[물리학] 파동이란? 파동의 정의와 파동의 표시

파동이란?

파동이라는 단어는 물리학을 공부하면 자주 접할 수 있는 단어지만 의외로 많은 사람들에게 익숙한 단어다. 파동이라는 단어를 들으면 누구나 다 떠오르는 이미지가 있을 것이다. 

매질 내의 한 점에서 생긴 매질의 운동 상태가 매질을 통하여 규칙적으로 퍼져 나가는 것을 파동이라고 한다. 그리고 매질의 진동이 처음 시작된 곳, 즉 파동이 발생한 곳을 파원이라고 한다. 매질이라는 단어가 반복이 되는데 여기서 매질이란 파동을 전달하는 물질을 말한다. 즉, 용수철에 생기는 파동의 매질은 용수철, 수면파의 매질은 물이 되는 것이다.

 

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중요한 사실이 있는데 파동은 매질의 운동 상태가 퍼져나가는 거지 매질이 직접 이동하는 것이 아니다. 운동 상태, 즉 에너지가 매질의 진동을 통하여 주위로 전파되어 나가는 것이다.

 

 

 

▲그 예로 물 위에 떠 있는 나뭇잎을 생각해보자. 잔잔한 수면 위에 돌을 던지면 그곳을 중심으로 물결이 동심원을 그리면서 퍼져 나가는 것을 볼 수 있는데, 이때 나뭇잎은 그 자리에서 상하로 운동을 할 뿐, 물결을 따라 이동하지는 않는다.

 

 

 

파동의 표시

파동은 그래프를 통하여 표시할 수 있다.

 

 

 

▲구성요소를 하나하나 살펴보도록 하자.

 

마루와 골

파동의 변위가 가장 높은 곳을 마루, 가장 낲은 곳을 골이라 한다. 골짜기의 골이랑 같은 단어인지는 잘 모르겠다. 아무튼 위의 그래프로 본다면 마루는 A, 골은 - A가 된다.

 

진폭

진동 중심에서 마루나 골까지의 거리를 말한다. 위의 그래프에서 진동의 중심은 0이다. 따라서 진폭은 A가 되겠다.

 

파장

매질의 한 점이 1회 진동하는 사이에 파동이 진행한 거리를 말한다. 조금 더 쉽게 이야기를 한다면 마루에서 다음 마루까지, 또는 골에서 골까지의 거리가 한 파장이다. 한 파장은 λ 라는 문자로 표현한다. 마루에서 골까지의 거리는 반 파장 즉. λ/2 라고 말할 수 있다. 파장의 단위는 m를 쓴다.

 

진동수

단위 시간 동안에 매질이 진동한 횟수를 말한다. 1초 동안에 매질의 한 점을 지나는 마루 또는 골의 횟수라고 말할 수 있다. 진동수는 f 라는 문자로 표현한다.

 

주기

매질의 각 점이 한 번 진동하여 원래의 진동 상태로 돌아오는 데 걸리는 시간을 말한다. 다시 말하면 한 파장이 지나가는 데 걸리는 시간이다.  T라는 문자로 표현하며 단위는 s를 사용한다. 중요한 사실은 주기와 진동수는 역수 관계를 가진다. 둘의 관계는 아래의 식과 같이 말할 수 있다.

 

 

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