냉장고가 실험실로 변한다? 스프링과 자석으로 그려보는 ‘정재파’의 신비로운 세계

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠.

라이브 공연장에서 기타리스트가 연주하는 아름다운 선율이나, 욕실에서 울려 퍼지는 기분 좋은 노랫소리. 이 모든 현상의 이면에는 눈에 보이지 않는 파동이 숨어 있습니다. 만약 그 파동이 멈춰 있는 것처럼 보이는 신비로운 세계를 여러분의 손안에서 직접 만들어낼 수 있다면 정말 설레지 않을까요? 오늘은 과학 수업 시간에도 인기가 아주 많은 정상파를 집에서, 그것도 혼자서 간단하게 관찰할 수 있는 꿀팁을 소개해 드립니다.

교구용 용수철로 그리는 파동의 예술

교육용품 업체에서 판매하는 파동 실험용 용수철을 알고 계신가요? 이 용수철을 사용하면 마치 슬로모션을 보는 것처럼 현의 진동이 만들어내는 정상파를 선명하게 재현할 수 있어, 과학교사들에게는 정말 보물 같은 아이템입니다. 보통 이 실험은 한 명이 끝을 꽉 잡고, 다른 한 명이 흔드는 이인삼조 작업이 필요합니다. 수업 중에는 학생들의 도움을 받아 시연하곤 하지만, 문득 집에서 혼자 해보고 싶을 때 같이 할 사람이 없으면 참 난감한 법이죠.

가정에서 혼자서도 즐길 수 있는 과학 레시피

실험용 용수철은 집에 없기도 하고, 혼자서 끝을 고정하는 것도 쉽지 않은 일입니다. 그래서 동료인 O 선생님께 배운, 가정에서 혼자서도 재미있게 놀 수 있는 기발한 아이디어를 공유합니다. O 선생님, 멋진 아이디어 정말 감사합니다!

준비물 및 방법

준비물: 용수철(대형 문구점이나 철물점에서 구입 가능), 클립형 자석

주변에 마땅한 용수철이 없다면, 철물점 등에서 쉽게 구할 수 있는 화물 고정용 고무줄로도 대신할 수 있습니다.

순서:

① 용수철 끝에 클립형 자석을 끼웁니다.

② 클립형 자석을 냉장고나 자석 칠판 등에 붙입니다.

이 자석으로 고정한다는 것이 이번 실험의 핵심 포인트입니다! 섬세한 용수철을 망가뜨리지 않으면서도 강력하게, 그리고 장소를 가리지 않고 고정할 수 있죠. 그야말로 콜럼버스의 달걀 같은 획기적인 생각 아닌가요?

③ 반대쪽 끝을 직접 잡고 리드미컬하게 흔들어 봅니다.

흔드는 속도에 따라 모양이 변한다! 놀라운 정상파

실제로 흔들어 보면 눈앞에 아름다운 정상파가 모습을 드러냅니다. 정상파란 앞으로 나아가는 파동과 벽에 부딪혀 되돌아오는 파동이 서로 겹쳐지면서, 제자리에서 멈춰 진동하는 것처럼 보이는 신비한 파동을 말합니다. 천천히 흔들면 하나의 커다란 배 모양이 생기는 기본 진동이 나타납니다. 조금 더 빨리 흔들면 가운데에 움직이지 않는 점(마디)이 생기는 2배 진동, 더 빨리 흔들면 3배 진동으로 이어집니다.

기본 진동

2배 진동

내 손의 진동수(흔드는 속도)를 바꾸는 것만으로 파동의 패턴이 계속해서 변화하는 모습은 마치 악기를 연주하는 것 같은 기분을 느끼게 해준답니다!

작은 아이디어 하나로 물리학이 훨씬 더 가깝게 느껴지지 않나요? 거창한 장치가 없어도 주변 물건을 활용해 자연의 법칙을 직접 경험하는 것, 그것이 바로 과학의 진정한 묘미라고 생각합니다. 아, 그리고 이 용수철을 계단에서 떨어뜨려 보면 정말 재미있게 움직인다는 사실을 아이들에게서 배웠는데요. 실제로 촬영해 본 영상이 여기 있습니다.

여러분은 파동을 이용한 또 다른 재미있는 실험을 알고 계신가요? 혹시 멋진 아이디어가 있다면 꼭 공유해 주세요!

문의 및 의뢰 안내

과학의 신비함과 즐거움을 더욱 가깝게! 집에서 할 수 있는 즐거운 과학 실험과 그 노하우를 알기 쉽게 정리하고 있습니다. 블로그에서 다양한 내용을 검색해 보세요! ・과학 요점 노트가 책으로 발간되었습니다. 자세한 내용은 여기 ・운영자 쿠와코 켄에 대해서는 여기 ・각종 의뢰(집필, 강연, 실험 교실, TV 자문 및 출연 등)는 여기 ・최신 소식은 X(구 트위터)에서 확인하세요!

과학의 소재 채널에서 실험 영상을 확인하세요!