소리렌즈 - 파동의 굴절
소리도 파동이기 때문에 밀한 매질을 만나면 속력차이에 의해서 굴절이 일어난다. 그래서 풍선안에 이산화탄소를 채워 넣으면 볼록렌즈와 같은 효과를 볼 수 있다.
예전에 탐구자료로 만들었던 건데 파동을 설명하기 위해 이곳에 다시 올려 놓는다.
활동준비
1. 준 비 물 : 드라이아이스, 고무풍선, 은박풍선, 스피커, 컵
2. 구입방법 : 과학교구사
3. 소요경비 : 드라이아이스 20Kg (30000원),
탐구과정
1. 풍선안에 드라이아이스 조각을 넣고 끝을 잘 묶는다.
2. 드라이아이스가 승화하여 이산화탄소가 발생하면 풍선안에 이산화탄소 기체가 채워지며 부풀어 오른다
3. 풍선의 중심으로부터 60-70cm 정도 되는 곳에 스피커를 설치한다.
4. 스피커가 설치된 풍선의 반대쪽으로가서 풍선중심으로부터 15-30cm 정도 떨어진 곳에 소리가 모아져서 크게 들리는 곳이 어딘지를 귀를 가까이했다 멀리했다 하며 찾아본다. (풍선에 귀를 직접 대는 것이 아님)
5. 소리가 크게 들리는 곳을 찾으면 풍선을 치우고 소리를 들어본다.
6. 풍선이 있을때와 없을때의 소리의 크기를 비교해 본다.
7. 스피커의 위치를 풍선에 가까이하면 귀의 위치를 바꾸어 가며 소리를 들어본다.
유의점
1. 드라이 아이스를 만질때 동상위험이 있으므로 반드시 장갑을 끼고 만진다.
2. 이산화탄소 가스는 풍선 표면을 통해서 금방 새어나간다. 그렇기 때문에 미리 풍선에 이산화탄소를 채워 놓으면 실험이 제대로 되지 않을 수 있다.
3. 풍선 크기에 따라 소리가 모아지는 위치가 달라질 수 있다.
과학적 원리
이산화탄소기체의 무게는 공기의 무게보다 더 무겁다. 그래서 소리는 공기를 지날 때 보다 이산화탄소를 지날 때 소리의 속도가 느려진다. 이런 속도차이는 빛이 유리렌즈를 지날 때 처럼 파동의 굴절을 일으키게 한다.
굴절은 파동이 서로 다른매질의 경계면을 지날 때 속도차이로 일어나게 된다.
소리가 이산화탄소가 들어있는 풍선을 통과할 때 빛이 볼록렌즈를 통과할때와 같이 굴절해서 모이게 되고, 그 모이는 초점에 우리의 귀를 대면 소리가 잘 들리게 되는 것이다.
참고자료 및 사이트
- The Exploratorium Science Snackbook