파동의 전파
학습목표

ㅇ 파동의 전파 원리를 설명할 수 있다.

파동의 전파

파면 : 파동이 진행하는 것을 보면 매질의 진동 상태(파동의 위상)가 같은 곳들이 있음을 발견하게 된다. 이것을 나타낸 선이나 면을 파면이라고 한다. 파면은 항상 파동의 진행 방향에 수직으로 존재한다. 파동을 파면의 모양에 따라 원형파, 직선파, 구면파, 평면파 등으로 나누기도 한다.

호이겐스의 원리: 파면상의 모든 점들은 진동수가 같은 새로운 파동을 만드는 점파원과 같다는 것을 호이겐스의 원리라고 한다. 파동의 전파를 이 호이겐스의 원리로 설명할 수 있는데, 한 파면상의 모든 점들에서 발생한 파동들이 서로 중첩되어 생기는 모습을 보면 마치 원래의 파면이 이동하는 것처럼 보인다는 것이다. 파동이 전파과정에서 나타내는 성질을 바로 이 호이겐스의 원리로 이해할 수 있다.

호이겐스의 원리

원형파

직선파

호이겐스

파동의 진행

주기적인 파동을 발생하는 파원의 운동을 보면 단진동을 한다. 따라서 이 파원으로 부터 발생되는 파동이 지날 때 매질의 각 점들도 단진동을 한다. 어떤 시각 에서 파원의 변위(진동위치)는

으로 나타낼 수 있다.

여기서 는 각속도, 는 주기이다. 그림과 같이 이 파원의 진동은 이웃한 매질로 전달되어 가며, 파원에서 거리 인 점까지 전달될 때 만큼의 시간이 걸린다. 따라서 시각 일 때 이 점에서 변위 는 그 이전 시각 에서 파원의 변위와 같다. 즉 시각 일 때 에서 변위는

이다. 여기서 를 이용하였으며 라 놓으면 위식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

이 식은 그림의 쪽으로 진행하는 파동을 나타낸 것이며 같은 방법으로 쪽으로 진행하는 경우에 대하여 전개하면 파동의 식은 대신에 를 대입한 것이 된다. 그리고 파동의 식은 처음 파원의 위상에 따라 달라지므로 일반적인 파동의 식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

여기서 (+)(-)는 파동의 진행방향을 의미한다.

물음 3. 다음은 호랑이가 물을 먹는 모습이다. 그림에서와 같은 물결파의 전파 원리는 호이겐스의 원리이다. 호이겐스의 원리를 바르게 설명한 것은?

정답
① 파면 위의 각 점은 다음에 생길 2차파의 파원이 된다.

② 파동의 전파 속도는 진동수와 파장의 곱으로 나타낸다.

③ 파동의 에너지는 파동을 따라 진행한다.

④ 두 파동이 중첩될 때 합성파의 변위는 각 파동의 변위의 합이다.

⑤ 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향의 관계에 따라 횡파와 종파로 구분한다.
파동의 기술 파동의 중첩 파동과 입자 목록