물질이 진동을 하는 이유...?!

 

세상을 둘러보면 거의 모든 것이 진동한다는 사실을 알아차리기 어렵습니다.

기타의 줄, 새의 날개, 심지어 몸을 구성하는 원자까지도 끊임없이 움직이고 있습니다.

그렇다면 물질이 진동하는 이유는 대체 무엇일까요?

 

오늘 내용은

진동 뒤에 있는 물리학과 진동이 물질, 재료들에서 어떻게 발생하는지 살펴보겠습니다.

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진동이란?

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물질이 진동하는 이유에 대해

자세히 알아보기 전에 진동이 의미하는 바를 정의해 보겠습니다.

 

물리학에서 진동은

평형점 주변의 반복적인 움직임을 의미합니다.

 

평형점은 물체에 알짜 힘이 작용하지 않고

물체가 정지해 있는 위치입니다.

 

힘이 물체를 평형점에서 벗어나게 하면 물체는

그 점을 중심으로 앞뒤로 진동합니다. 이 진동을 진동이라고 합니다.

 

 

(평형점은 물체에 작용하는 순력이 없는 정지 상태의 위치입니다.

힘이 평형점에서 물체를 이동시킬 때 물체는 그 점을 중심으로 앞뒤로 진동합니다.

이 운동을 진동이라고 합니다.)

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물질은 어떻게 진동을 하나?

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이제 진동이 무엇인지 알았으니

재료에서 진동이 어떻게 발생하는지 살펴보겠습니다.

 

이 질문에 대한 답은 재료의 내부 구조에 있습니다.

모든 물질은 화학 결합에 의해 결합된 원자로 구성됩니다.

 

이러한 결합은 스프링과 같은 역할을 하여

원자가 서로 상대적으로 움직일 수 있도록 합니다.

 

재료가 탭이나 범프와 같은 외력을 받을 때

원자는 평형 위치에서 변위됩니다.

 

이 변위는 인접한 원자가 당겨지고

원래 위치로 다시 밀려나면서 스프링과 같은 움직임의 연쇄 반응을 시작합니다.

 

이 움직임으로 인해

재료를 통과하는 에너지 파동이 발생하여 재료가 진동하게 됩니다.

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진동의 종류

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모든 진동이 동일하게 생성되는 것은 아닙니다.

진동에는 자유 진동과 강제 진동의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

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자유 진동

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자유진동은 물질이 평형점에서 벗어나 스스로 진동할 때 발생합니다.

기타 줄을 뽑은 다음 건드리지 않고 진동하도록 내버려 두는 것을 상상해 보십시오.

결과 진동은 자유 진동입니다.

 

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강제 진동

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강제 진동은 재료가 진동을 유발하는 외부 힘을 받을 때 발생합니다.

기타 줄을 뜯고 손가락으로 만지는 것을 상상해 보십시오.

손가락이 현에 닿아 발생하는 진동이 강제 진동입니다.

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진동 뒤에 숨은 과학

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진동의 과학을 이해하려면 Hooke의 법칙과 공명이라는 두 가지 핵심 개념을 살펴봐야 합니다.

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훅의 법칙

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Hooke의 법칙에 따르면

용수철을 압축하거나 늘리는 데 필요한 힘은 압축 또는 늘리는 양에 정비례합니다.

 

즉, 용수철을 늘리면 늘릴수록

원래 길이로 되돌리기 위해 더 많은 힘을 가하게 됩니다.

 

이 법칙은 재료에서 원자를 함께 유지하는 화학 결합에 적용됩니다.

외부 힘이 원자를 평형 위치에서 이동시키면

결합은 스프링처럼 작용하여 원자를 원래 위치로 되돌리는 힘을 발휘합니다.

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공명

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공명은 재료가 고유 진동수와 일치하는 외력을 받을 때 발생합니다.

모든 재료에는 진동하기를 좋아하는 고유 주파수가 있습니다.

외부 힘이 이 주파수와 일치하면 재료가 더 큰 진폭(또는 강도)으로 진동하게 됩니다.

이것이 바로 가수가 적절한 주파수로 노래함으로써 와인 잔을 깨뜨릴 수 있는 이유입니다.

가수의 목소리 주파수는 유리의 고유 주파수와 일치하여 유리가 깨질 정도로 강렬하게 진동합니다.

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결론

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결론적으로, 물질은 원자의 내부 용수철과 같은 움직임 때문에 진동합니다.

외부 힘이 평형 위치에서 원자를 옮기면 에너지 파동으로 앞뒤로 움직여 물질을 진동시킵니다.

발생하는 진동의 유형은 다음에 따라 다릅니다.

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by 에볼러브