과학 이야기

하루 3분 과학 · 19화 · 초등 3~4학년 · 4분

물컵을 불면 소리가 높아지는데 두드리면 왜 반대일까

음악 시간이 끝나고 교실에 남은 물컵 다섯 개에 물을 조금씩 다르게 채웠어요. 컵 입구에 입김을 세게 불면 저마다 다른 소리가 나요.

물이 적은 컵은 소리가 낮게 울리고, 물이 많은 컵은 오히려 소리가 높게 울려요.

물이 많으면 소리도 크고 낮을 것 같은데 정반대예요. 소리의 높낮이를 정하는 건 물의 양이 아니라 떨림의 빠르기예요.

입김을 불면 컵 속에 남은 빈 공기가 흔들리며 소리를 내요. 물이 많이 차 있을수록 빈 공기 기둥은 짧아져요.

공기 기둥이 짧을수록 떨림은 더 빨라져요. 떨림이 빠를수록 소리는 더 높아져요.

그네와 비슷해요. 줄이 짧은 그네는 빨리 왔다 갔다 하고, 줄이 긴 그네는 천천히 왔다 갔다 해요.

짧은 빨대로 불면 높은 소리가 나요. 긴 빨대로 불면 낮은 소리가 나는 것도 같은 원리예요.

빈 병 입구에 바람을 불어도 똑같은 일이 일어나요. 큰 페트병은 낮은 소리가 나고, 작은 병은 높은 소리가 나요.

오카리나나 팬플루트도 이 원리로 음을 만들어요. 관이 짧을수록 높은 음, 길수록 낮은 음이 나요.

이번엔 숟가락으로 컵 옆면을 톡톡 쳐 보세요. 결과가 완전히 뒤집혀요.

두드릴 때는 물이 많을수록 소리가 오히려 낮아져요. 입김을 불 때와는 정반대예요.

두드리면 떨리는 대상이 공기가 아니라 컵과 물 전체로 바뀌기 때문이에요.

물을 많이 채울수록 컵 전체가 무거워져요. 무거운 물체는 가벼운 물체보다 천천히 떨려요. 천천히 떨리면 소리는 낮아져요.

큰 북을 치면 낮은 소리가 나요. 작은 북을 치면 높은 소리가 나는 것도 같은 이유예요.

크고 무거운 북일수록 천천히 떨리기 때문이에요. 실로폰도 이 원리를 써서, 음이 낮은 막대일수록 더 크고 무겁게 만들어요.

같은 컵, 같은 물인데도 부느냐 두드리느냐에 따라 결과가 정반대로 나와요. 무엇이 떨리는지가 완전히 달라지기 때문이에요.

기타는 조금 달라요. 줄을 짧게 누를수록 떨리는 길이가 짧아져서 높은 소리가 나요. 공기 대신 줄이 떨린다는 점만 다르고 규칙은 똑같아요.

물의 양을 정확히 맞추면 유리컵만으로도 도레미파솔 음계를 만들 수 있다고 해요.

실제로 컵을 악기처럼 써서 연주하는 사람들이 있어요. 이 사람들은 정확한 음을 내려고 물의 양을 아주 조금씩 조절해요.

물컵 하나에 세 가지 악기의 원리가 다 들어 있어요. 부는 악기, 두드리는 악기, 줄로 된 악기예요.

종이컵을 두드리면 유리컵처럼 소리가 낮아질까요, 아니면 다른 소리가 날까요?

※ 이 글은 위 자료를 바탕으로 생성형 AI가 초안을 쓰고 사람이 확인해 다듬었습니다. 삽화도 AI로 만들었습니다.