파면(Wave front) 알아보기

물리학에서

파동은 빠질수가 없고

 

파동을 공부하다 보면

파면이라는 단어를

심심치 않게 볼수 있다.

 

파면이 뭘까?

 

지금부터 알아보자.

 

 

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목차

1. 파면의 정의

2. 파면의 모양(파동의 종류)

 - plane wave

 - spherical wave

 - paraxial wave

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1. 파면의 정의

파면은 동일한 위상을 연결한 선이며,

파동의 진행방향은 항상 파면에 수직한 방향이 된다.

 

 

 

잔잔한,

아니 가만히 있는 호수에
돌을 던졌다고 생각해보자.

 

파동의 정지된 모습을 위에서 본 모습(좌), 측면에서 본 모습(우)

돌맹이를 중심으로 물결이 요동치며

어느 순간(정지된 순간) 가장 높은 지점을 서로 이으면

오른쪽 그림과 같은 형태가 된다.

 

이때 가장 높은 지점의 모임

혹은, 동일한 위상을 가지는 점들의 모임

'파면'이라고 한다.

(꼭 가장 높은 지점일 필요는 없지만,

가장 높은 지점이 동일 위상을 찾는데에 편하다.)

 

지금 예의 경우 파면이 '선'으로 나타나지만

평면파의 경우 파면은 '면'으로 나타난다.

 

이 부분은 아래쪽에서 다시 다루어보겠다.

 

 

다시 정리하면,

어떤 매개체를 통해 힘이 전달될 때(파동)

입자는 상하 혹은 좌우로 진동 운동하며

이때 동일한 위상을

(sin파의 경우 주기마다 같은 위상 값을 갖는다.)

연결한 점들의 모임을

'파면'이라고 한다.

 

 

 

2. 파면의 모양(파동의 종류)

파면의 모양에 따라

평면파(Plane wave), 구면파(Sperical wave),

타원형파(Paraxial wave)로

구분 할 수 있다.

 

 - 평면파(Plane wave)

평면파는 말그대로 파면의 모양이 평면이다.

 

 

구면파가 먼 거리를 진행한 후에 일정부분마다

근사적으로 평면파로 간주할 수 있다.

 

참고로, 평면파는 횡파이다. 

따라서, 평면파는 진행방향으로

전계, 자계 성분이 없으며

진행방향에 수직으로 전계 및 자계 성분을 갖는다.

 

 

 - 구형파(Spherical wave)

구형파는 말 그대로

단일 파원을 중심으로

파면이 구의 형태로 나타나는 파이다.

 

 

 - 타원형파(Paraxial wave)

넣긴 했는데,

사실 뭐 구형파도 아니고

평면파도 아닌

그냥 딱히 구분하기 힘든 파이다.