■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	풍선나팔			실험 원리	소리를 내는 원리와 진동의 관계
실험 시간	30분	실험 분야	물리	실험 방법	개별 실험
세트구성물	플라스틱 컵, 플라스틱 관, 풍선, 테이프
교사준비물				학생준비물	가위, 칼, 송곳
실험 결과	학생 1인이 각자 풍선나팔 1개를 가지고 갈 수 있습니다.
실험팁	TIP 1. 칼, 가위, 송곳을 사용할 때 다치지 않도록 주의시켜주시기 바랍니다. TIP 2. 바닥판의 고무풍선이 너무 팽팽하면 세게 불어야하고 소리가 큰 고음이 납니다. 플라스틱관을 밀 때 풍선의 맨 아랫부분의 불룩 튀어나온 곳을 미는 것 보다 그 부분을 피해서 밀어주는게 소리를 내는데 용이합니다. TIP 3. 풍선에 구멍을 뚫을 때에는 매끈하게 도려내야 풍선이 찢어지지 않습니다.

목에 손을 살짝 대고 ‘아~’ 소리를 내 봅시다. 어떤 느낌이 손에 전해오나요?

목의 미세한 떨림이 손에 느껴집니다.

1. 풍선나팔이 소리를 내는 과정을 설명해 봅시다.

구멍에 입을 대고 불면 공기가 플라스틱 컵 안으로 들어가면서 바닥판을 진동시킵니다. 이 진동이     플라스틱 관을 통해 전달되어 소리가 납니다.

2. 플라스틱관을 세게 밀어 바닥판의 고무풍선을 팽팽히 한 후 불어보고, 살짝 밀어 느슨하게 한 후 불어봅시다. 소리가 어떻게 다른가요?

바닥판이 팽팽하면 높은 소리가 나고, 바닥판이 느슨하면 낮은 소리가 납니다.

3. 소리의 특성을 결정하는 소리의 3요소는 무엇입니까?

소리의 3요소는 소리의 세기, 소리의 높낮이, 소리의 맵시입니다..

소리 [sound]

탄성체를 매질로 전파되는 파동을 가리키며 음(音) 또는 음파(音波) 라고도 한다. 좁은 뜻으로는 사람의 귀에 들리는 것을 가리킨다. 사람이 아닌 동물들도 청각기관을 갖고 있으므로 이들도 소리를 감지할 수 있으나 각각의 종에 따라 사람이 듣는 소리와 주파수 영역이 다르다.

음(音)이라고도 한다. 좁은 뜻으로는 사람의 청각기관을 자극하여 청각을 일으키는 주파수 대역을 갖는 파동을 말한다. 일반적으로 사람이 들을 수 있는 소리의 범위를 가청주파수라고 하는데 대략 진동수가 16~20,000Hz 인 영역이다. 또한 소리의 세기에 있어서도 한계가 있는데 특히 주파수가 높은 소리나 낮은 소리는 들을 수 있는 세기의 범위가 좁다.

음파는 진행방향과 진동방향이 일치하는 종파로 진행방향을 따라 매질이 밀(密)한 부분과 소(疏)한 부분이 교대로 나타나서 소밀파라고도 한다. 일반적인 파동의 경우에서와 같이 세기를 나타내는 부분과 주기를 나타내는 부분의 곱으로 이루어지며 1초당 나타나는 밀(소)한 영역의 수가 진동수가 된다.

음파의 속도는 상온의 대기에서 약 340m/s이고 온도에 비례하는 값을 가진다. 매질의 종류에 따라서도 큰 차이를 보이며 물속에서는 약 1500m/s, 철 등의 고체에서는 약 5000m/s의 값을 갖는다.

사람 이외의 동물에서 사람의 청각기관을 닮은 기구(機構)를 볼 수 있는 것은 척추동물이며, 이보다 하등동물에서는 청각기관이 반드시 머리 부분에 있지만은 않다. 예를 들면, 모기는 몸의 표면에 나 있는 섬모(纖毛)가 어떤 주파수역에서 잘 진동하며, 그 주파수역을 포함하는 음파에만 민감하게 반응한다. 또 주파수가 2만 Hz를 넘는 음파는 초음파라 하여 사람에게는 들리지 않으나 어떤 종류의 동물-박쥐, 돌고래 갈매기 등-은 이것을 감지(感知)할 수 있다고 한다.

[출처] 소리 [sound ] | 네이버 백과사전

소리의 현과 기주 진동

발음체의 진동과 거기서 나오는 소리와의 관계는 옛날부터 경험적으로 알려져 있으며, 주로 악기의 원리로 이용되어 왔다. 이 관계는 현재도 각종 진동체에 대해서 연구되고 있으며, 현악기·관악기의 발음원(發音源)인 현(弦)과 기주(氣柱)의 진동에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

현의 진동

양 끝을 고정하고 팽팽하게 친 현을 퉁기면 그 진동상태에 따른 소리가 발생한다. 즉, 현을 세게 퉁기면 소리가 크고, 약하게 퉁기면 소리가 작으나, 소리의 높이에는 변함이 없다. 일반적으로 현의 진동에 의해서 생기는 소리의 높이는 현의 길이와 질량 및 현의 장력(張力)에 의해 결정되는데, ① 현의 길이에 반비례하고 ② 장력의 제곱근에 비례하며 ③ 현의 단위 길이당 질량에 반비례한다는 것이 알려져 있다. 현악기에서 음의 높이를 조절할 때 현의 누르는 곳을 바꾸고, 고음부(高音部)의 현일수록 가는 줄을 쓰고 장력을 세게 하는 것은 이 때문이다. 또, 현에서 나오는 음의 높이를 결정하는 기본진동은 중앙에 최대진폭을 가지는데, 이 밖에 전체가 정수(整數)로 등분되어 진동하는 배진동(倍振動)이 동시에 일어나서 이것이 음의 상음을 형성하여 그 음의 음색을 결정하게 된다.

기주의 진동

관 안에 있는 공기는 기둥 모양으로 되어 있으며, 관구를 불거나 리드를 진동시키면 공기가 공명하여 진동함으로써 일정한 높이의 소리가 나온다. 이 경우 관의 바닥이 막혀 있는 경우[閉管]와 뚫려 있는 경우[開管]는 진동의 양상이 다른데, 폐관에서는 관의 바닥이 진동의 마디가 되고 관구가 진동의 배가 되지만, 개관에서는 관의 양끝이 진동의 배에 해당하고 관의 중앙이 진동의 마디가 된다. 따라서 폐관에서 발생하는 소리의 파장은 관 길이의 4배, 개관에서는 관 길이의 2배가 되고, 기음의 주파수는 폐관에서는 관 길이의 4배에 반비례하고, 개관에서는 2배에 반비례한다. 또, 이 경우도 기본진동 외에 그 정수배인 진동수의 배진동이 생겨서 각 음의 음색을 결정하는 상음이 발생한다.

[출처] 소리의 현과 기주 진동 | 네이버 백과사전

소리의 3요소

음파를 특징지어주는 소리의 세기, 높낮이, 맵시를 소리의 3요소라고 한다.

종을 세게 칠 때와 약하게 쳤을 때 각각의 경우 음파는 서로 어떻게 다른 것일까? 여성의 높은 목소리와 남성의 낮은 목소리가 명확하게 구분이 되는 이유는 도대체 무엇일까? 같은 음을 연주하고 있음에도 불구하고 피아노의 '도'와 기타의 '도'는 왜 그렇게 다른 소리처럼 느껴지는 것일까?

소리의 세기(소리의 진폭)

종소리의 크기가 서로 다를 때 이와 관련 있는 파동의 특징은 음파 진폭의 제곱 크기이다. 진폭이 크면 클수록 더 큰 소리가 나게 된다. 소리의 세기는 음파를 특징지어주는 세 요소 중 첫 번째 요소이다.

소리의 높낮이(소리의 주파수)

주파수가 클수록 여성의 목소리처럼 고음의 소리가 나게 되며 주파수가 낮을수록 남성의 목소리처럼 저음의 소리가 나게 된다. 소리의 높낮이는 음파를 특징지어주는 세 요소 중 두 번째 요소이다.

소리의 맵시(음파의 모양)

파형의 세부적인 모양의 차이가 결과적으로 같은 음을 내는 악기의 소리가 전혀 다른 느낌으로 다가오게끔 하는 것이다. 파형의 세부 모양을 의미하는 소리의 맵시는 음파를 특징지어주는 세 요소 중 마지막 요소이다.

[출처] 소리의 3요소 | 네이버 백과사전