파동 #1 - 파동의 성질

 

 

3단원의 시작이다.

3단원은 대부분이 파동 얘기라서

여기서는 파동에 관한 용어들과 기본 성질만 몇가지 정리하고 넘어간다.

 

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- 파동의 정의 -

 

매질 내의 한 지점에서 생긴 진동이 매질을 통해 퍼져나가는 것을 파동이라한다.

이 진동이 생기는 지점을 '파원'이라 한다.

파동이 시작되는곳이라 보면 된다.

그리고 여기서 매질이란거는

파동을 옮겨주는 매개체정도로 생각하면 된다.

참고로 파동이 진행할때,

매질은 파동을 전달하는 매개체일 뿐이지

같이 이동하지는 않고 제자리에서 진동한다.

 

정리하자면

어떤 사람이 소리를 내면

그 소리라는 '파동'이 공기라는 '매질'을 통해 퍼져나간다.

여기서는 소리를 낸 사람의 성대가 '파원'이 된다.

 

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- 파동의 요소들 -

파동의 변위-위치 그래프

등장한 용어는 마루, 골, 파장, 진폭이다.

 

1. 마루

파동의 가장 높은 부분

 

2. 골

파동의 가장 낮은 부분

 

3. 파장( λ, wavelength )

이웃한 마루와 마루 사이의 거리

또는 이웃한 골과 골 사이의 거리

'람다(lambda)' 라고 읽는다.

단위는 m(미터)이다.

문제에서 파장 구할때는

수학문제에서 삼각함수 주기 구할때처럼

변위가 0이될때 그 시간간격의 2배를 해주면 된다.

 

4. 진폭( A, Amplitude )

진동 중심에서 마루까지의 거리

또는 진동 중심에서 골까지의 거리

 

파동의 변위-시간 그래프

등장한 용어는 주기 이다.

 

5. 주기(T)

매질의 한 점이 1회 진동하는데 걸리는 시간

단위는 s(초)이다.

6. 진동수( f, frequency )

매질이 1초동안 진동한 횟수.

주기의 역수이다. 즉 f = 1/T이다.

단위는 Hz(헤르츠) 또는 1/s이다.

 

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- 파동의 속력 -

 

파동의 전파 속력은 v = fλ = λ/T 이다.

단위는 m/s이다.

3단원 전반적으로 사용되니 꼭 암기해야한다.

 

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- 파동의 종류 -

 

파동이 진행할때 매질의 필요 유무나

파동의 진행방향과 진동방향의 관계에 따라서

나눌 수 있다.

 

 

1. 매질의 유무

전자기파 : 매질이 없어도 전파되는 파동

예) 빛, 전파, 마이크로파 등

탄성파 : 전파되려면 매질이 필요한 파동

예) 음파, 지진파, 물결파 등

 

 

2. 진행방향과 진동 방향

 

- 횡파 -

파동의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 수직인 파동

예) 전자기파, 물결파, 지진파의 S파 등

 

- 종파 -

파동의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 나란한 파동

예) 음파, 지진파의 P파 등

 

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- 음파(소리)의 특징 -

 

1. 대표적인 종파이다.

2. 음파의 속력

매질에 따라 : 고체>액체>기체

온도에 따라 : 온도가 높을수록 속력이 빠르다.

2. 가청 음파 : 진동수가 20Hz ~ 20000Hz인

사람이 들을 수 있는 소리

3. 초음파 : 진동수가 20000Hz 이상인 사람이 들을 수 없는 소리

4. 초음파의 활용

어군 탐지기, 자동차 후방감지 센서, 초음파 세척기 등

 

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- 파동의 반사와 굴절 -

 

1. 반사

반사 : 파동이 장애물을 만났을 때

튕겨나오는 현상.

입사각과 반사각이 같다.

 

 

2. 굴절

매질의 변화에 따라 파동의 속력이 변하면서 진행 방향이 휘어지는데

이런걸 굴절이 발생했다고 한다.

같은 매질이더라도 속력이 달라지면 굴절이 일어난다.

속력이 느린 방향으로 꺾인다.

 

낮 말은 새가 듣고 밤 말은 쥐가 듣는다 라는 말이 있다.

무슨 말이냐면

낮에는 지면이 더 빠르게 가열되어 지면이 더 뜨겁기때문에

지면에서 소리의 속력이 더 빠르고

파동은 속력이 느린 방향으로 꺾이므로

소리는 지면보다 위쪽의 찬 공기가 있는 쪽으로 굴절될것이다.

그래서 낮 말은 새가 듣는다 하는거고

밤에는 지면이 더 빠르게 식어서 지면이 더 차갑기때문에

지면에서의 소리의 속력이 더 느리고

파동은 속력이 느린 방향으로 꺾이므로

소리는 지면 쪽으로 굴절될것이다.

그래서 밤 말은 쥐가 듣는다 하는거다.

 

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- 예제 -

 

1 )

2020학년도 9월 모평 2번

 

ㄱ)

진공인 용기에 휴대전화를 뒀더니 빛은 보이고 벨소리는 들리지 않았다고 했으므로

빛이라는 파동이 진공에서도 전달된거고

벨소리 라는 파동이 진공에서 전달되지 못한거다.

㉠은 빛이고 따라서 ㄱ(o)

 

ㄴ)

벨소리는 음파고

음파의 속력은 고체>액체>기체이다.

공기는 기체고 물은 액체이다.

따라서 벨소리의 속력은 공기에서가 물에서보다 작다.

따라서 ㄴ(x)

 

ㄷ)

㉠은 빛이고 ㉡은 소리이다.

빛의 속력은 약 초속 299,792,458m이고

소리의 속력은 약 초속 340m이다.

이건 기본 상식이다.

따라서 공기중에서의 속력은 ㉠이 ㉡보다 크다.

따라서 ㄷ(x)

 

따라서 답은 1번

 

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2 )

2020년 4월 학평 3번

 

파장 : 마루와 마루 사이의 거리

근데 아까 위에서

수학문제에서 삼각함수의 주기 구할때처럼

변위가 0이될때의 간격의 2배 해주면 된다했다.

간격은 d/2이고

따라서 파장은 d이다.

일단 t=0에서 t=t0_까지 파동이 진행했는데

t0_일때 파동이 한 파장만큼 이동한걸 알 수 있다.

v = fλ

v = d/t0_

λ = d

정리하면 f = 1/t0_ 이다.

따라서 답은 2번

 

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3 )

2021학년도 9월 모평 4번

 

ㄱ)

(나)그래프에서

x=2cm 에서 로 고정시켜놨으므로

x=2cm인 지점의 매질의 진동을 묻는것이다.

0초에서 시간이 지나기 시작하면 x=2cm인 지점에서의 변위는

음수가 된다. 즉 아래로 내려간다.

따라서 파동이 -x방향으로 진행했다.

ㄱ(o)

 

ㄴ)

파동의 진행 속력은

v = fλ

(나)그래프에서 매질이 1회 진동하는데 2초 걸렸음을 알 수 있다.

따라서 주기는 2초이고 진동수는 1/2이다.

변위-위치 그래프에서 파장은 4cm임을 알 수 있다.

v = fλ에 대입하면

v(cm) = 1/2 x 4(cm) = 2cm/s이다.

따라서 ㄴ(x)

 

ㄷ)

2초일때를 묻고 있는데

파동의 주기가 2초이다.

따라서 t=0일때와 t=2일때

(가)그래프는 똑같이 그려질것이다.

따라서 x=4cm에서 y는 0이다.

따라서 ㄷ(x)

 

따라서 답은 1번