 원형파, 평면파처럼 다양한 형태가 있다. 점으로부터 발생되어 나가는 경우 파면이 구면 인 구면파가 될 것이고, 선으로부터 발생되는 원통파, 구면파나 원통파가 멀리 진행하여 파면이 평면이 되는 평면파가 있다. 또한 중첩에 원리에 의하여 이러한 단순한 파가 겹쳐서 나타나는 복잡한 여러 모양을 가질 수 있다.

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3차원 파동의 움직임_ 공간의 3차원으로 퍼져나가는 파동으로 거의 연속된 매질의 움직임을 격자점으로 나타내었다. 이는 침대의 용수철이 조합되어 출정거리는 파동의 모양과 유사하다. 가장 일반적인 파동으로서 공기 등의 매질을 퍼져나가는 음파나 진공에서도 존재하는 전자기파의 경우에 해당된다. 시간이 많이 흐르거나 그림 위를 마우스로 클릭하면 새로운 형태의 파동이 만들어진다.

위 그림은 3차원의 파동이 번져나가는 모습을 보여주고 있다.각 지점에서의 파동량은 음파나 지진파 처럼 그곳의 물체의 변위일 수도 있고, 아니면 전자기파처럼 다른 물리량일 수 있다. 오른쪽 그림에서 나타낸 것은 각 격자점의 위치가 변화되는 변위의 파동이다. 이 변위는 역시 공간의 3차원 상으로 이루어질 수 있으나 음파의 경우에는 진행방향으로만 형성되는 종파이다