학문

파동이 다른 매질로 진행할 때 변하지 않는 요소 질문

파동이 하나의 매질에서 성질이 다른 매질로 건너갈 때 파동의 속력과 파장은 변하지만, 진동수는 절대로 변하지 않고 그대로 유지되는 물리적 이유가 무엇인지 알려주시면 감사하겠습니다.

1개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    진동수는 매질이 아니라 파동을 만든 파원이 정해요. 두 매질의 경계면은 양쪽이 맞닿아 붙어 있는 지점이라, 첫 번째 매질에서 온 파동이 경계면을 1초에 몇 번 흔드는지가 그대로 두 번째 매질을 흔드는 횟수가 돼요. 경계의 입자는 한 번에 한 가지 진동밖에 할 수 없으니, 양쪽 진동수가 다르면 경계에서 두 매질이 서로 어긋나 찢어지거나 겹쳐야 하는데 그런 일은 일어나지 않아요.

    1초 동안 경계에 도착하는 마루 수와 경계를 떠나는 마루 수도 같아야 해요. 경계에서 마루가 새로 생기거나 사라지지 않으니 1초당 마루 수, 곧 진동수가 유지돼요.

    반면 속력은 매질의 성질로 정해져요. 줄이라면 장력과 밀도, 빛이라면 굴절률, 소리라면 탄성과 밀도가 속력을 결정해요. 진동수는 고정인데 속력이 바뀌니 v = fλ에 따라 파장이 늘거나 줄어요. 1,000Hz 소리가 공기(초속 340m)에서 물(초속 1,500m)로 들어가면 파장이 0.34m에서 1.5m로 길어지고, 빨간 레이저가 물속에 들어가면 파장은 짧아져도 진동수가 같아 여전히 빨갛게 보여요 :)

    채택 보상으로 502베리 받았어요.

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