빛과 파동

소리의 성질과 빛의 성질을 따로 배웠지만, 둘은 사실 같은 틀로 설명됩니다. 파동이라는 틀입니다. 파동에서 매질(물, 공기, 줄)은 제자리에서 진동할 뿐 파동을 따라 이동하지 않습니다. 실제로 옮겨 가는 것은 에너지입니다. 이 한 문장이 파동 단원 전체의 뼈대입니다.

파동을 설명하는 말들은 모두 이 진동에서 나옵니다. 진폭은 진동의 크기로, 클수록 소리가 크고 빛이 밝습니다. 파장은 이웃한 마루와 마루 사이의 거리이고, 진동수는 1초 동안 진동한 횟수로 단위는 헤르츠(Hz)입니다. 진동수가 클수록 소리가 높아진다는 것은 소리의 높낮이와 세기에서 이미 배운 내용입니다. 그리고 이 셋은 '파동의 속력 = 파장 × 진동수'로 이어집니다. 매질이 같으면 속력이 정해져 있으므로, 진동수가 커지면 파장은 그만큼 짧아집니다. 파동은 진동 방향에 따라서도 나뉩니다. 물결파처럼 진동 방향이 진행 방향과 수직이면 횡파, 소리처럼 진동 방향이 진행 방향과 나란하면 종파입니다.

파동은 나아가다 무언가를 만나면 세 가지 행동을 합니다. 첫째는 반사로, 다른 물질의 경계에서 되돌아 나오며 이때 입사각과 반사각이 같습니다. 둘째는 굴절로, 다른 매질로 들어갈 때 속력이 달라지면서 진행 방향이 꺾입니다. 물컵 속 젓가락이 꺾여 보이고 렌즈가 빛을 모으는 것이 전부 굴절 때문이며, 렌즈와 빛의 굴절에서 다룬 내용이 바로 이 성질입니다. 셋째는 회절로, 좁은 틈이나 장애물의 가장자리를 지날 때 뒤쪽으로 돌아 들어가며 퍼지는 현상입니다. 회절은 파장이 길수록 잘 일어납니다.

이 세 가지를 알면 일상의 수수께끼 하나가 풀립니다. 담장 너머 사람의 목소리는 들리는데 모습은 보이지 않는 이유 말입니다. 소리는 파장이 길어 담장 뒤로 잘 회절해 돌아오지만, 빛은 파장이 워낙 짧아 회절이 거의 일어나지 않아 직진한 것만 우리 눈에 들어오기 때문입니다. 같은 파동인데 파장이 다르다는 이유 하나로 전혀 다르게 행동하는 것입니다.