1. 파동 (Wave)
ㅇ 진동하며 공간/매질을 전파해 나가는 (퍼져나가는) 현상
- 질량의 이동은 없지만, 에너지/운동량의 운반은 있음
. 例) 미소구간에서의 힘의 작용을 통한 변위의 전파, 에너지의 전파 등
※ 보통의 파동은,
- 입자의 운동과는 달리, 실제 매질 입자가 함께 움직이는 것이 아님
- 매질 입자 그 자체는, 상하 또는 좌우로 작은 국지적인 변위 만 있고,
- 매질 내 인접 입자 간 변위의 파(波)로써 전달되는 형태이며,
- 이렇게, 변위가 움직이는 형태의 파는, 매우 빠른 속도로 나타날 수 있음
- 이때의, 파(波)는, 에너지를 실어나르게 됨
- 따라서, 파동의 세기는, 공간에서 에너지가 전달되는 시간율로 표기함 ☞ 파동 세기 참조
2. 파동의 전파
ㅇ 파동이 일어나는 계는, 무한히 많은 서로 결합된 진동자들이 형성된 것으로 볼 수 있으며,
ㅇ 이때, 이웃하는 진동자들의 연이은 결합(결합 진동)에 의해, 파동의 전파가 일어남
3. 파동의 구분
※ ☞ 파동 종류 참조
- 매질의 필요 여부에 따른 구분
. 역학적 파동 (매질 필요) : 음파, 지진파, 수면파 등
. 전자기 파동 (매질 불필요) : 광파/빛, 라디오파(RF), X-선 등
- 파동 진동 방향에 따른 구분
. 횡파 (Transverse Wave) : 진행방향에 직각인 파 (例, 전자기파,줄위의 진동파 등)
. 종파 (Longitudinal Wave) : 진행방향과 동일한 파 (例, 음파 등)
- 파동의 전진 여부에 따른 구분
. 진행파 (Travelling Wave) : 앞으로 진행하는 일반적인 파
. 정재파 (Standing Wave) : 진행하는 파가 아니고 정지한채, 진동 만 하는 파
- 파면의 형상에 따른 구분
. 평면파 (Plane Wave) : 파면의 형상이 평면
. 구면파 (Sperical Wave) : 파면의 형상이 구면
4. 파동의 세기
※ ☞ 파동 세기 (Wave Intensity) 참조
- 단위면적 당 에너지 전달률 = 단위면적 당 전력
5. 파동의 속도
※ ☞ 파동 속도 참조
- 빛 속도, 음파 속도, 지진파 속도 등
- 위상 속도, 군속도 등
6. 파동의 표현 : 파형 (Waveform) 표현
ㅇ 파형 (Waveform) 이란?
- 파동의 생김새를 시간적,공간적 변위가 주기적으로 반복되는 변위의 모양으로 나타낸 것
- 단, 파형은 직접 볼 수 없고, 변환된 전기 신호로써, 오실로스코프 상에 그 형태를 볼 수 있음
ㅇ 파동의 주요 특성량
- 파수 (k), 파장 (λ), 진동수 (f), 주기 (T), 진폭 (A), 위상 (θ) 등
ㅇ 파동의 방정식 표현 ☞ 파동방정식 참조
- 파동방정식 표현 : [# \nabla^2 ψ = \frac{1}{v^2}\frac{\partial^2 ψ}{\partial t^2} #]
. (2계 선형 편미분방정식)
ㅇ 파동의 함수적 표현 ☞ 파동함수 참조 (파동방정식의 해)
- 일반적인 1차원 파동함수 표현
[# ψ(x,t) = f(x-vt) #]
. (ψ: 파동함수, x: 진행거리, t: 시간, v: 속도)
.. 위 파동함수 표현식은, 우측으로 속도 v로 이동하는 파동을 나타냄
- 정현적(주기적)인 1차원 파동함수 표현
[# ψ(x,t) = A \sin \frac{2π}{λ}(x-vt) = A \sin 2π(\frac{x}{λ}-\frac{t}{T})
= A \sin (kx-ωt) #]
. (A : 진폭, k = ω/v = 2π/λ : 파수, ω = 2πf = 2π/T : 각주파수,
v = fλ = ω/k : 파동 속도)
.. 특히, A,k는, 조화적인 파동 특성은 그대로 살린채, 변화가능한 상수
. 여기서의 표현은, 정현파 파형 모양 변화 없이, 그 파형 그대로가 속도 v로 움직이는 것임
7. 파동의 분산
ㅇ 파동의 전파에서, 공간과 시간 간에 상호 관계를 갖음 ☞ 분산 관계 참조
- 공간적인 물리량(파장,파수)과 시간적인 물리량(주기,진동수)이 서로 독립적이 아니라,
상호 관계를 갖음
- 특히, 그 구체적인 관계가 전파 매질의 특성에 의해 결정됨
ㅇ 파동의 매질 특성량 (주파수대에 따라 다른 용어 및 의미를 갖음)
- 광학 주파수대 (1014 Hz 이상) : 굴절률
- RF대역/초고주파대 이하 : 유전율
8. 파동의 에너지 운반
ㅇ 파동의 에너지 운반
- 역학적 파동의 에너지 전파
. 매질의 파동이 단위 체적 내에 포함된 역학적 에너지를 운반함
.. 例) 음파, 수면파 등
- 전자기파의 에너지 전파 ☞ 포인팅 벡터 참조
ㅇ 입자의 에너지 운반
- 입자의 에너지 전파 ☞ 운동에너지 참조
- 광자의 에너지 전파 ☞ 물질파 참조
9. 파동 현상의 고유한 특징 (회절,간섭,편광 등) ↔ (입자성)
ㅇ 회절 (Diffraction) : 파동이 장애물을 만날 때 그 뒤로 에워 돌아가는 현상
ㅇ 간섭 (Interference) : 둘 이상의 파동이 중첩하여 나타나는 현상
ㅇ 편광 (Polarization) : 파동의 횡적 진동 방향이 제한되는 현상