종파
다른 표기 언어 longitudinal wave , 縱波 동의어 세로파
요약
파동이 진행하는 방향과 매질의 진동 방향이 같은 파동을 종파라 한다. 종파와 반대되는 개념은 ‘횡파’로 횡파는 진동방향과 진행방향이 90°이룬다.
종파의 모든 입자들은 시간의 흐름에 따라 반응주기를 이루며 이 운동은 진행 방향에서 빽빽한 부분과 성긴 부분이 번갈아 나타난다. 여기서 매질이란 파동을 매개하는 물질이다. 예를 들어 음파의 경우에는 공기가 매질이 된다.
음파나 지진파의 P(primary)파, 초음파도 종파이다. 지진파의 P파는 기체 액체 고체를 모두 통과하는 특성을 갖는다. 반면 다른 지진파인 S파는 횡파이기 때문에 액체나 기체를 통과할 수 없다.
용수철의 한쪽 끝을 압축했다가 놓으면 길이 방향의 압축 및 신축 진동이 생기는데, 이때 용수철의 한 점은 파동에 따라 움직였다가 동일한 경로를 통해 돌아와서 중간위치를 거쳐 반대로 같은 운동을 하게 된다. 공기 중에서 소리의 움직임도 음파의 진행방향에 따라 기체분자들이 앞뒤로 진동함으로써 소밀(疎密)의 과정을 거친다. 지진파의 P(primary)파도 종파이다.
종파에서 각각의 매질 입자는 자신의 정지위치에서 파의 진행축을 따라 진동하게 되며, 파동에 참여하는 모든 입자들은 진동위상의 점진적 변화를 제외하고는 같은 방식으로 행동한다. 즉 각각의 입자는 시간의 흐름에 따라 반응주기를 완성하게 된다. 이 결합된 운동은 결과적으로 진행 방향에서 밀한 영역과 소한 영역이 번갈아 나타난다.
위의 그림에서 질량이 작은 A, B, C 등의 입자는 관성과 탄성을 함께 지닌 전달매질인 용수철에 의해 연결되어 있다. 입자 B가 관성을 가지고 있으므로 A의 왼쪽으로의 운동(화살표2)은 옆에 붙어 있는 용수철을 늘이며 오른쪽으로의 운동(화살표1)은 이를 압축시킨다. 이러한 상호운동은 용수철을 통해 B에 전달되지만 이에는 약간의 위상 지연이 있다.
입자 B는 그 운동을 옆에 있는 C에 전달하며 이러한 식으로 처음 충격이 A로부터 K까지 이동하며 위상 지연은 점점 커진다. 위에 보인 순간에서는 A와 J의 위상이 360° 차이가 난다. 즉 A가 2번째 진동을 시작할 때 J에는 첫번째 진동이 도달한다. 그림의 아래쪽은 이 종파를 횡파의 형태로 나타낸 것이다. 여기에서 a, b, c 등으로 표시된 정지 위치에서 입자가 평형으로부터 벗어나 움직인 거리(진폭)에 비례해서 수직선이 그려진다. 움직인 방향이 왼쪽이면 선은 위로 올라가고 오른쪽이면 아래로 내려간다. 이렇게 해서 그려진 끝점을 부드러운 곡선으로 이은 것이 횡파의 형태로 그어진 선이다. 이러한 횡선은 ae와 ej에서 나타난 바와 같이 반 주기당 소밀의 과정을 1번씩 거치게 되며 aj는 한 주기이다. 이때 진동수는 한 입자가 매초당 완전한 주기를 거친 수를 나타낸다.