물리학 고3 탄성파와 소리

횡파와 종파

진동 방향과 파동 진행 방향의 관계에 따라 횡파(빛)와 종파(소리)로 구분한다.

매질의 진동 방향이 파동의 진행 방향과 수직이면 횡파(빛·줄파), 나란하면 종파(소리)입니다.

줄넘기 줄을 위아래로 흔들면 물결이 앞으로 달려가는 것이 횡파이고, 용수철(슬링키)을 앞뒤로 밀었다 당기면 촘촘한 곳과 성긴 곳이 앞으로 달려가는 것이 종파입니다.

쉽게 말하면

파동의 성질에서 파동이 진동의 전달이라는 것을 봤다면, 이제 '무엇이 어느 방향으로 진동하는가'로 파동을 나눌 수 있습니다. 기준은 오직 하나 — 진동 방향과 진행 방향이 이루는 각입니다.

횡파는 진동 방향이 진행 방향과 수직입니다. 줄을 따라 달리는 파동, 물결파, 빛(전자기파), 지진파 중 S파(횡파)가 여기 속합니다. 위아래로 오르내리므로 마루와 골이 눈에 보이고, 진폭·파장·진동수·주기에서 배운 그래프가 실제 모양과 그대로 겹칩니다.

종파는 진동 방향이 진행 방향과 나란합니다. 매질이 앞뒤로 떨리므로 마루·골 대신 밀한 곳(압축)과 소한 곳(팽창)이 생깁니다. 소리, 그리고 지진파 중 P파(종파)가 종파입니다.

이 구분이 왜 중요한가 하면, 매질에 따라 통과 여부가 달라지기 때문입니다. 횡파가 전달되려면 매질이 옆으로 밀렸을 때 되돌아오려는 성질(전단 탄성)이 있어야 하는데, 액체와 기체에는 그 성질이 없습니다. 그래서 액체·기체는 횡파를 전달하지 못하고 종파만 전달합니다. 지진파 관측에서 S파가 도달하지 않는 구역이 지구 내부에 액체 층이 있다는 증거가 된 것도 이 때문입니다.

또 하나, 편광은 횡파에서만 일어납니다. 진동 방향이 진행 방향과 수직이어야 '수직인 여러 방향 중 하나를 골라낸다'는 말이 성립하기 때문입니다. 소리는 편광시킬 수 없습니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

슬링키 하나로 두 파동 모두 만들기

긴 용수철을 바닥에 늘어놓고 한쪽 끝을 좌우로 흔들면 횡파가, 앞뒤로 밀었다 당기면 종파가 같은 용수철을 따라 달려갑니다. 파동의 종류를 결정하는 것은 매질이 아니라 흔드는 방향임을 보여 줍니다.
예시 2

소리는 왜 마루와 골이 없나

소리는 공기 분자가 앞뒤로 떨리며 촘촘한 층과 성긴 층을 만들어 전달합니다. 교과서에 소리를 사인 곡선으로 그리는 것은 '압력이 평균보다 얼마나 높은가'를 세로축으로 그린 그래프이지, 공기가 실제로 위아래로 출렁이는 모습이 아닙니다.
예시 3

지진 관측소에 P파가 먼저 도착하는 이유

종파인 P파(종파)가 횡파인 S파(횡파)보다 빠르게 전파되므로 늘 먼저 도착합니다. 두 파의 도착 시간차를 재면 진원까지의 거리를 추정할 수 있고, 이 시간차가 지진 조기 경보의 근거가 됩니다.

횡파 vs 종파

구분	횡파	종파
진동 방향	진행 방향과 수직	진행 방향과 나란함
보이는 모양	마루와 골	밀한 곳과 소한 곳
예	빛, 줄파, 물결파, S파	소리, P파
액체·기체 통과	통과하지 못함	통과함
편광	가능	불가능