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학습자료/과학

소리로 유리잔을 깰 수 있을까?

대한민국 교육부 2016. 2. 3. 11:04

소리로 유리잔을 깰 수 있을까?



■ 파동의 전파와 소리의 전달 

소리 굽쇠를 망치로 두드려 소리가 나면 그 진동이 공기 중으로 퍼져나갑니다. 공기는 마루 부분과 골 부분이 번갈아 나타나면서 오른쪽으로 나갑니다. 이때 공기 분자 자체는 오른쪽으로 나아가지 않고 공기의 마루하고 골의 상태만 오른쪽으로 나아가게 됩니다. 이처럼 파동은 물질 자체가 아니라 물질을 통해 진동이 전달되는 것입니다. 이때 진동을 전달하는 물질을 ‘매질’이라고 합니다.


대부분의 소리는 공기를 통해서 전달됩니다. 하지만 공기뿐만이 아니라 고체, 액체를 통해서도 소리가 전달됩니다. 우리는 실전화기를 통해서 친구가 하는 이야기를 크게 들을 수 있습니다. 고체인 실이 소리를 전달하는 매질의 역할을 하였기 때문입니다. 돌고래들은 물속에서 소리를 내어 의사소통을 합니다. 이 때 물이 소리를 전달하는 매질의 역할을 하기 때문에 의사소통이 가능합니다. 이렇게 소리는 고체, 액체, 기체를 통해서 전달되기는 하지만 매질의 종류에 따라 소리의 속력은 달라집니다. 물속에서 소리는 공기 속에서보다 4배 빨리 전달되고 강철 속에서는 15배나 빠르게 전달됩니다. 보통 소리는 변형되었을 때 원래의 모습으로 돌아가려는 성질인 탄성이 좋은 물질에서 잘 전달됩니다. 금속은 탄성이 강한 물질이므로 소리를 잘 전달하고 대부분의 액체는 탄성이 크지 않아서 고체보다는 소리를 잘 전달하지 못합니다. 기체는 탄성이 거의 없어 액체보다 소리를 잘 전달할 수 없습니다. 따라서 친구의 목소리를 공기 중에서 듣는 것보다 실전화기를 통해서 더 크게 들을 수 있으며 잠수함이 나오는 영화에서는 잠수함에서 말하는 것을 금지하는 장면이 나오는 것도 물속에서는 소리의 전달이 더 잘되기 때문입니다.



■ 소리의 공명 

모든 물체는 자신만이 가지고 있는 떨림의 정도인 고유 진동수가 있습니다. 소리가 공기를 타고 물체에 전달될 때 소리의 떨림이 물체의 고유 진동수와 일치하면 흔들림이 나타나고 물체에 충격을 주게 됩니다. 이런 현상을 ‘공명 현상’이라고 합니다. 예를 들면, 와인 잔과 같은 고유 진동수의 소리를 와인 잔에 노출하면, 공명으로 와인 잔이 충격을 받게 되고, 깨지게 됩니다. 또, 농구 선수들이 운동할 때 튀어 오르는 진동 주기와 손의 움직임이 정확히 일치하면 작은 힘으로도 공을 계속 튕길 수가 있는데 이것 또한 공명 때문입니다. 공명 현상으로 인한 큰 사고도 있었는데, 1940년, 당시 세계에서 세 번째로 길었던 현수교인 미국의 타코마 다리가 붕괴되는 사고가 있었습니다. 튼튼했던 타코마 다리의 붕괴 원인은 바람이 다리와 부딪치며 일으킨 진동에 의한 공명 현상이었습니다.


▲ 새로 지어진 타코마 다리(출처: 무료 이미지 사이트 픽사베이 www.pixabay.com)



[자료출처: 에듀넷]



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