물리학I 파동의 성질

호수에 돌을 던지면 물결이 퍼지지만 물 자체가 멀리 가는 게 아니라 흔들림이 에너지를 전달해요. 그게 파동이에요. 횡파는 진동이 진행 방향에 수직이고 종파는 평행하며, 파동의 속도는 v = fλ로 진동수와 파장을 이어 줘요. 두 파동이 만나면 위상차에 따라 보강·상쇄 간섭이 생겨요. 진동수·진폭·위상차를 바꾸면 파형과 간섭 무늬가 보여요.

파동이란?

🌊 파동의 직관

①호수에 돌을 던지면 물결이 퍼져나갑니다

②물 자체가 이동하는 것이 아니라 "흔들림"이 전달됩니다

③파동 = 한 곳의 진동이 주변으로 에너지를 전달하는 현상

④중요: 매질(물)은 제자리에서 진동할 뿐, 이동하지 않는다!

분류

횡파 vs 종파

구분	횡파	종파
진동 방향	진행 방향에 수직	진행 방향에 평행
예시	빛, 줄의 파동, 전자기파	소리, 용수철 파동
매질 필요	줄의 파동은 필요 · 전자기파는 불필요	반드시 필요 (소리)
특징	편광 가능	밀·소 반복

횡파와 v = fλ

진동수 f5 Hz

진폭 A5 (상대 1-10)

파동의 속도

v = fλ

파동 속도(m/s) = 진동수(Hz) × 파장(m)

💡 왜 v = fλ인가

①1초에 f번 진동한다 → f개의 파동이 만들어진다

②각 파동의 길이가 λ이다

③따라서 1초 동안 파동이 진행한 거리 = f × λ = v

④v는 매질이 결정! 진동수나 진폭을 바꿔도 속도는 같다

⑤진폭 A는 화면의 상대 눈금 1-10이다. A가 커지면 에너지·세기(소리면 크기)가 커지고, 속도는 그대로다

중첩과 간섭

위상차 (°)0°

주기와 진동수

T = 1f

주기(s) = 1/진동수(Hz): 한 번 진동하는 데 걸리는 시간

🔑 중첩의 원리

①두 파동이 만나면 변위가 더해진다 (중첩의 원리)

②같은 위상(0°) → 보강 간섭: 진폭 2배

③반대 위상(180°) → 상쇄 간섭: 진폭 0

④파동이 지나간 후에는 원래 모습으로 돌아온다

파동의 4대 성질

🔄 반사·굴절·간섭·회절

①반사: 파동이 경계면에서 되돌아옴 (입사각 = 반사각)

②굴절: 매질이 바뀌면 속도가 변해 진행 방향이 꺾임

③간섭: 두 파동이 만나 보강 또는 상쇄

④회절: 장애물 뒤로 파동이 돌아 들어감 (λ가 클수록 잘 돌아감)

⑤이 네 가지는 모든 파동의 공통 성질!

예제로 익히기

예제 1

진동수 50 Hz, 파장 4 m인 파동의 속력은?

파동의 속력 공식 v = fλ를 사용한다.

v = fλ

f = 50 Hz, λ = 4 m를 대입한다.

v = 50 × 4 = 200 m/s

▸ 200 m/s

v = fλ는 파동의 가장 기본 공식. 진동수(Hz)와 파장(m)을 곱하면 속력(m/s)이 된다.

예제 2

속력 340 m/s인 음파의 주기가 0.002 s일 때, 이 음파의 파장은?

먼저 진동수를 구한다: f = 1/T.

f = 1T = 10.002 = 500 Hz

v = fλ에서 λ = v/f를 계산한다.

λ = vf = 340500 = 0.68 m

▸ 0.68 m

주기 T가 주어지면 f = 1/T로 진동수부터 구한 뒤 v = fλ에 대입한다.

총정리

파동 핵심 공식

v = fλ = λ/T

속도 = 진동수 × 파장 = 파장 / 주기

수능 유형 변형

같은 매질에서 진행하는 파동의 진동수를 2배로 높이면 파장은 어떻게 변하는가?

①2배가 된다

②4배가 된다

③변하지 않는다

④12배가 된다

⑤14배가 된다

▸ ④ 12배가 된다

같은 매질에서는 속력 v가 일정하다. v = fλ에서 v가 고정.

v = fλ = 일정

f가 2배면 λ는 반비례하여 절반이 된다.

λ = vf ⇒ f×2 ⇒ λ÷2

🎯 시험 포인트

①v = fλ: 파동 속도 = 진동수 × 파장 (반드시 암기!)

②파동 속도는 매질이 결정: f나 A와 무관

③횡파: 진동⊥진행 (빛) / 종파: 진동∥진행 (소리)

④중첩의 원리: 합성 변위 = 개별 변위의 합

⑤모든 파동의 공통 성질: 반사, 굴절, 간섭, 회절