[물리] Phase (위상)

위상 : 주기적인 현상에서 사이클상의 위치를 나타낸다. 보통 rad으로 표시 한다.

쉽게 말해 아래 그림에서 반지름이 1인 원의 둘레를 돌며 운동하는 물체의 왼쪽편에서
빛을 비췄을 때 오른쪽 벽면에 비친 그림자는 수직 방향 위 아래로 진동 운동을 하게 된다.
물체의 그림자의 운동을 시간에 따른 그래프로 그려 보면 정현파 모양의 그래프가 나타나게 된다.  
이것이 위상이다.

위상(位相), 즉 위치의 모습인데 여기서는 특정 시간에서의 위치의 상태라고 보는게 맞을듯.

여기서 잠시 라디안의 정의를 보도록 하자.
반지름이 R인 원에서 둘레를 따라 R만큼 이동하면 그 중심각은 1라디안 이다.
반지름이 1인 원을 한바퀴 돌면 각도는 360도가 된다.
그리고 원 둘레를 따라 이동한 거리는 2π가 된다.
반지름이 1인 원에서 원 둘레를 따라 1만큼 이동했을 때의 각도는
360/2π가 되고 이 각을 1rad이라 한다. 

다시 위상으로 돌아와서,
직선 운동에서 물체가 어떠한 등속도를 가지고 시간 t만큼 이동하였을 때
그 물체의 이동거리를 구할 수 있듯이 회전 운동에서도 마찬가지로 물체가 어떠한 등속도를
가지고 시간 t만큼 원 둘레를 이동하였을 때 그 물체의 이동거리를 구할 수 있는데,
이를 위상이라 한다. 하지만 원 운동을 하는 물체의 등속운동은 각속도로 표현 되며 
각속도는 단위시간당 움직인 각도(rad)를 말한다.

위상은 각속도ω X 시간t (rad/s)로 표현 된다.
즉 단위 시간당 움직인 rad각 이다.

위 그림에서와 같이 물체 A와 B의 회전운동에서 물체 A의 순간선속도는 B보다 느리지만,
두 물체의 각속도는 동일하다.

앞에서 설명 하였듯이 등속 원운동하는 물체의 한 축 방향 운동만을 생각하면 
정현파 그래프가 되는데 이때 등속원운동하는 물체가 얼마나 빨리 돌고 있는가
(각속도가 얼마인가)가 정현파 그래프의 촘촘하기를 결정하며 이는 곧 주파수와 
연결이 된다.

그렇다면, 위상차는 무엇인가?

맨 위 그림으로 돌아가서, 두 물체가 원 둘레가 1인 원의 둘레를 같은 각속도로
회전하며 그림자를 그리고 있다고 생각해보자.
그 때, 먼저 출발한 물체가 그리는 위상과 뒤 늦게 출발한 물체가 그리는 위상은
주파수는 같지만 차(difference)가 생기게 되는데, 이 차를 위상차라 한다.

위 그림을 보면 세개의 정현파가 있는데, A,B,C 파형은 각각 α만큼의 위상차를 가지고 있다.
즉, A 물체가 가장 먼저 출발 하며 위상을 그리고 그 다음 B 물체, C 물체 순으로 출발하여
위상을 그린 것이다.
가장 먼저 출발한 A가 그린 위상은 늦게 출발한 B가 그린 위상보다 앞선 것이며
C가 그린 위상은 B가 그린 위상보다 뒤진 것이다.

다시 말해 위상 A는 위상 B보다 위상이 α만큼 앞서고 있다고 말하고,
(A leads B by α degrees)
위상 C는 위상 B보다 위상이 -α만큼 뒤지고 있다고 말한다.
(C lags B by -α degrees)


* 주파수 : 1초 동안 파형이 진동하는 횟수 (Hz)
* 주기 : 파형이 한번 진동하는데 걸리는 시간 (T)_주파수와 주기는 반비례