파동
파동은 탄성을 갖는 매질을 통해서 에너지가 한곳에서 다른 곳으로 전달되어 가는 현상이다. 가을 들녘의 벼나 갈대의 흔들리는 모습을 보면 우리는 이 흔들림을 파동을 떠올려 볼 수 있다. 파동의 발생 원인과 종류, 파동이 전파될 때 에너지가 전달되는 것에 대해 알아본다.
파동의 발생과 전파
용수철을 짧은 시간 동안 빠르게 흔들거나 밀어주는 것을 실험해보면 천천히 흔들 때 파동이 이동하는 것으로 보이지 않고 용수철 전체가 흔들리는 것으로 보일 수 있다. 또한 용수철 파동을 통해 에너지를 손으로 느껴볼 수 있다.
파동의 발생
용수철 등과 같이 탄성이 있는 물질의 한 부분에 힘을 작용하여 일을 해 주면 진동이 생긴다.
파동의 전파
발생한 진동은 매질을 통해서 전파한다.
파동과 에너지
파동은 매질을 통해서 진동하는 에너지가 전달되며, 매질 자체는 이동하지 않는다.
우리 생활 속 파동
물결파는 파력 발전으로, 음파는 의사 전달로 이용되며, X선은 병의 진단과 치료에 이용된다. 전파는 TV, 라디오, 휴대폰에 이용된다.
종파, 단파는 라디오 방송과 통신에, 초단파는 TV나 FM방송에, 마이크로파는 원거리 통신과 전자레인지에 사용된다. 그리고 지진파를 분석하면 지구 내부의 구조를 알수 있으며, 별로부터 나오는 빛을 분석하면 별의 운동과 구성 성분을 알 수 있다.
우리 주변의 파동에너지
횡파와 종파
횡파는 매질의 진동 방향과 파동의 진행방향이 수직인 파동이고, 종파는 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 나란한 파동이다.
파동의 분류와 이용
횡파: 물결파-파력발전, X선-병의 진단과 치료, 전파-TV, 라디오, 휴대 전화 등에서 의사 전달, 햇빛-생물의 에너지원
종파: 음파-의사 소통, 초음파-병의 진단과 치료
초음파
소리의 속도는 공기 중에서 340m/s이며, 수중에서는 1500m/s, 강철판과 같은 고체에서는 5000m/s 정도로 전달된다. 사람이 들을 수 있는 소리의 진동수 범위는 20Hz~20000Hz이며, 20000Hz이상의 진동수(파장은 1.7cm이하)의 음파를 초음파라고 한다.
박쥐는 135kHz까지 들을 수 있다고 한다. 어군탐지기는 물 속으로 초음파를 보내어 반사되는 파를 분석하여 고기떼를 알아내는 장치이다.
초음파 가습기는 고주파 발생 장치를 이용하여 초음파를 발생시켜 초음파의 격렬한 진동으로 물안개 바람을 일으켜서 습도를 조절하게 된다.
또한, 초음파를 이용하여 신체 내부의 질병을 검사하거나 태아의 건강 상태를 확인하며, 금속의 내부에 흠이 있거나 기포 및 용접이 좋고 나쁨을 조사할 수 있다. 초음파는 지향 특성이 예민하여 신호로 사용되어 측심기, 어군 탐지기, 어뢰, 잠수함 등의 탐지기에도 이용되며, 반사, 굴절, 투과, 도플러 효과 등의 성질이 있다.