▷ 역학적 파동 : 특성, 공식, 유형 및 예

이 기사에서는 물리학에서 기계적 파동이 무엇인지, 그리고 그 특성이 무엇인지 설명합니다. 따라서 기계적 파동의 정의, 기계적 파동의 예, 기계적 파동의 방정식은 무엇이며 다양한 유형의 기계적 파동은 무엇인지 확인할 수 있습니다.

기계적 파동이란 무엇입니까?

기계적 파동은 물질 매질을 통과하는 파동의 한 유형입니다. 즉, 기계적 파동은 물질 매질을 통과하는 파동입니다.

따라서 기계적 파동은 전달되지 않고 전파되는 매체에 일시적인 교란을 일으킵니다.

예를 들어, 음파는 기계적 파동입니다. 음파는 공기를 통해 이동합니다. 그러므로 물질 매질을 통해 진동할 때 그것은 기계적 파동입니다.

기계적 파동의 주요 특징 중 하나는 에너지를 전달한다는 것입니다. 실제로, 기계적 파동이 전달하는 에너지는 지진파의 경우와 마찬가지로 재앙적일 수 있습니다.

물리학에서 기계적 파동은 전파하려면 물질 매질이 필요하기 때문에 물질파 라고도 합니다.

기계적 파동의 예

역학적 파동의 정의를 살펴본 후 이제 개념을 완전히 이해하기 위해 이러한 유형의 파동에 대한 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.

기계적 파동의 예:

음파는 기계적 파동입니다.
지진파도 기계적 파동입니다.
물체의 충격으로 인해 수면에 생성되는 표면파는 기계적입니다.
스프링을 통해 전파되는 파동은 기계적 파동입니다.

기계적 파동의 특성

기계적 파동은 다음과 같은 특징이나 부분을 가지고 있습니다.

Elongation(y) : 파동의 위치와 평형 위치 사이의 거리입니다.
진폭(A) : 최대 확장과 평형 위치 사이의 거리입니다.
크레스트(Crest) : 파도의 가장 높은 지점.
밸리(Valley) : 파도의 가장 낮은 지점.
주기 또는 진동 : 한 지점에서 다음 등가 지점까지의 파동 경로입니다.
파장(λ) : 파동의 연속된 두 등가점을 분리하는 거리입니다.
주기(T) : 완전한 진동을 완료하는 데 필요한 시간입니다.
주파수(f) : 단위 시간당 파동이 만드는 진동 또는 진동 수입니다.

$f=\cfrac{1}{T}$

각주파수(또는 맥동)(Ω) : 파동이 진동하는 속도입니다.

$\omega=\cfrac{2\cdot \pi}{T}=2\cdot \pi \cdot f$

전파 속도(v) : 파동이 전파되는 속도입니다.

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\lambda\cdot f$

기계적 파동의 공식

기계적 파동의 움직임을 설명할 수 있는 수학적 함수는 항상 다음과 같습니다.

$y=f(x\pm v\cdot t)$

금:

$y$

파동의 연장이다.
$x$

연구한 지점에서 파동의 근원지까지의 거리입니다.
$v$

파동 전파 속도이다.
$t$

시간의 순간입니다.

전파 속도 앞의 기호는 기계적 파동이 오른쪽(음수 기호)으로 이동하는지 왼쪽(양수 기호)으로 이동하는지를 나타냅니다.

역학적 파동이 조화파인 경우 역학적 파동의 방정식은 y(x,t) = A·sin(k·x ± Ω·t + _ψ0 )입니다. 이 공식은 특정 위치와 특정 시간에 기계적 파동의 한 지점의 신장을 계산하는 데 사용됩니다.

$y(x,t)=A\cdot \text{sin}(k\cdot x\pm w\cdot t+\phi_0)$

금:

$y$

파동의 연장이다.
$A$

기계적 파동의 진폭입니다.
$x$

연구한 지점에서 파동의 근원지까지의 거리입니다.
$k$

는 다음 식으로 계산되는 파수입니다.

$k=\cfrac{2\cdot \pi}{\lambda}$
$\omega$

각도 또는 맥동 주파수입니다.
$t$

시간의 순간입니다.
$\phi_0$

파동의 초기 단계이다.

기계적 파동의 유형

기계적 파동의 유형은 다음과 같습니다.

종파(Longitudinal Wave) : 파동이 전파되는 방향과 동일한 방향으로 진동하는 기계적 파동의 일종.
횡파(Transverse wave) : 파동의 진행 방향에 수직으로 진동하는 기계적 파동의 일종.

종파

종파는 매체 내 입자의 진동 운동이 파동 전파의 동일한 방향으로 발생하는 기계적 파동입니다. 즉, 종파의 끝이 종방향으로 진동합니다.

예를 들어, 음파는 종파입니다. 왜냐하면 이러한 유형의 파동에서는 끝의 움직임이 파동의 전파와 평행하기 때문입니다.

➤ 참조: 종파의 특성

횡파

횡파는 진동이 파동의 전파 방향에 수직인 기계적 파동입니다. 즉, 횡파의 점은 파동의 진행 방향을 가로질러 이동합니다.

예를 들어 진동하는 한쪽 끝에 연결된 줄은 횡파입니다. 줄의 끝을 고정하고 다른 쪽 끝을 수직으로 움직이면 줄의 파동 진행 방향에 수직으로 진동이 발생하므로 횡파가 됩니다.

➤ 참조: 횡파의 특성

기계적 파동의 전파 속도

전파 속도는 기계적 파동이 매질에서 전파되는 속도입니다. 일반적으로 기계적 파동의 속도는 다음 형식의 공식을 사용하여 계산됩니다.

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{\text{propriété élastique}}{\text{propriété inertielle}}}$

아래에서는 물리학의 특별한 경우에 기계적 파동의 전파 속도를 계산하는 데 사용되는 공식을 볼 수 있습니다.

끈의 횡파 전파 속도

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{T}{\mu}}$

금:

$T$

끈의 장력이다.
$\mu$

끈의 선형 질량 밀도입니다.

고체에서 종파의 전파 속도

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{E}{\rho}}$

금:

$E$

고체의 영률입니다.
$\rho$

고체의 밀도입니다.

가스(소리) 내 종파의 전파 속도

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{\gamma \cdot R\cdot T}{M}}$

금:

$\gamma$

는 가스의 단열 계수입니다(공기의 경우).

$\gamma=1,4$

).
$T$

켈빈으로 표현된 가스 온도입니다.
$R$

이상적인 상수 기체이고,

$\displaystyle R=8.31 \ \frac{J}{mol\cdot K}$

.
$M$

가스의 분자 질량입니다.