파동이 나르는 에너지 (진폭과 에너지)
Energy carried by waves
바다의 파도는 물을 싣고 오는 걸까요, 아니면 다른 무엇을 싣고 오는 걸까요?
무슨 일이 일어났나
파도(파동)는 물을 멀리 실어 나르지 않고, 출렁임의 에너지를 이웃한 물에 넘겨주며 나아갑니다(NOAA).
물결이 나르는 에너지는 높이에 그냥 비례하지 않고 높이의 제곱에 비례해서, 높이가 2 배면 에너지는 4 배가 됩니다(한국해양과학기술원).
점 하나에서 퍼지는 물결은 원 둘레가 길어질수록 에너지가 얇게 나뉘어, 엔진의 정상 상태 계산에서 거리가 4 배(5 cm → 20 cm)면 높이가 정확히 절반(4.47 → 2.24)이 됩니다.
높이가 절반이면 에너지는 1/4 이고 원 둘레는 4 배이므로, 둘레 전체에 담긴 에너지는 그대로입니다 — 에너지가 사라진 것이 아니라 넓게 퍼진 것입니다.
바다에서는 바람이 물결 마루보다 빨리 불어야 바람의 에너지가 물결로 옮겨 가 파도가 자랍니다(NOAA).
📸 진짜 모습
불러오는 중…📸 사진2016 년 2 월 13 일 미국 캘리포니아 산타크루즈 서쪽 절벽에 큰 파도가 부딪혀 부서지는 모습입니다.
출처: USGS / Coastal and Marine Hazards and Resources Program · 퍼블릭 도메인 · USGS 원본 ↗
💡 생활 속 예시
- 태풍이 멀리 지나간 다음 날 바닷가에 가 보면, 바람은 잦아들었는데도 큰 너울이 해안까지 밀려와 하얗게 부서집니다.
- 욕조 가운데에 물방울을 톡 떨어뜨리면 처음 동그라미는 또렷하지만, 욕조 벽에 닿을 즈음엔 물결이 거의 보이지 않을 만큼 낮아집니다.
🙅 오해 깨기오해 모음 보기
누가 왜 찾았나
바다의 파도 에너지는 대부분 바람에서 옵니다. NOAA 국립기상청의 해양 교재는 바람이 물결 마루보다 빠르게 불어야 에너지가 물결로 옮겨 간다고 설명하고, 시속 약 53 km(30 노트)의 바람이 24 시간 동안 340 마일(약 550 km)의 바다 위를 불면 유의 파고가 약 5 m 가 된다는 예를 듭니다. 파도 높이를 재는 일은 바다가 바람에게서 받은 에너지를 가늠하는 일이기도 합니다.
확인된 값
- 파랑의 단위 면적당 에너지는 파고(물결 높이)의 제곱에 비례 — 높이가 2 배면 에너지 4 배
- E ∝ H² 출처
- 파고 = 골(파곡)에서 마루(파봉)까지의 연직 거리
- trough-to-crest 출처
- 얕은 바다에서는 파속 · 파장이 줄어 단위 면적당 파랑 에너지가 커지고 파고도 높아진다
- shallow → E per area ↑ 출처
- 파도는 물이 아니라 에너지를 실어 나른다
- energy, not water 출처
- 바람이 물결 마루보다 빨라야 에너지가 물결로 옮겨 간다
- wind speed > crest speed 출처
- 53 km/h(30 노트) 바람이 24 시간 동안 340 마일 바다 위를 불 때 유의 파고 약 5 m (17 ft)
- 5 m 출처
교육과정에서는
- 잉글랜드 · KS3 Physics: Energy and waves
- 호주 v9 · AC9S9U04
출처
이어서 보기
같은 단원 · 파동의 기초
- 개념충격파와 체렌코프 빛
- 개념파동의 중첩과 정상파
- 개념가로 물결과 세로 물결 (횡파와 종파)
- 개념얕은 물에서 휘는 물결 (파동의 굴절)
- 개념물결끼리 더하고 지우기 (파동의 간섭)
- 개념파동의 반사 (고정단 · 자유단 반사)
- 개념파동의 속력 (속력 = 진동수 × 파장)
- 개념파동의 생김새 (파장 · 진동수 · 진폭)
- 개념파동과 매질
- 왜? 질문배가 지나가면 왜 V자 물결이 생길까?
- 왜? 질문줄을 더 빨리 흔들면 왜 물결 간격이 좁아질까?
- 왜? 질문파도가 지나가도 물에 뜬 공은 왜 제자리에서 오르내릴까?
- 왜? 질문두 물결이 부딪치면 왜 부서지지 않고 서로 지나갈까?
- 왜? 질문연못에 돌을 던지면 물결은 왜 동그랗게 퍼질까?
- 왜? 질문벽에 묶은 줄을 튕기면 왜 물결이 뒤집혀 돌아올까?
- 왜? 질문비행기가 소리보다 빨리 날면 왜 쾅 하는 소리가 날까?
- 왜? 질문파도 높이가 두 배가 되면 에너지는 왜 네 배가 될까?
- 왜? 질문두 곳에서 물결을 일으키면 왜 잔잔한 줄이 생길까?
- 왜? 질문파도는 왜 해변과 나란하게 밀려올까?
- 작동 원리방파제
- 작동 원리저소음 초음속기 (X-59)
- 실험줄넘기 줄로 만드는 정상파 실험
- 실험슬링키로 보는 횡파와 종파 실험
- 실험마흐의 초음속 충격파 사진 실험