소리 진동으로 물이 튀어오르는 것을 보여주는 공명 장치.

지난해 전자복합상가인 테크노마트가 갑자기 흔들리면서 놀란 사람들이 급히 대피하는 소동이 벌어졌습니다. 규칙적인 진동이 건물에 가해지면서 일어난 일입니다. 가벼운 돌풍에 다리가 완전히 휘어지면서 무너져 버린 미국 워싱턴주의 타코마 다리도 있습니다. 소프라노의 목소리로 컵을 깨기도 하는 놀라운 현상, 무엇이 이런 일을 가능하게 하는 것일까요?

■소리의 정체는 바로 물체의 진동

고무줄에 힘을 가해 길게 늘였다가 가해준 힘을 없애주면 본래의 모습으로 돌아갑니다. 이렇게 원래 상태로 돌아오는 성질을 탄성이라 부릅니다. 탄성을 가진 물체는 외부에서 가해지는 힘이 없어지면 자신의 평형점을 중심으로 진동합니다. 소리의 정체는 바로 줄이 진동하는 것과 같은 진동입니다. 공기가 진동하면서 나가는 현상이 바로 소리이죠. 과학자들은 소리의 크기를 구분하기 위해서 '1초에 몇 번 진동하는지'를 의미하는 진동수라는 물리량을 만들었습니다.

우리 주변에 있는 모든 물체는 고유한 진동수로 진동합니다. 사람도 신체마다 고유의 진동수가 있으며 차를 타면 심하게 멀미를 하는 사람은 뇌와 위의 진동수가 자동차 엔진의 진동수와 비슷해 일어난다고도 합니다. 또 유리잔에 대고 노래를 할 때 유리잔과 소리의 진동수가 일치하면 유리잔이 깨어지기도 합니다. 배의 고유 진동수가 파도의 진동수와 일치하면 좌초될 수 있어 화물의 적재 때도 공진을 고려합니다.

물체 고유 진동수와 외부에서 작용하는 힘의 진동수가 일치하면 진동하는 에너지가 증폭됩니다. 이러한 현상을 '공명(공진)'이라 합니다. 공명현상이 일어나는 것은 힘과 속도의 방향이 같아서 연속적으로 물체를 운동방향으로 밀어내기 때문에 진폭이 커짐을 의미합니다.

■공진으로 어떤 일이 일어날까요

①라디오 주파수 맞추기 및 TV 내부의 회로 진동수를 방송국의 전파 진동수와 일치시켜 TV 채널을 바꿀 수 있다 ②세탁 통이 도는 속도가 줄어들면서 세탁기의 고유 진동수와 일치하면 공명이 일어나 덜컹대며 흔들거립니다.

김광주·부산과학기술협의회 전임강사