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Mechanical Wave

Introduces waves in matter and how they transfer energy.

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역학적 파동

누구나 위와 같은 현상을 본적이 있을 것이다. 물방울이 조용한 물위로 떨어지면  동심원의 파동이 물방울 주위로 번진다.  이 동심원은 물을 통해 이동하는 파동이다.  

물질의 파동

위 그림의 파동은 역학적 파동의 한 예이다. 역학적 파동 ( mechanical wave) 은  물질을 통해 에너지를 전달하는 물질의 형태 변화이다.  역학적 파동은 물질이 교란되면 시작된다. 물질에 교란을 가하여 파동을 일으키려면 에너지가 있어야 한다.  

Q:  위 그림의 물의 파동에서 에너지는 어디에서 나왔는가?  

A:  에너지는 떨어지는 물방울에서 나왔으며 이는 움직이기 때문에 운동에너지를 가진다. 

매체

역학적 파동은 물질을 통해서만 전달될 수 있으며, 파동을 통과시키는 물질을 매체( medium 복수형  media)라 한다. 위 그림의 파동의 매체는 액체인 물이다. 그러나 역학적 파동의 매체는 기체와 고체 상태일 수도 있다.  

Q:  파동이 이동할 때에 매체의 입자는 어떻게 움직이나? 

A:  메체의 입자는 같은 자리에서 진동만을 한다. 진동을 통해 이 입자들은 교란에 의한 에너지를 다음 입자로 전달한다. 매체의 입자는 파동을 따라 이동되지 않으며, 파동의 에너지만 매체를 통해 이동된다.   

역학적 파동의 유형

역학적 파동에는 세가지의 유형 즉 가로파/횡파(transverse waves),  세로파/종파(longitudinal waves) 및 표면파(surface waves)가 있다. 이들은 메체가 움직일 때 그 매체입자의 움직임이 다르다. 아래 그림과 다음 사이트의 애니메이션에 이들 파의 모습이 나타나 있다.  http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/wavemotion.html

횡파, 종파 및 표면파에서의 매체 입자의 운동 모습

  • 횡파에서는 매체의 입자가 파동이 이동하는 수직 방향인 위아래로 움직인다. 
  • 종파에서는 매체의 입자가 파동이 이동하는 방향과 평행하게 앞뒤로 움직인다. 
  • 표면파에서는 매체의 입자가 위아래와 앞뒤로 함께 움직이며 결국 회전운동을 한다.  

Q:  표면파가 횡파 및 종파와 어떻게 관련되어 있다고 생각하는가? 

A:  표면파는 횡파와 종파가 결합된 것이다.  

요약

  • 역학적 파동은 물질을 통해 에너지를 전달하는 물질의 변형이다.  
  • 역학적 파동이 통과하는 물질을 매체라한다. 
  • 역학적 파동은 횡파, 종파 및 표면파의 세 종류가 있다. 이들은 파동의 에너지가 매체를 통과할 때에 매체의 입자가 움직이는 모습이 서로 다르다.  

용어

  • 역학적 파동(mechanical wave) : 한 곳에서 다른 곳으로 에너지를 전달하는 물질의 변형  
  • 매체(medium (복수형, media )): 파동이 통과하는 물질 

연습

다음 사이트에서 파동의 소개를 읽고 애니메이션을 본 다음 아래의 질문에 답하라.    http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves-intro/waves-intro.html

  1. 이 글에 파동의 사전적 정의가 나와 있다. 이 정의의 가장 중요한 부분은 어디인가? 
  2. 파동이 통과할 때에 매체의 입자에는 어떤 일이 발생하나? 
  3. 축구 경기장에서의 "파도타기'는 역학적 파동과 어떻게 유사한가?  

복습

  1. 역학적 파동을 정의한다. 
  2. 역학적 파동의 매체는 무엇인가?  
  3. 역학적 파동의 세가지 형태를 열거한다. 
  4. 줄의 한쪽을 위아래로 흔들면 줄을 따라 파동이 생긴다. 이는 무슨파인가?  

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