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Wave Amplitude

Discusses waves in terms of how much they are disturbing the medium they pass through.

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파동의 진폭

바람이 부는날 공기입자들이 깃발을 때려 깃발 천의 입자에 에너지를 전달해준다. 에너지는 천의 파동으로 전달되어 깃발이 다체롭게 펄럭이게 해준다. 바람이 더 세게 불수록 깃발은 더 많이 펄럭인다. 

파동과 매체입자의 운동

물질을 통해서 전달되는 파동(깃발의 천 처럼)을 역학적 파동이라 하며, 이 파동이 전달되는 물질을 매체라 한다. 파동에너지가 메체를 통해 전달될 때에 메체의 입자들이 운동을 한다. 파동의 에너지가 커질 수록 메체입자의 운동이 커진다. 입자들이 움직이는 거리는 파동 진폭의 크기로 측정한다. 

파동 진폭이란 무엇인가?

파동 진폭(Wave amplitude) 은 파동이 지나갈 때에 매체 입자가 정지위치에서부터 가장 멀리 이동하는 거리이다. 정지위치란 파동이 없을 때의 입자의 위치를 말한다. 아래 그림에는 두 종류의 다른 파동인 횡파(transverse waves)와 종파(longitudinal waves)의 진폭이 나타나 있다.

  • 횡파에서는 매채의 입자들이 파동이 진행하는 방향과 수직인 위아래로 진동한다. 횡파의 진폭은 마루와 정지 위치의 높이 차이이다.  마루는 매체의 입자가 도달하는 가장 높은 위치이다. 마루의 높이가 높을 수록 파의 진폭이 커진다.
  • 종파에서는 매체의 입자들이 파동의 진행방향과 동일한 방향인 앞뒤로 진동한다. 종파의 진폭은 파동의 압축이 가장 많이된 두 지점의 입자 사이의 거리이다. 이들 입자 사이의 거리가 가까울수록 종파의 진폭이 커진다.    

다음 사이트의 애니메이션에서 진폭이 다른 파동을 모의실험할 수 있다. : http://sci-culture.com/advancedpoll/GCSE/sine%20wave%20simulator.html

횡파(Transverse Wave): 파의 마루(Crest)와 골(Trough)의 중간이 정지 위치이다. 종파(Longitudinal Wave): 코일이 압축되거나 늘려지지 않은 곳이 정지 위치이다

Q:  무엇이 파동의 진폭을 결정한다고 생각하는가?

A:  파동 진폭의 크기는 파동의 원인이 되는 교란 에너지(energy of the disturbance)의 크기에 의해 결정된다.

에너지와 진폭

더 큰 교란 에너지에 의한 파동의 진폭이 더 크다. 물위로 작은 돌맹이를 떨어뜨리는 것을 생각해보자. 작은 물결이 교란 지점으로부터 동심원을 그리며 퍼져 나갈 것이다. 이 물결은 아주 적은 에너지를 가진 파동이다. 이제 커다란 바위를 호수에 던진다고 생각해보자.  이 교란에 의해 큰 물결이 생성될 것이고 그 진폭과 에너지가 돌맹이의 경우보다 훨씬 크다..

요약

  • 파동 진폭은 매체입자가 정지위치(파동이 없을 때의 위치)에서 파장이 이동할 때에 가장 많이 이동된 지점까지의 거리이다. 
  • 횡파의 진폭은 마루와 정지위치의 높이 차이다. 종파의 진폭은 파동이 가장 많이 압축된 인접 두 지점의 매체 입자들 사이의 거리이다. 
  • 파 진폭의 크기는 그 파동을 일으키는 교란 에너지의 크기에 의해 결정된다. 교란 에너지가 클수록 파 진폭의 크기가 커진다. 

용어

  • 파동 진폭(wave amplitude) : 매체 입자가 정지 위치(파동이 없을 때의 위치)에서 파장이 이동할 때에 가장 많이 이동된 지점까지의 거리 

연습

다음 사이트에서 파동 진폭에 대해 학습한다. 그래프를 살펴보고 다음 두 질문에 답한 후 정답을 확인하라.   http://cse.ssl.berkeley.edu/light/measure_amp.html#measure4

복습

  1. 파동 진폭을 정의한다.
  2. 아래 그림의 횡파 모형에서 마루의 높이가 매체의 정지 위치에서 3 cm 위라면 그 진폭은 얼마인가?

  3. 아래 그림의 두 종파에서 어느 것의 파 진폭이 더 큰가?

  4. 파 진폭과 파 에너지를 관계를 설명하라. 

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