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과학

파동

파동과학
영문명
Wave
주요 물리량
진폭, 파장, 진동수, 위상
대표 구분
역학적 파동과 전자기파 등
진동 방향 구분
횡파와 종파
기본 관계
주기적 진행파에서 v=fλ
파동은 공간을 따라 변화가 전달되는 현상이다. 물질의 운동과 파형의 전파는 구분되며, 중첩과 간섭, 회절 같은 성질은 여러 종류의 파동에서 나타난다.

움직이는 무늬와 물질의 운동

줄의 한쪽을 흔들면 변형이 줄을 따라 전달된다. 줄의 각 부분은 주변에서 움직이지만 파형은 더 먼 곳까지 진행할 수 있다. 파동의 전파를 매질 전체가 같은 속도로 이동하는 것과 동일시해서는 안 된다.

실제 물결에서는 입자의 운동과 유체의 순이동이 더 복잡할 수 있다. 파동은 물질을 절대로 조금도 이동시키지 않는다고 모든 상황에 일반화하는 것도 정확하지 않다.

매질이 필요한 파동과 그렇지 않은 파동

소리는 공기나 물, 고체의 변형과 압력 변화를 통해 전달된다. 반면 전자기파는 진공에서도 전파될 수 있다. 파동이라는 공통된 이름이 전달에 필요한 물리적 조건까지 같다는 뜻은 아니다.

진동 방향이 전파 방향에 수직이면 횡파, 나란하면 종파라고 한다. 일부 표면파는 여러 방향의 운동이 결합되어 이 두 모형 중 하나로만 표현하기 어렵다.

진폭과 전파 속도

진폭은 변화의 크기를 나타내고 파장은 공간의 반복 간격, 진동수는 시간의 반복 횟수를 나타낸다. 단순한 주기적 진행파에서는 전파 속도와 파장, 진동수 사이에 v=fλ가 성립한다.

파동이 더 크게 흔들린다고 항상 더 빠르게 이동하는 것은 아니다. 전파 속도는 매질과 파동의 종류에 따라 결정되며, 비선형 효과가 중요할 때는 진폭의 영향도 별도로 고려한다.

겹쳐지는 파동

선형적인 조건에서는 여러 파동의 변위를 더해 합성파를 구할 수 있다. 위상 관계에 따라 보강과 상쇄가 나타나고, 경계와 틈에서는 반사와 회절 등이 생긴다.

파동은 언제나 한 주파수의 완벽한 사인파일 필요는 없다. 짧은 펄스나 복잡한 신호도 여러 성분의 결합으로 분석할 수 있다.

관련 문서

진동 / 파장 / 진동수