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파동의 간섭

두 파동이 만나면 겹쳐지면서(중첩) 더 크게 진동하기도 하고, 서로 없애기도 해요. 이것을 간섭이라고 해요. 물결파와 빛, 소리에서 보강 간섭과 상쇄 간섭이 어디에서 일어나는지 찾아보고, 빛의 간섭무늬가 빛의 파동성을 보여 주는 까닭과 소음 제거 기술의 원리를 확인해 보세요.

2022 개정 교육과정물리학 빛과 물질 · 빛의 중첩과 간섭, 이중 슬릿역학과 에너지 탄성파와 소리 · 음파의 간섭과 소음 제어전자기와 양자 빛과 정보통신 · 빛의 간섭과 회절고급 물리학 광학 · 영의 이중 슬릿 실험물리학 실험 광학 · 이중 슬릿으로 빛의 파장 측정
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이하은T 과학 실험실

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파장 λ3.5 cm
두 파원 사이10.0 cm
두 파원의 위상 파원
물 표면을 누르면 점 P가 그곳으로 옮겨 가요

점 P의 진동

두 파동이 P에서 겹쳐 만드는 진동(합성파) · 가로는 시간

S₁에서 온 파동S₂에서 온 파동합성파

P를 지나는 가로줄의 진폭

두 파원과 나란한 줄을 따라 잰 진폭 · 노란 점선이 P의 위치

합성파의 진폭보강 간섭상쇄 간섭
중첩

두 파동이 만나면

  • 만난 곳의 변위는 두 파동의 변위를 더한 것
  • 만난 뒤에는 각 파동이 원래 모양대로 진행
보강 간섭

마루와 마루가 만나면

  • 같은 위상으로 만나 진폭이 커짐
  • 같은 위상의 두 파원: 경로차 = 0, λ, 2λ, …
  • 빛은 밝은 무늬, 소리는 크게 들림
상쇄 간섭

마루와 골이 만나면

  • 반대 위상으로 만나 진폭이 작아짐
  • 같은 위상의 두 파원: 경로차 = λ/2, 3λ/2, …
  • 빛은 어두운 무늬, 소리는 작게 들림
빛의 파동성

영의 이중 슬릿 실험

  • 빛이 입자라면 스크린에 밝은 곳이 두 군데만 생김
  • 실제로는 밝고 어두운 무늬가 번갈아 나타남 → 빛은 파동
간섭무늬의 간격

무늬 간격을 바꾸는 변인

  • 빛의 파장이 길수록 넓어짐
  • 슬릿과 스크린 사이 거리가 멀수록 넓어짐
  • 슬릿 사이 간격이 넓을수록 좁아짐
이용

간섭을 이용한 기술

  • 소음 제거 헤드폰: 소음과 반대 위상의 소리로 상쇄 간섭
  • 무반사 코팅: 렌즈 표면에서 반사된 빛끼리 상쇄 간섭
  • 비눗방울·기름막의 무지갯빛, 지폐의 위조 방지 표시

생각해 보기

  1. ①에서 점 P를 옮겨 가며 경로차를 재어 보세요. 진폭이 가장 큰 곳과 거의 0인 곳의 경로차는 각각 파장의 몇 배인가요?
  2. ①에서 파장을 줄이거나 두 파원 사이를 넓히면 보강 간섭 선의 개수는 어떻게 변하나요? 두 파원의 위상을 반대로 바꾸면 어떻게 되나요?
  3. ②에서 ‘빛이 입자라면?’을 눌러 결과를 비교해 보세요. 이중 슬릿 실험이 빛의 파동성을 보여 주는 까닭은 무엇인가요?
  4. ②에서 간섭무늬의 간격을 줄이는 방법 세 가지를 찾아보세요.
  5. ③에서 소음 제거 음파를 조금 늦게 내면 어떻게 되나요? 소음 제거 헤드폰이 음악 소리는 없애지 않는 까닭은 무엇일까요?