(Slide Note)
소리와 같은 음향학적인 것을 전달하는 데에는 전달 매체(transmitting medium)의 특성이 중요한데 전달매체는 질량(mass), 무게(weight), 밀도(density), 그리고 탄력성 (elasticity, E)에 의해 결정된다. 탄력성은 물질이 원래의 형태나 부피로 돌아가려는 속 성을 나타내는 것으로 공기에서는 압축 후 이전의 부피로 돌아가려는 성질을 나타내며 공기의 탄력성의 한계를 넘어서는 것을 overload라 한다.
바다 높이 위의 공기매체의 압력과 밀도가 어떻게 변하는 지를 나타내는 그림으로 1 제곱인치의 실린더 관에 들어 있는 공기의 압력과 밀도를 나타낸다. 바다 수면 위로 올 라가면 갈수록 공기의 밀도는 낮아진다는 것을 보여준다.
소리굽쇠(tuning fork)에 힘을 가했을 때의 소리굽쇠의 움직임을 나타내는 그림으로 소리굽쇠의 진동의 패턴을 단순하게 보여준다. 힘이 가해졌을 때 소리굽쇠는 X에서 Y로 이동하게 되고 다시 Z로 이동한다. X에서 Y로의 진동을 주기(cycle)이라고 표현한다.
소리굽쇠의 진동의 패턴을 통해 진동의 진폭은 가해진 힘의 크기에 비례하며 힘이 가해졌을 경우 뉴톤의 제1법칙인 관성의 법칙이 적용된다. 관성의 법칙은 운동 중인 물 체는 계속해서 움직이려고 하지만 움직이지 않는 물체는 정지하려는 성향을 나타낸다.
외부의 힘에 대한 소리굽소의 반응에는 관성 이외에 탄력성이 존재한다. 이 탄력성은 관성에 반대되는 힘으로 반작용의 역할을 하며 관성과는 힘의 방향은 다르지만 힘의 크 기는 서로 일치한다.
소리의 전달은 공기 분자의 밀도의 변화에 의해 이루어 지는데 소리는 공기 밀도의 변화를 야기한다. 공기의 밀도가 증가되는 것을 압축(compression)이라고 하고 반대로 공기의 밀도가 약해지는 것을 희박(rarefaction)이라 한다. 이 두 과정을 통해 소리는 전 파되어 진다 .
소리굽쇠의 진동에 따른 공기 분자의 압축(compression)과 희박(rarefaction)의 변화 를 보여주는 그림으로 이 과정을 통해 소리는 공기를 매체로 하여 다른 곳에 전달되어 진다.
공기를 매체로 하여 움직이는 소리파의 종단과 횡단의 움직임을 보여주는 그림으로 서 소리파의 특성은 주기(cycle), 파장(wavelength), 그리고 진폭(amplitude) 등으로 나타 난다.
모든 물질은 기본적으로 세가지 중요한 기본 물리량을 가지게 되는데 기본 물리량은 길이(length), 질량(mass), 그리고 시간(time)이다. 이 기본 물리량은 측정 단위로 길이는 m와 cm, 질량은 kg과 g, 그리고 시간은 s를 가진다. 이 단위를 토대로 MKS와 cgs 시 스템을 사용할 수 있다.
기초물리량에서 파생하는 것을 유도물리량이라고 하는데 유도물리량은 크기와 방향 에 의해 결정되는데 이 둘을 가진 것을 벡터(vector)라 하고 단지 크기만 가지고 방향이 없는 것을 스칼라(scalar)라 한다. 스칼라에 해당하는 것은 질량, 시간, 그리고 에너지이 다. 변위(displacement)는 위치의 변화(change in position)를 나타낸다. 기준점, 즉 출발 점에서 종착점까지의 거리의 변화를 나타낸다. 변위에는 거리뿐만 아니라 방향(direction) 의 개념도 포함된다.
속력(speed)은 단위 시간당 이동한 거리이지만 속도는 단위 시간당 변위의 양을 말한 다. 속력은 크기만을 가지기 때문에 스칼라량이지만 속도는 크기와 방향을 가지므로 벡 터량이다. 가속도는 단위 시간당 속도의 변화를 나타낸다. 속도와 마찬가지로 벡터량을 나타낸다.
힘은 가속도와 질량과 관계있는데 뉴톤의 제 2법칙은 “한 물체의 가속도는 그 물체 에 작용하는 알짜 힘(net force)에 정비례하고 질량에는 반비례한다”고 설명한다. 이 운 동 법칙을 수정하면 힘은 물체의 질량과 가속도에 각각 비례하고 힘은
으로 정의된다. 질량과 관성을 가진 한 물체를 가속화시키고 왜곡시키기 위해서는 힘이 필요하다. 즉 가속도를 일으키는 근원은 힘이지만 그 반대는 성립되지 않는다.
압력(P)은 단위면적당 힘의 양을 나타낸다. 압력은 스칼라량이고 귀의 고막에 가해지 는 공기압, 자동차나 자전거의 바퀴의 공기압, 대기압, 호흡기관에서의 유체의 압력, 혈 압, 피하주사바늘의 사용, 안압 등과 같이 주위 일상 환경에서 친근하게 접할 수 있다.
압력은
압력 면적
힘
면적(A)은 MKS에서는 이고 cgs에서는 이다. 압력의 단위는 파스칼(Pa)인데 1 Pa는 MKS에서는 이고 cgs에서는 이다. 그러므로
이 된다.
물리량
(Physical Quantity)
MKS
(Meter-Kilogram-Second) cgs
(centimeter-gram-second) 길이(Length) 미터 (M) 센티미터 (cm)=0.01 M 질량(Mass, m) 킬로그램 (Kg) 그램 (g)=0.001 Kg
시간(Time) 초 (S) ch (s)
변위(Displacement, x) 미터(방향) 센티미터(방향)
속도(Velocity, c)
가속도(Acceleration, a)
힘(Force, F) F=ma
=Newton (NT)
1NT=100,000 dynes
=dyne (d)
1 dyne=0.00001 NT 압력(Pressure, P)
P=force/area=Pascals (Pa)
=1 Pa
1 Pa=10
(Slide Note)
위에 언급한 기초와 유도 물리량을 계산하는 공식과 측정단위를 요약정리한 표로서 기초와 유도 물리량은 그 정의에 의해 공식과 측정단위가 결정되며 그 단위들을 MKS와 cgs의 시스템으로 정리하였다.
숫자 과학적 표기법(읽기) 접두사(상징) 1,000,000,000,000 (1조) tera (T) 1,000,000,000 (10억) giga (G) 1,000,000 (1백만) mega (M)
1,000 (1천) kilo (K)
100 (1백) hecto (h)
10 (1십) deca (da)
0.1 (1십분의 1) deci (d) 0.01 (1백분의 1) centi (c) 0.001 (1천분의 1) milli (m) 0.000001 (1백만분의 1) micro (μ) 0.000000001 (10억분의 1) nano (n) 0.000000000001 (1조분의 1) pico (p)
(Slide Note)
그리스 접두어를 사용하여 길이에 대한 과학적인 표기법을 나타내는 표로서 음향학 적인 크기를 나타내는 단위롤 빈번하게 사용된다.
