활 모양의 파
그림은 물을 거슬러 올라가는 두 보트를 위에서 내려다 본 것이다. 보트에 의해 생기는 활모양의 파로부터 알 수 있는 것은?
a) 두 배는 수면파의 속력보다 더 빨리 움직이고 보트 I가 보트 II보다 더 빨리 움직인다.
b) 보트 I은 보트 II보다 더 빨리 움직이지만, 수면파의 속력보다 반드시 더 빠르지는 않다.
c) 이 중 어느 것도 아니다.
해 답 : 활모양의 파
답은 a)다. 바로 앞 문제에서 물벌레가 자신이 만드는 파동보다 더 빨리 움직였다면 결과적모양은 조밀한 파동 대신 파동이 겨쳐서 형성된 V자형의 활모양 파로 나타났을 것이다. 보트에 대해서도 상황은 똑같다. 보트가 파동보다 더 느리게 움직인다면 중첩이 일어나지 않을 것이다(그림 a).
만약 배가 수면파와 같은 속력으로 움직인다면 단지 배의 고물에서만 파의 중첩이 일어날 것이다(그림 b). 배가 수면파보다 더 빨리 움직일 때에만 잘 알려진 V자형의 활모양 파를 발생시키는 파의 중첩이 일어날 것이다(그림 c, d). X표시가 잇는 곳이 파의 중첩이 일어나는 곳이다.
그림에는 단지 세 쌍의 X표시가 있지만 실제로는 훨씬 더 많이 일어난다. 보트에 의해 생기는 잘 알려진 활모양의 파는 실제는 많은 원형파의 중첩이다. 보트가 빠를수록 V 자는 더 좁아진다.
공기중에서 수면에서의 활모양의 파에 해당하는 것이 충격파다. 수면을 가로 질러 중첩되는 파가 V자형을 형성하는 것과 마찬가지로 음속보다 빠른 비행기에 의해 고기중에 만들어진 구형 음파는 중첩되어 원추 모양을 형성하게 된다.
수면에서 활모양의 파가 퍼져 나가는 것과 같이 압축된 공기의 원추 껍질이 초음파 비행기의 뒤를 따라온다. 이 충격파가 듣는 사람에게 도달하면 날카로운 소리의 음속돌파 충격파를 내게 된다.
