음파는 어떻게 빛이 없는 곳에도 전달되는가? (굴절과 회절)
우리는 빛이 그 무엇보다 빠르다고 배웠고 그래서 강력한 에너지를 가지고 있다는 의미를 그끼고 있다. 따라서 빛이 도달하는 곳에는 뜨거운 에너지가 있었다. 그런데 소리가 도달하는 곳은 꼭 그렇지 만은 않았다. 어두운 곳에서도 소리는 들렸다. 막혀있어도 들렸다.
눈에 보이지 않는 곳에도 소리와 빛이 전달된다면, 장애물을 통과했거나, 다른 평면에 2차 반사된 것으로 볼 수 있다고 하자. 그런데 만약 그런 것이 없는 그 뒷면 구석에도 소리를 들을 수 있다면 도대체 이를 어떻게 설명할 수 있을까?
Huygens–Fresnel principle(호이겐스의 원리)
파동(Wave)은 빛, 음, 표면파, 지진, 진동 등의 형태로 나타나며, 반사와 굴절, 회절의 특징을 갖는다. 빛은 매질의 진동방향과 파의 전파방향이 다른 횡파이나, 음은 파의 전파방향으로 소밀(밀도가 낮은, 밀도가 높은 매질)의 파동을 갖는 종파이다. 음의 진행방향을 음선(Sound ray)라 지칭하면, 그 수직인 면을 ‘파면’(파동이 전파되어 나갈 때 위상이 같은 점을 모두 이어서 얻어진 면)이라 한다.
막힌, 좁은, 어두운 그 곳에서 소리가 들릴 수 있는 원리는 호이겐스의 원리로 설명한다. “어느 파면상의 각 점은 다음 파면의 점파원이 되어 구면파가 발생한다. 이들 점파원이 만드는 구면파의 모두에 접하는 포락면이 다음의 파면이 된다.” 호이겐스의 원리를 사용하면 파동의 반사, 굴절, 간섭, 회절현상을 설명할 수 있다.
