빛과 소리

선생님이 교과서에서 뽑은 빛과 소리 ㅣ 과학나라 논술세상 19
이상호 지음, 일러매니아 그림 / 지경사 / 2007년 5월

나는 오늘 '선생님이 교과서에서 뽑은 빛과 소리'를 봤다.

여기서는 빛과 소리를 설명해준다.

하지만 나는 빛보다는 소리에 더 관심이 있어서 소리에 대해 더욱 자세히 보았다.

그래서 나는 소리에 대해 말해보겠다.

소리의 속도

    먼 곳에서 망치질을 하는 사람을 지켜 보면 얼마 후에야 소리가 들리는 것을 알 수 있다.

또 번개가 치고 한참 후에 천둥 소리가 들리는 것도 흔히 경험할 수 있다.

이와 같은 경험을 통해 우리는 소리가 빛보다 느리게 이동한다는 사실을 추측할 수 있다.

소리의 속도를 '음속'이라고 하는데, 빛의 속도와는 비교도 되지 않지만 그래도 제법 빠르다.

  소리의 속도는 바람, 온도, 습도 등 주위의 조건에 따라 달라진다.

하지만 소리의 크기(진폭)나 높낮이(진동수)는 속도와는 아무 상과이 없다.

큰 소리든 작은 소리든, 높은 소리든 낮은 소리든 소리가 전달되는 속도는 일정하다는 얘기이다.

  온도가 0도인 건조한 공기에서 소리는 1초에 330m를 간다.

온도가 20도일때는 340m를 간다.

즉, 온도가 따뜻해지면 소리의 속도는 더 빨라진다.

  음속은 전투기의 속도를 나타내는 기준으로도 사용된다.

여객기는 음속을 따라오지 못하지만 오늘날의 제트 전투기들은 워낙 속도가 빨라서 음속의 몇 배로도 날 수가 있다.

'마하 1'은 음속의 1배, '마하 2.5'는 음소의 2.5배라는 뜻입니다.

최근의 전투기들은 보통 마하 2 이상 되는 속도를 가지고 있다.

초음속 전투기의 충격파

  초음속 전투기는 소리보다 더 빠르게 날아가면서 충격파를 만든다.

충격파는 비행기에 의해 만들어진 파가 모두 한 곳에 압축되어 나타나는 것인데, 이 대는 공기의 압력과 밀도가 갑자기 커진다.

영활르 보면 항공 모함 바로 옆으로 전투기가 빠르게 비행하는 장면이 나오는데, 이 때 강한 충격과 진도, 큰 폭발음이 나면서 관제탑에서 커피를 마시던 사람들이 커피를 솓으며 깜짝 놀라는 장면을 볼 수 있다.

만약 초음속 전투기가 이렇게 땅근처를 난다면 지상에 사는 사람들에게 많은 피해르 줄 것이다.

그렇다면 이 충격파는 왜 생기는 것일까?

  바다에 가면 파도가 친다.

모래밭 바로 앞에선느 파도가 뒤집어지고 부서져서 옷을 입은 사람들은 파도를 피하느라 난리지만 조금 앞쪽을 쳐다보면 멀리에서부터 파도가 한 겹, 두 겹 차례로 다가오는 것이 보일 것이다.

이 파도가 모두 하나로 합쳐진다면 어떻게 될까?

어마어마하게 커지것이다.

  전투기는 하늘을 나는 동안 계속해서 이런 소리의 파도를 만들고 있다.

이 소리의 파도는 차례차례 공기 속을 진행하면서 우리에게 전달된다.

그런데 전투기가 워낙 빠르다 보니 이 소리의 파도가 미쳐 앞으로 나아가지 못한 채 계속 합쳐지고 압축되어서 강력한 파도가 되는 것이다.

  충격파가 생기면 그 안쪽의 압력이 낮아져서 수증기가 물방울로 변한다.

  그런데 압력이 낮아지면 왜 수증기가 물방울로 변할까?

물로켓을 쏘아 본 어린이들은 물로켓 발사 후에 발사대에서 흰 연기 같은 것이 나오는 것을 보았을 것이다.

이것도 강하게 압축되었던 공기가 압력이 낮아지면서 수증기가 물방울로 변하여 생긴 것이다.

충격파에 의해 구름이 생기는 원리와 같다.