폰으로 재는 물결의 빠르기 (쟁반 물결 영상)

Phone: measure ripple speed in a water tray (video)

쟁반 위 물결은 1 초에 얼마나 갈까요 — 폰 동영상으로 잴 수 있을까요?

무슨 일이 일어났나

물결의 빠르기(파속)는 마루 사이 거리(파장)를 마루가 잇달아 지나는 시간(주기)으로 나눈 값이라, 폰 동영상에서 파장과 주기만 재면 빠르기를 셀 수 있습니다(한국해양과학기술원).

시뮬레이터의 깊은 쪽은 진동수 3 Hz · 파장 4 cm 라 빠르기가 3 × 0.04 = 0.12 m/s 이고, 얕은 쪽(빠르기 비 0.5)에서는 엔진이 잰 마루 간격이 2.0 cm 로 줄어 0.06 m/s 로 느려집니다.

NOAA 는 얕은 물의 물결 빠르기를 중력 가속도와 물 깊이를 곱한 값의 제곱근(√(g·d))으로 셈하며, 물이 깊을수록 물결이 빠르다고 설명합니다.

이 식에 표준 중력 가속도 9.80665 m/s² 와 물 깊이 1 cm 를 넣으면 약 0.31 m/s 가 나오지만, 파장이 물 깊이보다 훨씬 길 때 맞는 식이라 쟁반의 짧은 물결은 이와 다르게 잴 수 있습니다.

💡 생활 속 예시

  • 해수욕장에서 보면 먼바다의 너울은 성기게 오다가, 모래사장 가까운 얕은 곳에서 마루 사이가 좁아지며 줄지어 밀려옵니다.
  • 얕은 접시에 물을 붓고 젓가락 끝으로 톡 건드리면, 깊은 대접에서보다 물결이 눈에 띄게 느릿느릿 퍼집니다.

🧪 해 보기

  1. 어른과 함께 넓은 쟁반이나 오븐 팬에 물을 1 cm 쯤 붓고, 쟁반 가장자리에 자를 테이프로 붙입니다.
  2. 폰을 책 더미 위에 기대 세워 쟁반과 자가 함께 보이게 하고, 카메라 앱으로 동영상 찍기를 시작합니다.
  3. 연필 끝으로 쟁반 한쪽 물을 1 초에 두세 번 일정한 박자로 톡톡 칩니다.
  4. 동영상을 한 장면씩 넘기며 마루 하나가 자의 10 cm 를 지나는 데 걸린 시간을 재고, 거리 ÷ 시간으로 빠르기를 셉니다.
  5. 물을 2 cm 로 늘려 다시 재 보고, 이 쪽 시뮬레이터의 «얕은 곳 빠르기 비» 끌개와 견주어 봅니다.
  • ⚠️ 물 쟁반은 바닥이나 낮은 식탁 위에 두고, 폰은 쟁반 밖 책 더미 위에 세워 물에 빠지지 않게 합니다.
  • ⚠️ 충전 중인 기기나 전기 콘센트 가까이에서는 물 쟁반 실험을 하지 않습니다.
  • ⚠️ 동영상은 폰의 카메라 앱에만 남고 이 쪽은 영상을 받지 않습니다 — 다 쓰면 갤러리에서 지웁니다.

누가 왜 찾았나

얕은 물의 물결 빠르기 식 √(g·d) 는 쟁반 장난감 실험에만 쓰이는 식이 아닙니다. NOAA 국립기상청은 지진 해일(쓰나미)이 바다를 건너는 빠르기를 이 식으로 설명하며, 물이 깊을수록 해일이 빨리 움직인다고 적습니다. 쟁반 물결과 대양의 해일이 같은 식을 따르는 셈입니다.

확인된 값

물결 빠르기(파속) = 파장 ÷ 주기
v = λ / T 출처
파장 = 마루에서 다음 마루(또는 골에서 다음 골)까지의 거리
crest-to-crest 출처
주기 = 마루가 잇달아 한 점을 지나는 데 걸리는 시간
crest-to-crest time 출처
얕은 물의 물결 빠르기 = √(중력 가속도 × 물 깊이)
v = √(g·d) 출처
물이 깊을수록 물결이 빠르다
deeper → faster 출처
표준 중력 가속도 (√(g·d) 계산에 넣는 g)
9.80665 m/s² 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 빛과 파동 [9과10-04]
  • 잉글랜드 · KS4 Physics: Wave motion
  • 호주 v9 · AC9S9U04

출처

이어서 보기

같은 단원 · 파동의 기초

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