소리는 왜 물속에서 더 빨리 전달되나요?

Question

공기보다 물이 더 빽빽한데 소리가 더 빨리 간다는 게 의외였어요. 매질의 밀도와 탄성이 소리 속도에 어떤 영향을 주는지, 고체에서는 더 빠른지, 수중에서 소리의 방향을 분간하기 어려운 이유, 돌고래가 소리로 사물을 보는 원리가 궁금해요

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

소리 속도는 v = √(K/ρ)로, 매질이 압축되기 어려운 정도인 체적탄성률 K와 밀도 ρ의 비로 정해져요. 물은 공기보다 약 800배 무거운 대신 압축하기가 약 1만 5천 배 어려워서, 탄성 쪽이 크게 이겨 소리가 공기에서 초속 약 340m, 물에서 약 1,500m로 빨라져요. 원자끼리 단단히 묶인 고체는 더 빨라서 강철에서는 초속 5,900m 정도예요.

사람은 소리가 양쪽 귀에 닿는 시간차로 방향을 가늠하는데, 물속에서는 이 시간차가 4분의 1 이하로 줄어요. 게다가 물과 머리뼈의 음향 성질이 비슷해서 소리가 귓구멍 대신 머리뼈 전체를 타고 양쪽 속귀에 거의 동시에 들어오니 방향을 가리기 어려워요.

돌고래는 콧구멍 아래 기관에서 딸깍 소리를 내고, 이마의 지방 덩어리인 멜론이 이 소리를 앞쪽으로 모아 쏘아요. 물체에 맞고 돌아온 메아리는 아래턱의 지방을 거쳐 귀로 전달되고, 돌아오는 데 걸린 시간으로 거리를, 메아리의 세기와 모양으로 크기와 재질을 알아내요. 밀도 차이까지 구분해서 모래 속에 숨은 물고기도 찾아내요 :)