Ch. 4-3 파동역학
데카르트 (René Descartes , 1596-1650)
• 프랑스 철학자. 주로 네덜란드에서 활동 (용병, 철학 자). “Cogito, ergo sum”
• ‘방법서설’, ‘성찰록’, ‘철학의 원리’ 저술.
• 굴절 법칙: 스넬의 법칙 vs. 데카르트의 법칙
• 업적: 직교좌표계 (Cartesian coordinate) 고안 à 기하 학을 대수학으로; 변수 기호 x, y, z 사용; x2, x3 등 지수 표기법 도입
선운동 관성 주장.
빛을 유체 파동으로 이해 [유체 = (a)ether] à Huygens 에 큰 영향.
• 한계: 가상디의 원자론 반대 (진공 부정), ‘힘’의 정량 화에 부정적 à 운동법칙을 세우는데 한계.
- Torricelli가 처음으로 진공 만듬. (1643)
- Newton 과학에 장애로 작용. “믿기 어려운 영국인!”
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• 프랑스 철학자. 주로 네덜란드에서 활동 (용병, 철학 자). “Cogito, ergo sum”
• ‘방법서설’, ‘성찰록’, ‘철학의 원리’ 저술.
• 굴절 법칙: 스넬의 법칙 vs. 데카르트의 법칙
• 업적: 직교좌표계 (Cartesian coordinate) 고안 à 기하 학을 대수학으로; 변수 기호 x, y, z 사용; x2, x3 등 지수 표기법 도입
선운동 관성 주장.
빛을 유체 파동으로 이해 [유체 = (a)ether] à Huygens 에 큰 영향.
• 한계: 가상디의 원자론 반대 (진공 부정), ‘힘’의 정량 화에 부정적 à 운동법칙을 세우는데 한계.
- Torricelli가 처음으로 진공 만듬. (1643)
- Newton 과학에 장애로 작용. “믿기 어려운 영국인!”
호이겐스 (Christiaan Huygens, 1629.4.14 ~ 1695.7.8)
• 네덜란드의 물리학자·천문학자. 레이덴 대학을 나온 뒤 영국, 독일 등에서 공부하였다. 데카르 트의 영향을 많이 받음.
• 1655년 굴절 망원경 제작, 토성의 고리 발견, 토성의 위성 관측 (Titan). 실용적인 진자시계 발명/보급
• 진자 운동을 연구, ‘운동량 보존 법칙’과 ‘에너 지 보존 법칙’ 유사 이론 수립 à 역학의 기초.
• Ole Rømer와 빛의 속도 측정 (목성 위성 Io 이 용)
•
빛의 파동설과 ‘호이겐스의 원리’를 수립.• 《빛에 관한 논문》, 《진자 시계》 등 저술
• 네덜란드의 물리학자·천문학자. 레이덴 대학을 나온 뒤 영국, 독일 등에서 공부하였다. 데카르 트의 영향을 많이 받음.
• 1655년 굴절 망원경 제작, 토성의 고리 발견, 토성의 위성 관측 (Titan). 실용적인 진자시계 발명/보급
• 진자 운동을 연구, ‘운동량 보존 법칙’과 ‘에너 지 보존 법칙’ 유사 이론 수립 à 역학의 기초.
• Ole Rømer와 빛의 속도 측정 (목성 위성 Io 이 용)
•
빛의 파동설과 ‘호이겐스의 원리’를 수립.• 《빛에 관한 논문》, 《진자 시계》 등 저술
토성의 위성 Titan의 표면
-Huygens 탐사선 착륙 (2005. 1. 14)
꿈은 이루어진다!
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Titan의 대기
Cassini 탐사선 사진 (2004)
주로 질소와 메탄으로 이루어짐.
원시 지구의 대기와 비슷함.
UV à 생물 발생 가능성
파동이란?
줄의 파동 (가로파) 6
공기의 파동 (세로파)
두 경우 모두 탄성 에너지가 전달됨.
실험데모: http://icpr.or.kr 가상실험: physica.gnu.ac.kr
파동의 요소
진폭 위상 파장 (l) 속력(v)
진동수 (f), 각진동수(w), 주기(T) 진폭
위상 파장 (l) 속력(v)
진동수 (f), 각진동수(w), 주기(T)
w = 2pf = 2p/T T = 1/f
속력(v) = l/T = l f
뉴턴 2법칙 à 줄 파동
à 파속 v = (줄의 장력/밀도)1/2
일반적으로... à 파동방정식
t y v
x y
2 2 2
2
1
¶
= ¶
¶
¶
8
일반적으로... à파동방정식
t y v
x y
2 2 2
2
1
¶
= ¶
¶
¶
해(solution)는
파동은 전파할 매질(medium)이 있어야 한다. 예외는?
파동의 합성 à 간섭
파동의 간섭 - 실험
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파동의 합성 à 간섭과 회절
간섭 à
회절(diffraction) à
호이겐스의 원리
• 파두 위의 각 점은 점 파원으로 작용하 여 2차 파면을 낸다.
• 이들을 중첩하면 그 다음 파면이 만들 어 진다.
• Huygens 원리의 적용 : 파의 전파, 반사, 굴절, 회절 등 모든 파동현상 설명.
구면파의 전파
굴절 현상 회절 현상
경계에서 파동의 반사
반사파의 위상
소한 매질 à 밀한 매질 : 180도 위상차
밀한 매질 à 소한 매질 : 위상차 없음.
http://physica.gnu.ac.kr/
교과서 그림 4-17
줄 파동의 반사 - 실험
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소한 매질 à 밀한 매질 : 180도 위상차
정상파(standing wave)와 공진
입사파
반사파
antinode(배) node(마디)
합성파
닫힌 경계 안에서 가능한
배 배
정상파 – 실험
맥놀이 (beat)
(맥놀이 주파수 = 두 주파수의 차이)
도플러(Doppler) 효과
파원이 움직일 때
