그래프로 파동 나타내기

교과 지도 자료  2. 파동

Ⅱ. 빛과 파동

⑴ 변위－위치 그래프

물결파가 전파되어 나아갈 때 어느 순간의 모습을 그래프로 나타낸 것이다. 이 그래프에서 마루와 마루 사이의 거리는 파장을 나타내므로 그래프를 통해 진폭과 파장을 알 수 있다.

⑵ 변위－시간 그래프

파동이 진행할 때 특정한 위치에 있는 매질의 운동을 시간에 따라 그래프로 나타낸 것이다. 이 그래프에서 마루와 마루 사이의 거리는 주기를 나타내므로 그래프를 통해 진폭과 주기를 알 수 있다.

파면

파동이 진행할 때 특정 시간에 같은 변위를 가지는 점들을 이어서 만든 선 또는 면을 말한다. 일반적으로 마루나 골을 연결하여 그린다.

⑴ 파면의 모양

호수에 돌을 던졌을 때 생기는 물결파에서 파동이 어느 순간 정지해 있다고 가정하자. 이때 마루인 지점을 서로 이으면 동심원을 그릴 수 있다. 이렇게 같은 변위를 가지는 점을 이어 만든 선 또는 면을 파면이라고 한다. 파동의 생성 과정에 따라 파면의 모양은 다양하다.

만약 긴 자를 이용해 물결파를 만들었다면 파면이 원이 아니라 직선이 된다.

⑵ 파면과 파동의 진행 방향

파면의 모든 점에서 파동은 파면에 수직인 방향으로 진행한다. 따라서 파면에 수직인 화살표를 그려 파동의 진행 방향을 나타낼 수 있다.

종파의 횡파적 표현

종파는 매질이 진행 방향에 나란하게 진동하기 때문에 물결파와 같은 횡파 모양이 나타나지 않는다. 그러나 종파도 매질의 변위를 90ﾟ 회전시켜서 표시하면 그림과 같이 횡파처럼 표현할 수 있다.

종파의 횡파적 표현 그래프에서 마루에서 골로 바뀔 때 평형 위치가 가장 밀한 지점이고, 골에서 마루로 바뀔 때 평형 위치가 가장 소한 지점이 된다.

초음파의 이용

⑴ 박쥐와 돌고래

옛날 사람들은 박쥐가 밤에 먹이를 찾고, 어두운 동굴에서 장애물을 쉽게 피하는 것을 보고 박쥐에게 특별한 능력이 있다고 생각했다. 과학자들은 실험을 통해 박쥐가 사람이 듣지 못하는 높은 소리를 내고, 되돌아 오는 소리를 듣는다는 것을 알아냈다. 또 오랜 수중 생활을 통해 시각·후각 기능이 퇴화한 돌고래는 소리를 감지하는 기능이 잘 발달되어 박쥐처럼 높은 진동수의 소리를 이용해 동료와 적을 구분하고 먹이의 위치를 찾는다.

⑵ 소나(Sonar) 장비

바다의 깊이를 알기 위해 만든 소나(Sonar) 장비는 바다의 밑바닥을 향해 초음파를 내보내고 소리가 반사되어 오는 시간을 측정하여 바닥까지의 거리를 알아낸다. 현재 소나는 바다의 깊이뿐만 아니라 바다 속의 지형을 알아내고, 물고기의 무리를 탐지하여 어획량을 증가시키고 있다. 또 가라앉은 배의 위치 등 물체 탐지에도 이용되고 있다.

⑶ 눈으로 보는 소리

컴퓨터 기술이 발전하면서 초음파의 신호를 화면으로 나타낼 수 있게 되었다. 엄마 뱃속의 태아 초음파 사진이 대표적이다. 화면으로 나타난 소리의 세계는 인류의 삶을 바꾸기 시작했다. 우리 몸속을 컴퓨터 화면으로 바로 볼 수 있게 된 것이다. 특히 초음파 비파괴 검사기는 물건을 부수지 않고 물건 속의 상태를 알아볼 수 있는 장점이 있어 건물, 다리 등의 안전 검사에도 사용된다. 최근에는 소리를 보는 것보다 소리가 가진 에너지를 이용하여 치료에 직접 활용하고 있다.