어느 지점에서 발생한 진동이 전달되는 현상이다.
파동을 전달해 주는 물질이다.
매질이 제자리에서 진동하여 파동을 전달한다.
파동의 진행 방향과 매질의 진동 방향의 관계에 따라 종파와 횡파로 나눌 수 있다.
파동에서 가장 높은 부분을 마루, 가장 낮은 부분을 골이라 한다.
다음은 시간 t=0일 때, 파동의 변위 y를 위치 x에 따라 나타낸 것이다.
y=sin(21πx)
이 파동의 마루와 골의 위치를 구해보자. (단, x, y 축의 단위는 m이다.)
y=sin(21πx)를 그리면 아래 그림과 같다.
x=⋯,−3m,1m,⋯일 때, y=1m로 가장 크므로 마루에 해당하며,
x=⋯,−5m,−1m,3m,⋯일 때, y=−1m로 가장 작으므로 골에 해당한다.
파동은 파장, 진폭, 주기, 진동수, 위상을 통해 표현한다.
인접한 마루와 마루 또는 골과 골 사이의 거리이다.
기본 단위는 m이고, 기호로는 λ로 나타낸다.
다음은 시간 t=0일 때, 파동의 변위 y를 위치 x에 따라 나타낸 것이다.
y=sin(41πx)
이 파동의 파장을 구해보자. (단, x, y 축의 단위는 m이다.)
y=sin(41πx)를 그리면 아래 그림과 같다.
인접한 마루와 마루 사이의 거리로 파장 구하기:
x=⋯,−6m,2m,⋯일 때, y가 가장 큰 값을 가져 마루에 해당하므로 인접한 마루와 마루 사이의 거리는 6m+2m=8m이다.
인접한 골과 골 사이의 거리로 파장 구하기:
x=⋯,−2m,6m,⋯일 때, y가 가장 작은 값을 가져 골에 해당하므로 인접한 골과 골 사이의 거리는 2m+6m=8m이다.
매질의 진동 중심으로부터 마루 또는 골까지의 수직 거리이다.
기본 단위는 m이고, 기호로는 A로 나타낸다.
다음은 시간 t=0일 때, 파동의 변위 y를 위치 x에 따라 나타낸 것이다.
y=sin(πx)
이 파동의 진폭을 구해보자. (단, x, y 축의 단위는 m이다.)
y=sin(πx)를 그리면 아래 그림과 같다.
y=sin(πx)의 진동 중심 y=0으로부터 마루 또는 골까지의 수직 거리는 1m이므로 진폭은 1m이다.
매질의 한 점이 한 번 진동하는데 걸리는 시간이다.
매질의 한 점이 마루가 된 순간부터 다음 마루가 되는 때까지 걸린 시간과 같고, 기본 단위는 s이며, 기호로는 T로 나타낸다.
주기의 역수인 값이다.
기본 단위는 s−1 또는 Hz(s−1와 같은 의미)이고, 기호로는 f로 나타낸다.
진동수는 주기의 역수이므로 수식으로 나타내면 f=T1이다.
주기와 진동수는 매질이 달라져도 변하지 않고 일정하다.
그림 (가)는 시간 t=0일 때, 어느 물결파가 진행하는 것을 나타낸 것이고, (나)는 점 P의 변위를 t에 따라 나타낸 것이다.
물결파의 주기와 진동수를 구해보자.
(나)에서 매질의 한 점 P가 마루가 된 순간부터 다음 마루가 되는 때까지 걸린 시간은 5s−1s=4s이므로 주기는 4s이다.
진동수는 주기의 역수이므로 진동수는 4s1=41s−1=41Hz이다.
파동의 한 파장에서 어느 위치에 있는지를 나타낸 각도이다.
기본 단위는 rad이고, 기호로는 ϕ로 나타낸다.
그림은 시간 t=0일 때, 어느 파동의 변위를 위치에 따라 나타낸 것이다.
점 Q, R, S 중 점 P와 위상이 같은 점은 어디인지 구해보자.
아래 그림에서 A부터 B까지를 한 파장이라 할 때,
위상은 그라데이션(한 파장) 내에서의 위치에 해당하므로 놓여 있는 위치의 그라데이션 색상이 같은 경우 위상이 같다.
따라서 Q, R, S 중 P와 위상이 같은 점은 S이다.
정답: $2$
ㄱ. 진폭은 매질의 진동 중심(변위가 0인 지점)으로부터 마루 또는 골까지의 수직 거리이므로 파동의 진폭은 2m이다. (X)
ㄴ. 주기는 매질의 한 점이 한 번 진동하는데 걸리는 시간이므로 파동의 주기는 2s이다. (O)
ㄷ. 진동수는 주기의 역수인 값이므로 2s1=0.5s−1=0.5Hz이다. (X)
따라서 정답은 2번이다.
정답: $3$
ㄱ. 파동은 x 축과 나란하게 진행하며, (나)를 통해 매질의 진동 방향은 y 축과 나란함을 알 수 있다.
그러므로 파동의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 수직인 횡파이다. (O)
ㄴ. 진폭은 매질의 진동 중심(변위가 0인 지점)으로부터 마루 또는 골까지의 수직 거리이므로 파동의 진폭은 3m이다. (O)
ㄷ. t=0 직후 P에서의 변위는 증가하므로 (가)에서 파동은 +x 방향으로 진행함을 알 수 있다.
그러므로 파동의 진행 방향은 +x 방향이다. (X)
따라서 정답은 3번이다.
