여러 가지 파동

파동은 무엇인가?

일반적으로 파동은 어떤 물리량이 주기적으로 변하면서 그 변화가 공간을 따라 전파되어 나가는 것 을 말한다.

그 물리량이 기체의 압력일 때는 보통 소리라고 하는 음파 가 되고, 평형위치에 대한 수면의 변위일 때는 수면파 가 된다. 그 외에도 지진파, 줄의 진동 등이 있다. 보통 파동으로 되는 물리량은 서로 공간적으로 영향을 주고 받을 수 있어 유기적으로 연결되어 있어야 하고 또한 평형상태로 되돌아 가려고 하는 탄성이 있어야 한다. 자연현상에서는 여러 가지 종류의 파동이 있고, 그 전파모양이나 진동모양이 일정하지 않다. 그러나 어느 경우든지 파동이라 함은 물리량이 존재하고 있는 바탕으로 볼 수 있는 매질 자체가 전파되어 나가는 것이 아니라, 그 매질의 성질이 전파되어 나가는 것 이다. 이때 파동이 실어나르는 물리량을 파동량이라 한다.

_ 음파_ 주기_ 진동

파동은 어떤 것이 있는가?

줄의 파동

팽팽하게 당겨진 줄이 그 평형위치에서 변위된 정도가 줄을 타고 전파되는 파동 이다. 기타, 바이올린 등 현악기는 줄의 파동이 음파를 만들어 내게 된다.

음파

음파는 매질을 구성하는 분자 등의 진동이 전파되는 파동으로서 파의 진행방향으로 압축되었다가 팽창하면서 전파 된다. 이 음파는 공기중으로 전파되어 우리 귀로 들을 수 있다.

photo

관 속의 정상파_ 금속 관 위에 일렬로 작은 구멍들을 뚫어 놓고 한쪽에서 LNG를 불어 넣으면서 스피커로 관 속에서 공명된 음파가 생기게 하였다. 관 속의 음압의 차이에 따라 각각의 작은 구멍에서 분출되는 LNG의 양이 달라져서 시각적으로 음파의 진동 모양을 불꽃의 크기로 관찰할 수 있다.

막의 파동

고무막을 가장자리들을 팽팽하게 당겨서 그 막의 일부분을 튕겨주면 변형된 모습이 사방으로 전파된다. 이는 줄의 파동이 2차원으로 확장된 것으로 이해할 수 있다. 이 파동의 공명을 이용한 북 등 타악기가 있다.

수면파

호수나 바다의 수면이 진동하면서 그 진동하는 양상이 주변으로 전파되는 파동으로 탄성에 의한 복원력의 종류에 따라 표면장력파, 중력에의한 파 등이 있다.

전자기파

전기장의 요동이 자기장을 만들거나 변화시키고, 또한 자기장의 요동이 전기장을 만들거나 변화시킨다. 그 전기장이나 자기장의 변화는 다시 자기자신의 변화를 유발하게 되어 결국에는 공간에서 파동형태로 전파하는 데 이것이 전자기파이다. 이 파동은 특이하게 매질을 바탕으로 하여 전파되는 것이 아니라, 공간 그 자체를 바탕으로 하여 전파된다. 진공에서의 그 속도는 잘 알고 있는 대로 30만km/sec이다. 이 파의 파장에 따라 우리는 전파(장파, 중파, 초단파, 마이크로파 등), 빛(적외선, 가시광선, 자외선 등), X선(엑스선), 감마선 등 구분하여 부르는 데 그것이 생겨나는 원리가 다르다. 그러나 이 모두는 전자기파로서의 공통적인 성질을 갖고 있다.

마이크로파

전자기파로서의 마이크로파는 파장이 극히 짧아서 많은 정보를 실어보낼 수 있다. 그래서 위성통신, 정보통신등의 분야에 널리 쓰인다. 그뿐만 아니라 마이크로파는 금속에서 잘 반사되고, 유리, 공기, 종이등에서는 잘 투과되나 수분을 포함하는 음식물 등에서는 흡수되어 발열을 하므로 이를 이용하여 음식을 가열하는 데 쓴다. 지금은 가정에서도 많이 볼 수 있는 마이크로파 오븐(전자렌지)이 바로 물에 가장 잘 흡수되는 2.45GHz의 마이크로파를 이용한 조리기구이다. 보통 마이크로파를 발생시키는 데는 진공관, 마그네트론 등을 이용한다.

빛

빛도 전자기파의 일종이다. 그러나 보통 전파라고 하는 영역의 전자기파는 전자공학의 회로구성을 통하여 발생시킬 수가 있는 데 비하여 빛은 원자 혹은 분자의 전자전이에 의하여 발생되고 또한 이들에 의하여 흡수된다. 따라서 이는 생명체의 생체 화학적인 과정에 의하여 우리가 빛을 인식하기때문에 보통의 전자기파와 구별한다. 레이저의 경우처럼 특수한 경우가 있지만 보통의 광원은 결이 잘 맞아 있지 못할 뿐더러 파장도 일정하지 못하여 간섭이 잘 일어나지 않는다.

_ 표면장력파_ 가시광선_ 전자기파_ 복원력_ 감마선_ 레이저_ 타악기_ 현악기_ 전기장_ 자기장_ 음파_ 진동_ 간섭_ 공명_ X선