음속
운동장에 나란히 선 사람들이 옆 사람 어깨를 툭툭 치며 신호를 전달하는 빠르기예요.
정의 소리가 공기, 물, 고체 같은 매질(파동을 전달하는 물질) 속을 지나며 퍼져나가는 속도를 말해요. 소리는 물질을 이루는 알갱이들이 서로 부딪치며 진동을 전달하는 원리로 움직이기 때문에, 주변 환경과 물질의 상태에 따라 나아가는 빠르기가 크게 달라져요.
번개가 번쩍인 뒤에 천둥소리가 들리는 이유
비 오는 날 하늘에서 번개가 번쩍 친 뒤, 한참 뒤에야 우르릉 쾅 하는 천둥소리가 들린 적이 있을 거예요. 분명 번개와 천둥은 구름 속에서 똑같은 순간에 발생했는데, 왜 우리에게는 따로따로 느껴질까요?
그 이유는 빛과 소리가 우리 눈과 귀에 도착하는 속도가 완전히 다르기 때문이에요. 빛은 1초에 지구를 일곱 바퀴 반이나 돌 정도로 상상할 수 없을 만큼 빠르지만, 소리는 공기 중에서 1초에 고작 340미터 남짓을 달려가요.
즉, 번개가 번쩍인 순간부터 마음속으로 숫자를 세어 3초 뒤에 천둥소리가 들렸다면, 그 번개는 지금 내가 서 있는 곳에서 약 1킬로미터 떨어진 곳에서 친 거예요. 소리는 눈에 보이지 않지만 언제나 정해진 속도로 공기를 가르며 달리는 전달자 역할을 하고 있어요.
물속이나 쇠파이프에서는 소리가 훨씬 빨라져요
소리는 텅 빈 우주 공간에서는 아무리 소리를 질러도 전혀 나아갈 수 없어요. 소리를 전달해 줄 공기 알갱이가 없기 때문이에요. 영화에 나오는 우주선 폭발음은 사실 과학적으로는 들릴 수 없는 소리예요.
소리는 물질을 이루는 작은 입자들이 옆에 있는 입자를 툭 치고 제자리로 돌아오는 진동 과정이에요. 따라서 입자들이 서로 바짝 달라붙어 있을수록 신호를 훨씬 더 빠르게 옆으로 넘겨줄 수 있어요.
공기보다는 입자들이 촘촘하게 모여 있는 물속에서 소리가 약 4배 더 빠르고, 쇠나 강철 같은 단단한 고체 속에서는 공기보다 무려 15배나 더 빠르게 지나가요. 서부 영화에서 사람들이 멀리서 다가오는 기차 소리를 먼저 알아채기 위해 기찻길 철로에 귀를 바짝 대었던 이유가 바로 여기에 있어요.
조금 더 정확히 말하면 기온에 따라 달라져요
흔히 음속이라고 하면 초속 340미터라는 숫자를 불변의 고정된 값으로 생각하기 쉬워요. 하지만 공기 중에서의 소리 속도는 주변의 기온에 따라 끊임없이 변화해요.
기온이 올라가면 공기 분자들이 열에너지를 흡수하여 이전보다 훨씬 더 활발하고 빠르게 움직여요. 분자들이 스스로 빠르게 돌아다니니, 옆에 있는 분자와 부딪쳐 소리의 진동을 전달하는 시간도 그만큼 크게 단축되는 원리예요.
실제로 섭씨 0도일 때 소리는 1초에 약 331.5미터를 이동하지만, 온도가 1도 상승할 때마다 초속이 약 0.6미터씩 정직하게 빨라져요. 우리가 교과서나 일상에서 대표적인 음속으로 배우는 초속 340미터는 사실 섭씨 15도 안팎의 온화한 공기 상태를 기준으로 측정한 값이에요.
🤔 흔한 오해
소리의 속도는 언제 어디서나 항상 똑같다.
소리의 속도는 통과하는 물질(공기, 물, 고체)의 밀도와 탄성, 그리고 주변 온도에 따라 계속 달라져요.
우주에서도 거대한 행성이 폭발하면 굉음이 울려 퍼진다.
소리는 입자의 진동을 타고 퍼지기 때문에, 전달해 줄 공기 분자가 전혀 없는 우주 진공 상태에서는 아무 소리도 나아갈 수 없어요.
🧺 일상에서 만나요
소리는 물질 알갱이의 진동을 타고 전달되며, 입자가 촘촘한 고체일수록 그리고 기온이 높을수록 더 빠르게 이동해요.