파동(Wave)과 소리(Sound)에 대한 이야기

파동(Wave)와 소리(Sound)에 대한 이야기

Waves (파동)

파동은 에너지를 전달하는 진동이야. 파동은 물질이나 진공을 통해 이동할 수 있어. 물질을 통해 이동하는 파동을 기계 파라고하고 진공을 통해 이동하는 파를 전자기파라고 해. 

Oscillation (진동) : 위아래 혹은 앞뒤로 움직이는 것 Vacuum (진공) : 어떠한 물질도 없는 공간 (모든것을 빨아들이는 진공 청소기를 생각해봐)

두개의 전자기파 예 :

1. 쾌속정의 뒤에 발생하는 물의 파동. 이 에너지는 물 분자로부터 물분자로 잔물결을 만들며 여행해. 

2. 말하기는 분자에서 분자로 진동을 전달하고 입에서 귀로 소리를 이동시키는 음파를 생성해. 

기계파와 같지 않게 전자기파는 물질에 여행을 할 필요가 없어 - 진공 혹은 외부 공간을 여행할 수 있어. 전자기파에 포함되는 것들에는 광파, X-레이, 전파등이 있어. 

Wave Properties (파동의 특성)

파동은 4개의 특징을 가져. 

1. Amplitude(진폭)은 파도의 고점 또는 최고점과 저점 또는 최저점 사이의 거리의 절반입니다. 진폭은 파동이 휴지 점에서 변위되는 정도를 측정해. 더 활기찬 파동은 더 큰 진폭을 갖지. 바다의 파도를 생각해 봐. 더 많은 에너지를 전달하는 파동은 더 크고 일반 수선에서 더 멀리 떨어져 있으므로 진폭이 더 크지.

2. Wavelength (파장)은 한 파동의 한 지점에서 다음 파동의 동일한 지점 (예 : 문장)에서 문장 또는 골대-저점까지 측정되며 그리스 문자 람다로 기록돼. 색상의 차이는 빛의 파장이 다르기 때문에 발생해. 빨간색은 파란색보다 파장이 더 길어. 

3. 주어진 시간 단위에서 고정 된 지점을 통과하는 파동의 수를 주파수라고하며 f로 표시돼. 주파수 단위는 헤르츠 (Hz)로 초당 파동 수야. 파동이 동일한 속도로 이동하는 경우 주파수와 파장은 반비례해. 즉, 주파수가 더 높으면 파장은 더 작아야해 (반대도 마찬가지 임).

예) 

10 초에 10 개의 파도가 도크를 통과 (고주파). 두 개의 파도가 10 초 안에 도크를 통과 (낮은 주파수 파도)

첫 번째 상황에서, 파도는 두 파도가 통과하는 데 걸리는 시간과 같은 시간 안에 통과해야 해! 파도가 같은 속도로 이동하기 때문에 10 개의 파도가 서로 더 가까워야 하지. (파장은 더 짧은 파장을 가짐). (더 높은 주파수 = 더 작은 파장)

4. 파동이 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 데 걸리는 시간을 파동 속도라고하며 방정식으로 v (속도)로 표시돼. 파동 속도의 방정식은 다음과 같아.

                             파동 속도 = 주파수 x 파장 (v = f x  λ 로 약칭) 

파동 속도는 초당 미터 (m / s), 주파수는 헤르츠 (Hz), 파장은 미터 (m)로 측정돼. 파동은 다른 매체에서는 다른 속도로 이동하지. 예를 들어 음파와 같은 기계적 파동은 공기보다 물에서 더 빨리 이동해. 빛과 같은 전자기파는 그 반대야.  물에서보다 공기 중에서 더 빨리 이동한단다. 물잔에 연필을 꽂으면 연필에서 반사되는 빛의 파동이 수중보다 공중에서 더 빨리 이동하기 때문에 연필이 왜곡 된 것처럼 보이는거야.

Wave Behavior (파동 동작)

반사는 파동이 표면에서 튀는 것을 말해. 거울을 보면 빛의 파동이 거울에서 반사되어 자신을 보게되지. 에코는 또한 음파의 반사야. 

반사의 법칙은 파동이 특정한 방식으로 반사된다는 것을 설명해. 파동은 장벽을 향해 이동 한 각도와 동일한 각도로 반사돼. 따라서 파동이 90도에서 벽을 향해 이동하면 90도에서 반사되지. 파동이 다른 매체를 통해 이동할 때 (예 : 물 컵에 연필의 왜곡 된 광파와 같이) 굴절이라고하며 다른 매체 (또는 물질)에서 다른 속도로 이동하는 파동에 의해 발생해. 이것은 또한 수영장에 서있을 때 다리가 때때로 정말 짧아 보이는 이유이기도해.

회절은 장벽 주변의 파도가 구부러 지거나 작은 구멍을지나 파동이 퍼지는 것을 말해. 파도가 부두 나 부두를 통과 할 때 회절을 볼 수 있어.

파동이 서로 충돌하는 결과를 간섭이라고 해. 파동이 충돌하면 결합하여 더 큰 파동 (건설적 간섭이라고하는 과정)을 형성하거나 서로 간섭하고 서로를 상쇄시키는 과정 인 파괴적 간섭이라고 해. 

친구와 함께 트램폴린을 타면 건설적이고 파괴적인 간섭을 경험하게 될거야. 적시에 동시에 점프하면 공중으로 높게 점프될거야. 하지만 반대의 상태에서는 거의 움직이지 않지. 때로 간섭이 건설적인 것과 파괴적인 것 사이에 있을수 있어. 

Absorption (흡수)

파동이 물질을 통과하는 경우. 흡수가 일어날 수 있어. 흡수는 파동이 통과 할 때 파동에서 물질로 에너지를 전달하는 걸 말해. 예를 들어, 태양으로부터 오는 빛의 파동이 바다로 들어가서 아래로 내려 가면서 흡수되기 때문에 더 깊이 헤엄 칠수록 물이 더 어두워 지는거야.

파동

파동이 흡수되는 방식은 통과하는 물질의 특성과 물질의 두께에 따라 달라. 예를 들어, 녹음 스튜디오는 종종 방음을 사용하여 음파를 흡수하지. 음파가 절연체에 닿으면 대부분의 파동이 흡수되고 일부는 반사되서 거의 통과하지 못해.  

일부 물질은 특정 파장만 흡수하므로 색상을 볼 수 있어. 빨간 사과를 보자면 빨간색을 제외한 다른 모든 색이 흡수되고 빨간색이 반사되기 때문이야.

또한 파동이 흡수되면서 에너지가 변형 될 수 있어. 광선이 흡수되면 열과 같은 다른 형태의 에너지로 변환돼. 이것이 더 많은 광선 (어두운 색상)을 흡수하는 색상이 빛에있을 때 가열되는 이유야. 더운 여름날의 포장 도로같이 말야.

Electromagnetic Spectrum (전자기 스펙트럼)

전자기파는 횡파로, 운동 방향에 수직으로 진동해. 전자기파는 서로 90도 각도로 진동하는 전기장과 자기장으로 구성되어 있어 "전자파"라는 이름이 붙어. 전자기파는 모두가 보이지는 않지만 기본적으로 "광파"야. 전자기 스펙트럼의 파장 범위는 수천 미터에서 1 조 분의 1 미터야. 우리가 맨눈으로 볼 수있는 유일한 전자기파는 가시 광선인데, 이는 모든 전자기파의 극히 일부에 지나지 않지. 가시 스펙트럼은 700 ~ 400 나노 미터 (십억 분의 1 미터)에 불과해.

Wave (파동)

전체 전자기 스펙트럼을 따르는 파동은 에너지, 파장 및 주파수에 따라 다양해. 스펙트럼의 저에너지 끝에서 파동은 더 긴 파장과 더 낮은 주파수를 갖고, 스펙트럼의 높은 에너지 끝에서 파동은 더 짧은 파장과 더 높은 주파수를 가져.

The Electromagnetic Spectrum (전자기 스펙트럼)

낮은 에너지에서 높은 에너지까지 전자기파의 스펙트럼은 다음과 같아.

 

낮은 에너지에서 높은 에너지까지의 광선 스펙트럼 기억하는 Mnemonic

The Perception of Light and Color (빛과 색에 대한 인식)

전자기파는 초당 거의 300,000km에 달하는 믿을 수 없을 정도로 빠르게 이동해. 빛이 태양에서 지구까지 약 1 억 5 천만 킬로미터를 이동하는 데 약 8.5 분이 걸려. 빛의 파장은 물체에서 반사되어 우리 눈에 들어오지. 일반적으로 우리는 빛을 흰색으로 생각하지만 실제로 흰색 빛은 모든 색상이 결합 된 거야. 빛이 굴절되면 백색광의 색상이 각기 다른 파장의 빛으로 분리됩니다. 무지개는 공기 중 작은 빗방울을 통해 빛이 굴절 된 결과야. 

Sound (소리)

소음은 단순히 분자가 진동하는 음파에 의해 발생해. 음파는 종파로 이동과 같은 방향으로 진동해. 음파는 에너지를 분자에서 분자로 전달해야하기 때문에 물질 안에서만 이동할 수 있지. 그래서 알람 시계를 진공인 우주로 보내면 소리가 나지 않을 것야! 스누즈 버튼이 필요 없단 소리지! 

 

사운드

Speed of Sound (소리의 속도)

음파는 광파보다 더 느리게 이동해. 광파는 초당 약 300,000,000m의 속도로 공중에서 이동하고 음파는 초당 약 340m의 속도로 공중에서 이동하거든. 그것이 천둥 소리를 듣기 전에 멀리 떨어진 번개를 보는 이유이지. 광파는 고체에서 가장 느리게 이동하지만 음파는 고체에서 가장 빠르게 이동해. 분자의 거리가 고체에서 서로 더 가깝기 때문에 분자가 서로 더 빨리 충돌하고 음파를 더 빨리 전달할 수 있어.

Intensity of Sound (소리의 강도)

음파의 강도는 음파가 특정 영역을 통과하여 전달하는 에너지의 양이야. 음파의 진폭은 강도를 유발해. 진폭이 클수록 강도가 높아지고 음파가 커져. 음파의 강도는 음원에서 멀어 질수록 감소하기 때문에 멀리서 소리가 더 조용해. 파동이 이동할 때 공기와 다른 물체에 흡수돼. 소리의 크기 또는 강도는 데시벨 스케일 (dB)로 측정된단다. 10dB의 강도가 증가 할 때마다 음파는 100배 더 많은 에너지를 전달할 수 있어. 사람들은 일반적으로 50dB로 말해. 비행기 이륙 소리는 150dB로 공항 직원이 귀마개를 착용하는 경우가 있지. 

 

Pitch (음)

네가 노래를 들을 때 다양한 음색을 듣게 돼. 우리가 듣는 다른 톤은 소리의 주파수 또는 초당 진동 수와 관련이 있어. 높은 소리는 높은 주파수 (짧은 파장)를, 낮은 소리는 낮은 주파수 (긴 파장)를 갖지. 음파 주파수에 대한 우리의 인식을 음라고 해. 

저음 베이스와 고음 소프라노의 차이는 소리의 주파수 또는 파장때문이야. 음이 높을수록 주파수가 높고, 파장이 더 작아.

음파는 아날로그 신호의 한 예야. 아날로그 신호는 정보를 전달하지만 진폭과 주파수 모두에서 매우 연속적이지. 또는 디지털 신호는 정보를 파동 펄스로 보내고 1과 0을 통해서만 통신하므로 정보가 취하는 형식이 훨씬 간단해. 휴대 전화에 대고 말하면 음성의 아날로그 음파가 휴대 전화에 의해 디지털 신호로 변환되고, 음성의 디지털 신호는 셀 타워를 통해 전송된 후 위성에서 반사되어 다른 셀 타워를 통해 전송 된 다음 마지막으로 친구의 전화로 전송돼. 친구의 전화에서 소리가 나면 파동이 다시 아날로그 신호가 돼. 디지털 신호는 단순히 1과 0을 통해 전송되기 때문에, 친구는 네 목소리를 완벽하게 들을 수 있지. 왜냐면 단순한 디지털 신호는 어떤 간섭도 옮기지 못하기 떄문이야. (아날로그 파동은 다양한 값을 보유 할 수 있기 때문에 간섭에 훨씬 더 취약해서 정보 전송에 좀더 신뢰하기 어려워)