파동과 파동이 부딪히면 어떻게 될까? Scratch로 만든 ‘중첩’ 시뮬레이터 탐험!
과학 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험의 연속이죠.
바다에서 마주치는 거대한 파도, 귀에 들려오는 기분 좋은 음악, 그리고 스마트폰 통신까지. 우리 주변은 눈에 보이는 것과 보이지 않는 수많은 파동으로 가득 차 있습니다. 만약 저쪽에서 오는 파동과 이쪽에서 오는 파동이 정면으로 충돌하면 과연 어떤 일이 벌어질까요? 사실 파동에는 물체끼리의 충돌과는 전혀 다른, 마법같이 신기한 성질이 숨어 있답니다.
오늘은 이런 파동의 신비를 시각적으로 체험할 수 있는 직접 만든 교재를 소개해 드릴게요!
출퇴근 전철 안에서 구상한 파동 합체 시뮬레이터
예전부터 꼭 만들고 싶다고 다짐했던 교재가 하나 있었습니다. 바로 파동의 중첩을 시각화하는 도구였죠. ‘스크래치(Scratch)를 활용해 어떻게 코딩해야 파동의 움직임을 리얼하게 재현할 수 있을까?’라며 매일 머리를 싸매고 고민했습니다.
그렇게 시행착오 끝에 드디어 완성된 교재가 바로 이것입니다!
https://scratch.mit.edu/projects/224259809/
YouTube에서도 실제로 작동하는 모습을 공개하고 있습니다. 우선 그 매끄러운 움직임을 감상해 보세요.
파동의 마법, 중첩의 원리란 무엇일까요?
어떠셨나요? 이 시뮬레이터에서는 화면 상단에 있는 버튼을 누르기만 하면 언제든 원하는 파동을 발생시킬 수 있습니다.
과학 시간에 배우는 중첩의 원리. 이것은 두 파동이 겹쳤을 때 그 지점의 높이가 각 파동의 높이를 합친 값만큼 된다는 법칙입니다.
예를 들어, 파동의 산과 산이 겹치면 아래 그림처럼 놀라울 정도로 큰 파동이 만들어집니다. 이것을 보강 간섭이라고 부르죠.
반대로 산과 골이 만나면 파동이 서로 상쇄되어 평평해지기도 합니다. 최근 유행하는 노이즈 캔슬링 헤드폰도 이 원리를 이용해 주변 소음과 반대 모양의 파동을 부딪쳐 소리를 지우는 것이랍니다. 과학의 힘은 정말 대단하지 않나요?
보이지 않는 파동의 속을 들여다보는 재미
또한, 이 교재의 핵심 포인트는 합성파의 내부를 투명하게 들여다볼 수 있다는 점입니다.
하나의 큰 파동처럼 보이지만 그 안에는 원래의 두 파동이 숨어 있습니다. 겹쳐진 뒤에도 파동은 형태가 흐트러지지 않고 아무 일 없었다는 듯이 스쳐 지나갑니다. 이를 파동의 독립성이라고 합니다.
이 시뮬레이터에서는 다양한 모양의 파동을 조합해 실험해 볼 수 있습니다. 학교 수업은 물론 집에서도 ‘만약 이 파동과 저 파동이 부딪치면 어떻게 될까?’라는 호기심을 갖고 퍼즐처럼 즐겨 보세요!
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