소리에 대해서 공부해보자.

소리 발생 원리 전달 과정을 알아보자.

모든 소리는 물체의 떨림, 즉 진동에 의해 발생한다. 사람의 목소리는 목의 생김새에 따라 진동이 다르다. 물체를 두드릴 때 생기는 공기가 진동을 하면 파동에 의해 주변의 공기를 진동시켜 귀까지 도달하게 되어 들을 수 있다. 소리의 파동을 음파라고 하는데, 물체의 떨림으로 인해 공기의 빽빽한 부분과 연한 부분 사이에 퍼지는 세로파이다. 어떤 물질들이 소리를 전달할 수 있는지 생각해 보고, 발생 원리와 전달 과정을 알아본다.

1. 쇠줄 진동에 의한 소리 발생

쇠줄을 팽팽하게 당기고 난 후에 손가락으로 튕기면 소리가 난다. 소리는 파동이다. 쇠줄의 굵기가 다르면 서로 다른 진동이 생기므로 파동이 다르고, 팽팽하게 당기면 진동의 속도가 빨라져 진동수가 더 커진다. 양끝이 고정된 상태에서 줄을 튕기면 진행하던 파동이 양 끝 점에서 서로 반사하여 간섭이 번갈아 일어나 정지한 것처럼 위아래로 움직이는 파동을 정상파라고 한다. 이와 같은 원리에 의해 기타는 줄의 굵기, 줄을 튕길 때의 손가락이 누르는 위치에 따라서 서로 다른 소리가 나기 때문에 여러 음을 연주할 수 있다.

2. 소리의 속력

소리는 공기의 온도가 20 ºC 일 때, 약 344m/s 속력으로 전달된다. 이것으로 번개가 치는 날 번개가 발생한 곳까지의 거리를 계산할 수 있다. 번개가 칠 때 불빛이 보이고 난 후 천둥소리가 난다. 번개는 빛의 속력으로 움직이기 때문에 발생하자마자 볼 수 있다. 빛보다 늦게 전달되는 소리는 속력과 시간을 알면 거리를 구할 수 있다. 번개가 번쩍이는 것을 보고 나서, 천둥소리가 들릴 때까지의 시간을 재면 번개가 발생한 곳의 거리를 계산할 수 있다. 빛은 소리보다 빠르기 때문이다.

3. 소리의 전달

소리는 파동이기 때문에 전달하는 매질이 필요하다. 사람은 공기 중에서 생활한다. 공기만이 음파의 매질이라고 생각하기 쉽지만, 물속에서도 들을 수 있다. 물이 음파를 전달할 수 있지만, 속도가 공기 중에서 보다 약 4배 정도 빨라서 공기 중에서 듣는 것과는 다르게 들린다. 호스를 통해서 소리를 들으면 더 잘 들리는 이유는 진동이 호스를 따라 한 방향으로만 전달되어 퍼지지 않아서 더 잘 들린다. 멀리 떨어진 곳에서 벽을 쳤을 때, 방바닥에 엎드려 귀를 대고 있을 때 걸어 다니는 소리를 들을 수 있는 것은 진동이 전달되기 때문이다. 소리는 물체를 통해서도 전달될 수 있다.

4. 소리의 성질

사람마다 목소리가 다르고, 각각의 물체마다 소리가 다르다. 구분할 수 있는 성질은 세기, 높낮이, 음색의 3 요소가 있기 때문이다. 잘 들을 수 있는지 없는지에 따라서 사람이 들을 수 있는 가장 약한 소리에 대한 세기의 비를 이용하여 데시벨이라는 단위를 사용하여 나타낸다. 세기는 파동의 진폭에 따라 달라진다. 진폭이 크면 세고, 진폭이 작으면 약하다.

 

같은 음을 연주하더라도 악기에 따라 공기의 떨림에 따라 다르다. 악기는 한 음계를 연주하더라도 기본 진동과 여러 부분의 진동이 함께 동시에 일어난다. 음색은 부분음이 합쳐져 발생하는 음이 악기마다 파형이 달라서 같은 음계도 다르게 들리는 것을 말한다.

5. 소리의 반사

두 소리가 합쳐지면 파동이 합쳐지면서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 하기 때문에 소리가 커졌다가 작아졌다 한다. 서로 다른 소리가 만나면 간섭 현상이 일어나고, 매질이 달라지는 경계에서는 반사한다. 진동수가 다른 두 소리가 만났을 때 중첩에 의해 소리의 세기가 시간에 따라 주기적으로 세졌다가 약해지는 맥놀이 현상이 나타난다.

 

소리 파동이 매질이 달라지는 경계면에 부딪히면 반사된다. 방문을 닫고 있어도 거실의 TV소리를 들을 수 있고, 집 안에서 도로의 응급차의 경보음을 들을 수 있는 것은 소리의 굴절과 회절 때문이다. 초음파의 반사를 이용하여 해저 지형 탐사, 광물, 물고기의 위치를 알아낸다. 병원에서는 뇌종양, 담석을 진단하고, 태아 상태를 검사한다.