진폭·파장·진동수·주기
파동을 특징짓는 물리량인 진폭(A), 파장(λ), 진동수(f), 주기(T=1/f)를 파동 그래프에서 읽고 계산한다.
파동을 특징짓는 네 물리량으로, 진폭 는 진동의 크기, 파장 는 한 파동의 길이, 진동수 는 1초당 진동 횟수, 주기 는 한 번 진동에 걸리는 시간입니다.
파장은 '자로 재는 값'이고 주기는 '초시계로 재는 값'입니다. 이름이 비슷해 보여도 하나는 공간에서, 하나는 시간에서 잰다는 점이 다릅니다.
쉽게 말하면
파동의 성질에서 본 를 실제로 쓰려면, 문제에 나오는 그래프에서 이 값들을 정확히 읽어 낼 수 있어야 합니다. 그런데 파동 그래프는 두 종류가 있고, 이것을 구별하지 못하면 파장과 주기를 뒤바꿔 읽게 됩니다.
변위–위치 그래프(–)는 어느 한 순간에 파동을 사진 찍은 것입니다. 가로축이 위치(m)이므로, 여기서 마루와 마루 사이의 거리를 재면 파장 입니다. 이 그래프에서는 주기를 읽을 수 없습니다.
변위–시간 그래프(–)는 한 지점에 카메라를 고정하고 그 자리의 매질 입자가 시간에 따라 어떻게 움직이는지 기록한 것입니다. 가로축이 시간(s)이므로, 마루와 마루 사이의 간격은 주기 입니다. 이 그래프에서는 파장을 읽을 수 없습니다.
두 그래프에서 공통으로 읽을 수 있는 것은 진폭 하나뿐입니다. 세로축의 최댓값, 즉 평형 위치에서 마루까지의 높이입니다. 마루에서 골까지의 거리가 아니라 그 절반임에 주의하세요.
진동수는 주기의 역수입니다.
즉 파장은 위치 그래프에서, 주기는 시간 그래프에서 뽑아 두 그래프의 정보를 합쳐야 속력이 구해집니다. 문제가 두 그래프를 함께 주는 이유가 여기 있습니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1두 그래프로 파동의 속력 구하기속력을 구하려면 반드시 두 그래프가 모두 필요합니다. 하나만으로는 나 중 하나밖에 알 수 없습니다.
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예시 2마루에서 골까지가 일 때 진폭진폭은 평형 위치를 기준으로 잰 최대 변위입니다. 마루에서 골까지의 세로 거리는 진폭의 2배이므로 반으로 나눠야 합니다.
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예시 3이웃한 마루와 골 사이의 수평 거리마루에서 골까지는 한 파장의 절반만큼 떨어져 있습니다. 마루에서 다음 마루까지가 한 파장이므로, 그 사이에 골이 정확히 가운데 놓입니다.
순서대로 하면
파동 그래프에서 값을 읽는 순서
- 1가로축의 단위를 먼저 봅니다. m이면 위치 그래프, s이면 시간 그래프입니다. 이것을 확인하기 전에는 아무것도 읽지 않습니다.
- 2위치 그래프라면 같은 위상끼리(마루~마루, 골~골)의 가로 간격을 재서 로 씁니다.
- 3시간 그래프라면 같은 간격을 재서 로 쓰고, 를 구합니다.
- 4세로축에서 평형선부터 마루까지의 높이를 로 씁니다.
- 5로 속력을 구합니다 — 와 가 서로 다른 그래프에서 왔는지 확인합니다.
변위–위치 그래프 vs 변위–시간 그래프
| 구분 | 변위–위치(–) | 변위–시간(–) |
|---|---|---|
| 무엇을 보여 주나 | 한 순간에 찍은 파동 전체의 사진 | 한 지점의 움직임을 기록한 영상 |
| 가로축 단위 | m (거리) | s (시간) |
| 가로로 읽는 값 | 파장 | 주기 |
| 세로로 읽는 값 | 진폭 | 진폭 |
| 읽을 수 없는 값 | 주기·진동수 | 파장 |
자주 하는 오해
변위–시간 그래프의 가로 간격을 파장으로 읽기
이렇게 생각하기 쉬움그래프가 파도 모양이니까 마루와 마루 사이가 파장이다
실제로는가로축이 시간(s)이면 그 간격은 주기 입니다. 파장은 이 그래프에 아예 나타나지 않습니다.
두 그래프는 생김새가 똑같은 사인 곡선이라 축을 보지 않으면 구분할 수 없습니다. 시간 그래프는 매질 입자 한 개의 위아래 움직임을 그린 것이지 파동의 모양을 그린 것이 아닙니다. 축의 단위를 먼저 보는 습관이 이 실수를 없앱니다.
진폭을 마루에서 골까지의 거리로 잡기
이렇게 생각하기 쉬움위로 5, 아래로 5 흔들리니까 진폭은 10이다
실제로는진폭은 평형 위치에서 마루까지, 즉 5입니다.
진폭은 '평형 위치에서 얼마나 벗어나는가'의 최댓값입니다. 마루에서 골까지의 거리는 진폭의 2배이므로, 그래프에서 위아래 폭을 통째로 읽었다면 반으로 나누어야 합니다.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
같은 단원의 개념 — 탄성파와 소리
공명과 맥놀이고3단순 조화 운동고3단진자고3도플러 효과고3용수철 진자고3음파와 소리고3정상파와 공명고3파동의 간섭과 회절고3파동의 반사·굴절·전반사고3파동의 성질고3편광고3횡파와 종파고3
자주 묻는 질문
Q1진동수와 주기 중 무엇을 기준으로 생각하는 게 좋나요?
둘은 완전히 같은 정보를 담은 역수 관계()입니다. 소리의 높낮이처럼 '1초에 몇 번'이 중요할 때는 진동수, 진자나 파동의 한 번 왕복을 볼 때는 주기가 다루기 편합니다. 계산에서는 단위가 맞는 쪽을 고르면 됩니다.
Q2진폭이 커지면 진동수도 커지나요?
아닙니다. 서로 독립입니다. 소리로 비유하면 진폭은 크기(세기), 진동수는 높낮이입니다. 같은 음을 더 크게 부를 수 있듯이, 진폭만 키우고 진동수는 그대로 둘 수 있습니다.
Q3는 정확히 무슨 뜻인가요?
1초에 한 번 진동한다는 뜻이고, 그러면 주기는 1초입니다. 이면 1초에 100번 진동하므로 한 번에 가 걸립니다. 진동수가 커질수록 주기는 짧아집니다.
교육과정 2022 개정 · 고3 물리학 · 탄성파와 소리
수록 기본 (교육과정 단원)
같은 , 를 갖더라도 진동 방향이 다르면 성질이 달라집니다. 횡파와 종파에서 그 차이를 확인해 보세요.
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초3~고3 과학 646개 개념의 연결을 한 화면에서 탐색할 수 있습니다.
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