도레미파솔라시도~ 소리가 보인다?

“엄마, 엄마. 옆집 형이 소리를 볼 수 있다는데 형이 거짓말 하는 거죠? 소리는 못 보는 거죠?”
“음··· 아닌데. 소리도 볼 수 있는데”
“소리는 귀로 듣는 건데 어떻게 눈으로 봐요?”
“현민아! 우리 눈으로 소리를 직접 볼 수는 없지만 주위 물건들을 조금만 응용한다면 소리를 볼 수 있을 뿐만 아니라 만질 수도 있단다”

“정말? 어떻게 소리를 볼 수도 있고 만질 수도 있어? 빨리 보여줘 엄마”
“호호. 그래 그래 알았어. 어디 보자, 여기 종이컵이 있네? 현민아, 종이컵을 입에 대고 아~ 하고 소리를 내보렴”

“아~~~”
“어때? 종이컵이 좀 이상하지 않아?”
“응 엄마, 종이컵이 작게 바르르~ 울려”

“그렇지? 그럼 소리를 좀 더 크게 내볼래?”
“아~~~~~”
“이번에는 어때?”
“조금 전보다 더 세게 울리는 것 같아.”

“그래 현민아, 소리는 현민이처럼 아주 개구쟁이여서 잠시도 가만히 있지를 못해요. 그래서 아~ 하고 소리를 내면 사방으로 도망치듯 소리가 퍼지는데 이때 앞에 있는 공기 친구들을 밀었다 당겼다 하면서 퍼진단다. 그렇기 때문에 종이컵에 입을 대고 소리를 내면 종이컵이 울리는 거란다.”
(소리의 파동은 소리가 울려퍼지는 방향으로 매질이 압축하고 이완하면서 퍼지기 때문에 종파라고 한다. 하지만 파도나 열 같은 경우는 매질이 파동의 진행방향과 수직으로 진동하기 때문에 횡파라고 한다.)

“아~그렇구나!”
“그럼 이번에는 좀 더 재미있는 실험을 해 볼까?”
“어떤 실험을 해 볼 건데?”
“소리의 음높이에 따라 소리를 잡아 낼 수 있는 기구를 만들어 보자!”
“와~ 정말 재미있겠다! 엄마~ 빨리 만들어 주세요”
“그래. 그럼 우리 같이 만들어 볼까?”

현민이와 현민이 엄마가 소리 잡는 기구를 만드는 방법
준비물 : 종이컵 1개, 빨대 1개 (야쿠르트 마시는 빨대), 플라스틱 빗자루 솔 여러 가닥 또는 가느다란 플라스틱 막대, 바늘, 글루건 또는 본드

만드는 방법 :
1. 빨대를 자에 맞춘 후, 적당한 길이(밑에서 2~3cm)에서부터 바늘을 이용해 0.5cm 간격으로 5~6개 정도의 구멍을 낸다.
이때 구멍의 방향이 서로 일치하도록 주의한다.

2. 플라스틱 빗자루에서 뽑은 빗자루 솔을 한 쪽 구멍에 넣고 반대편 구멍으로 빼낸 후, 솔의 중간부분이 빨대 중앙에 올 수 있도록 길이를 조절한다.
(이때 플라스틱 솔을 빨대 구멍에 끼워도 좋고 순간접착제로 붙여도 상관없다. 다만 적당한 간격으로 가지런히 붙이는 것이 중요하다.)

3. 5~6개의 솔을 다 넣어 안테나 모형처럼 만든 다음, 제일 위에 있는 솔부터 적당한 길이로 양쪽 끝을 잘라내어 아래로 갈수록 길어지도록 만든다. 전체적인 모양이 위로 갈수록 짧고, 아래로 갈수록 길어지는 사다리꼴이 되도록 만든다.
이 때 각 솔의 길이는 적당하게 맞추면 된다.

4. 이렇게 만든 안테나를 종이컵 뒷면의 중앙에 글루건으로 붙인다.
(글루건이 없을 경우 본드로 붙인다. 이때 글루건을 너무 많이 쏘면 진동이 잘 전달되지 않기 때문에 적당한 양을 쓴다.)

5. 글루건이 마를 때까지 약 5분 정도 기다리면 멋진 소리 잡는 기구 완성!!

실험은 이렇게!!

완성된 기구를 손으로 감싼 뒤 종이컵 입구에 입을 대고 도~레~미~파~솔~라~시~도~ 음을 바꿔가며 소리를 내 본다.
그러면 각 음에 맞는 플라스틱 솔이 공명을 내며 진동하게 된다.

“와~ 신기하다 엄마 내가 만든 것 좀 봐. 내가 ‘미~’ 하면 첫번째 솔이 바르르 떨리고 그 다음 두번째 솔은 ‘솔’할 때 바르르 하고 떨려”
“어때 현민아, 소리를 정말 눈으로 볼 수 있지?”
“응. 그런데 어떻게 소리를 볼 수 있는 거야?”
“이 소리 잡는 기구의 원리는 소리의 공명을 이용한 것이란다”

“공명이요? 공명이 뭐에요?”
“공명을 설명하기 전에, 모든 물체는 진동을 하면서 소리를 내는데 물체가 가진 고유 진동수에 따라 소리가 달라지게 된단다.”

“고유 진동수요?”
“응. 고유 진동수는 그 물체만이 가지고 있는 진동수를 말하는데 물체에 따라 여러 개의 고유 진동수를 가질 수도 있단다.”
“그런데 이 진동수와 공명이 무슨 상관이 있어요?”

“응. 설명해 줄게. 소리는 물체가 진동하면서 나는 것이고 그 물체는 고유 진동수를 가지고 있다고 했지? 그리고 소리는 공기라는 매질을 앞뒤로 밀면서 전파되고 말야.

공명이란 어떤 물체의 고유 진동수와 똑같은 진동수를 갖는 소리를 내면 그 물체를 직접적으로 울리지 않더라도 그 물체가 진동하는 것을 말한단다. 즉, 학교에 현민이와 똑같은 이름을 가진 친구가 있다면, 선생님이 ‘현민아~!’하고 부를 때 너와 그 친구가 동시에 ‘예~’하고 대답하듯이 공명이라는 것은 그 물체가 가지고 있는 고유 진동수와 동일한 진동을 울려주게 되면 그 물체도 같이 진동하는 것을 말하는 거야”

“아~. 그러니까 공명은 같은 친구들끼리 반응을 보인다라는 것이구나?”
“그렇지. 이 기구도 역시 똑같단다. 현민이 네가 ‘미~’ 하면 이 플라스틱 솔 중에서 ‘미’음과 유사한 고유 진동수를 갖는 솔이 반응해 울리게 되는 것이지. 이제 알겠지?”
“아~ 그렇구나. 와 정말 신기하다. 그럼 엄마! 솔의 길이나 그 형태를 다르게 하면 또 다른 소리를 잡아낼 수 있겠네요”

“그렇지. 지금은 솔의 중심이 빨대 중심에 오도록 만들었지만 서로 다른 길이가 되도록 만들거나, 솔의 길이를 다양하게 한다면 한쪽은 떨고 한쪽은 떨지 않을 수도 있겠지?”
“그렇구나. 다시 한번 만들어 봐야지”

소리에 대한 실험은 구하기 힘든 도구나 무엇을 사지 않아도 집에 있는 여러가지 물건으로 쉽게 실험을 할 수 있습니다.(위 실험도구의 경우 약 10분 정도면 만드실 수 있습니다.) 집에서 아이들과 같이 만들어 보면서 설명을 해 주시면 아이들이 좀 더 쉽게 과학에 관심을 가질 수 있으리라 생각합니다.

만들어 보시고 각각 어떤 음일 때 진동을 하는지 의견글로 서로 나눠보는 시간도 좋을 듯 합니다.