[2015 EBS 인터넷 수능] 화법과 작문 & 독서와 문법(A)-미니 모의고사 02회(물속에서의 음파)

[구렛나루]

[20~23] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

1936년 쿠바 관타나모 해군 기지의 프라이어 중위는 해저의 잠수함을 향해 음파를 보내고 잠수함에 반사된 소리를 통해 그 거리와 방향을 측정하는 실험을 하고 있었다. 그런데 아침 시간에는 잘 작동하던 음파 탐지기가 태양이 뜨겁고 바람이 없는 오후에는 잘 작동하지 않았다. 그 이유를 궁금히 여긴 프라이어 중위의 의문은 물속에서의 음파의 성질과 관련된 연구가 급속히 진행되기 시작한 계기가 되었다.

물은 소리를 전달하는 데 아주 효과적인 매질로, 물속에서의 음파의 속도는 공기에서보다 4~5 배 빠르다. 바다에서 음속은 수온, 염분, 수압이 증가함에 따라 각각 비례하여 커지는데 수온 1℃ 상승에 약 4㎧, 염분 1psu 상승에 약 1.4㎧, 수심 1,000m 증가에 약 17㎧ 빨라진다. 염분 농도는 바다 전체에 걸쳐 매우 좁은 폭의 변화만을 보이므로 수중 음속은 염분보다는 수온이나 수압의 영향을 훨씬 더 크게 받는다. 따라서 음속은 수심에 따른 온도 분포의 윤곽만 가지고도 파악할 수 있다.

수압은 수심에 따라 증가하지만 수온은 수심에 따라 다르기 때문에 수온과 수압 중 음속을 결정하는 데 더 크게 기여하는 요소는 수심에 따라 다르다. 실제로 해양에 서 수심별 음속의 분포는 <그림>과 같다. 표면의 혼합층은 햇빛에 의해 상층부가 가열된 후 바람에 의한 혼합 작용으로 깊이에 관계없이 수온이 일정하다. 그러나 그 아래 수온 약층에서는 수심이 깊어짐에 따라 태양 에너지가 도달하는 양이 점점 줄어들어 수온이 급격히 낮아지고, 이보다 더 깊은 심해층에서는 태양 에너지가 도달하기 어려우므로 수온 변화가 거의 없다. 따라서 ㉠음속은 일반적으로 혼합층에서는 수심에 따라 조금씩 증가하다가 수온 약층에서는 급격히 감소하고 심해층에서는 서서히 증가하는 양상을 띠게 된다. 그런데 위도에 따라 입사되는 태양 에너지의 양과 바람의 세기가 서로 다르기 때문에, 위도에 따라 혼합 층과 수온 약층, 심해층이 나타나는 수심이 달라지거나 아예 나타나지 않을 수도 있다.

또한 음파는 음속이 서로 다른 층을 진행할 때 음속이 빠른 층에서 느린 층으로 방향을 바꾸어 진행하게 되는데 이것을 굴절이라고 한다. 특히 수온 약층에서는 온도의 변화가 크기 때문에 음파가 수온 약층과 만나는 각도에 따라 위 혹은 아래로 굴절될 수 있다. 가령 [A]음파가 수온 약 층에서 수직 방향 아래쪽으로 진행한다면 속도는 느려지겠지만 방향의 변화는 없을 것이다. 그러나 오른쪽 아래로 비스듬하게 음파가 진행한다면 음파의 위쪽 부분보다 아래쪽 부분의 진행 속도가 상대적으로 느리기 때문에 음파는 아래쪽으로 굴절할 것이다. 이런 굴절 때문에 해수면에서 음파를 보냈을 때 음파가 거의 도달하지 못하는 구역이 형성되는데 이를 음영대(shadow zone)라 한다.

그리고 <그림>에서 음속이 최소가 되는 1,200m 구간은 음파 통로라고 부른다. 음파 통로에서는 음속이 낮은 대신 소리의 전달은 매우 효과적이다. 앞서 말했듯이 음파는 음속이 빠른 층에서 느린 층으로 굴절되기 때문에 이 층에 한번 갇힌 음파는 아래나 위로 탈출하려고 해도 결국 음속이 최소인 이 구역으로 다시 굴절되어 돌아오기 때문이다. 그리하여 이 층에서 만들어진 소리는 수천 km 떨어진 곳에서도 들리므로 음파 통로는 멀리 떨어진 잠수함 간의 수중 통신에 활용되기 도 한다.

어휘 풀이

✽psu: 염분의 단위.

20 윗글에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

① 하나의 현상을 다르게 설명하는 두 이론을 대비하고 있다.

② 기존 이론의 문제점을 밝히고 새로운 이론을 제시하고 있다.

③ 시대적 흐름에 따른 핵심 개념의 변천 과정을 규명하고 있다.

④ 다양한 관점들을 소개하면서 이를 변증법적으로 절충하고 있다.

⑤ 현상과 관련된 사례를 제시하고 현상의 원인을 심층적으로 분석하고 있다.

21 윗글을 통해 <보기>에 대해 이해한 내용으로 적절하지 않은 것은?

<보기>

오른쪽 그래프는 위도에 따른 수온 연직 분포의 차이를 보여 주는 것이다. 단, 위도에 따른 염분의 차이는 없고, 위도에 따라 바람의 세기와 태양 에너지만이 수온을 결정하는 데 영향을 미친다고 가정 한다.

① 고위도에서의 음속은 수심이 깊어질수록 느려지겠군.

② 500m 깊이에서의 음속은 저위도보다 중위도에서 더 빠르겠군.

③ 저위도의 해수 표면의 온도가 중위도보다 높은 것은 태양 에너지를 더 많이 받기 때문 이겠군.

④ 중위도의 혼합층이 제일 두꺼운 것은 바람에 의한 해수의 혼합이 제일 많이 일어나기 때문이겠군.

⑤ 고위도에서는 저위도나 중위도에 비해 해수의 표면과 심해층의 온도 차이가 미미해 수온 약층이 나타나지 않겠군.

22 ㉠에서 음속이 결정되는 데 상대적으로 더 크게 기여한 요소를 바르게 나열한 것은?

	혼합층	수온 약층	심해층
①	수압	수온	수압
②	수압	수압	수온
③	수온	수압	수온
④	수온	수온	수압
⑤	수온	수압	수압

23 <보기>는 [A]를 이해하기 쉽게 설명하기 위한 교사의 수업 자료이다. <보기>를 활용한 수업 내용으로 적절하지 않은 것은?

<보기>

ⓐ손을 잡고 나란히 줄지어 있는 사람들이 ⓑ모래밭과 ⓒ도로가 만나는 길을 걷고 있다. 모래밭을 걸을 때보다 도로를 걸을 때 속도는 빨라진다.

선생님: <보기>의 ①ⓐ는 음파를 비유하고 있는 것입니다. 그리고 ②ⓑ는 음속이 느린 매질을, ⓒ는 음속이 빠른 매질을 나타내고 있지요. 자, 그림을 봅시다. 만약 ⓐ가 ㉮ 방향으로 행진한다면 어떤 일이 벌어질까요? 그렇습니다. ③ⓐ가 ㉮ 방향으로 행진하면 ⓒ를 통과하면서 속도는 빨라지지만 굴절 현상은 나타나지 않을 겁니다. 그렇다면 ⓐ가 ㉯ 방향으로 행진한다면요? 그렇습니다. 굴절 현상이 나타납니다. ④ⓐ가 ㉯ 방향으로 행진하면 ⓑ와 ⓒ의 매질 차이로 인해 행렬의 앞부분부터 그 경로가 ㉯ 방향보다 위쪽으로 굴절될 겁니다. 이러한 굴절 현상으로 인해 ⑤ⓐ가 ㉯ 방향을 향해 행진하기 위해 ㉯ 방향의 위나 아래로 방향을 틀어도 ㉯ 방향의 일직선상에 ⓐ가 도달하지 못하는 구역이 생길 수 있습니다. 이 구역이 바로 음파를 쏘아 보낼 때 음파가 도달하지 못하는 구역인 음영대라고 합니다.

도움자료

[2015 EBS 인터넷 수능]

화법과 작문 & 독서와 문법 - A

과학 20 ⑤ 21 ① 22 ① 23 ④

■ ‘물속에서의 음파’

이 글은 쿠바 해군 기지에서 음파 탐지기의 오작동으로 인해 우연히 시작된 연구에 의해 밝혀진 물속에서의 음파의 성질에 대해 설명하고 있다. 음파의 속도는 수온, 수압, 염분 등의 영향을 받는데 크게 영향을 주는 것은 거의 수온과 수압이다. 이 글은 수심에 따라 수압과 수온이 음파의 속도에 어떻게 영향을 미치는지, 그 결과로서 수심에 따라 음파의 속도가 어떻게 나타나는지를 설명해 주고 있다. 또한 음속이 다른 층을 진행할 때 음파가 굴절되는 현상을 통해 음영대와 음파 통로가 나타나는 원리를 설명해 주고 있다.

수심에 따른 음파의 속도와 음파의 굴절로 인한 현상

1문단: 물속에서의 음파의 성질에 대한 연구가 가속화된 계기

2문단: 물속에서의 음파의 속도에 영향을 주는 요소들

3문단: 수심에 따라 달라지는 음파의 속도

4문단: 음파의 굴절 현상으로 인해 생기는 음영대

5문단: 음파의 굴절 현상으로 인해 생기는 음파 통로

20 내용 전개 방식 파악 ⑤

⑤ 확인 현상과 관련된 사례를 제시, 현상의 원인을 심층적으로 분석

물속에서의 음파의 굴절과 관련된 프라이어 중위의 일화를 제시하고 물속에서 음파가 굴절되는 원인을 수온, 수압, 수심에 따른 음속의 차이, 음파의 진행 방향 등과 관련지어 심층적으로 분석하고 있다.

① 확인 하나의 현상을 다르게 설명하는 두 이론을 대비

물속에서의 음파의 굴절 현상을 다루고 있기는 하지만, 이것을 다르게 설명하는 두 이론을 대비하고 있는 것은 아니다.

② 확인 기존 이론의 문제점을 밝히고 새로운 이론을 제시

물속에서의 음파의 굴절 현상을 설명하는 해양 물리학의 이론을 소개하고 있지만, 기존 이론의 문제점을 밝힌다거나 새로운 이론을 제시하고 있는 것은 아니다.

③ 확인 시대적 흐름에 따른 개념의 변천 과정 규명

시대적 흐름에 따른 개념의 변천 과정을 규명하고 있는 것은 아니다.

④ 확인 다양한 관점들을 소개, 변증법적으로 절충

물속에서의 음파의 굴절 현상을 설명하고 있기는 하지만 이에 대한 다양한 관점들을 소개하거나 그것들을 변증법적으로 절충하고 있는 것은 아니다.

21 세부 내용 추론 ①

① 확인 고위도에서의 음속은 수심이 깊어질수록 느려지겠군.

<보기>를 보면 고위도에서는 깊이에 따른 온도의 변화가 거의 없는 편이다. 따라서 깊이에 따른 수압의 증가가 상대적으로 음속의 결정에 크게 관여할 것이고, 그런 이유로 음속은 깊이에 따라 점점 빨라질 것이다.

② 확인 저위도보다 중위도에서 더 빠르겠군.

500m 깊이에서 수온은 중위도가 저위도보다 높다. <보기>의 조건에 따라 염분의 차이는 없고 같은 깊이에서의 수압도 같을 것이므로 결국 음속은 수온에만 영향을 받는다. 따라서 500m 깊이에서 수온이 더 높은 중위도에서 저위도보다 음속이 더 빠를 것임을 추론할 수 있다.

③ 확인 태양 에너지를 더 많이 받기 때문

<보기>의 그래프를 보면 저위도의 해수 표면 온도가 중위도의 표면 온도보다 높다. 3문단을 보면, 해수의 표면 온도는 햇빛에 의해 가열된 것이라 했으므로 저위도가 중위도보다 해수 표면 온도가 높은 것은 해수 표면이 태양 에너지를 더 많이 받기 때문이라 추론해 볼 수 있다.

④ 확인 바람에 의한 해수의 혼합이 제일 많이 일어나기 때문

<보기>의 그래프를 보면 중위도의 혼합층이 제일 두껍다. 3문단을 보면, 혼합층은 바람에 의한 혼합 작용으로 수온이 일정한 층이라고 했으므로 중위도의 혼합층이 제일 두꺼운 이유는 바람에 의한 혼합 작용이 제일 많이 일어나기 때문이라 추론해 볼 수 있다.

⑤ 확인 수온 약층이 나타나지 않겠군.

3문단을 보면, 수온 약층은 수심이 깊어짐에 따라 태양 에너지가 도달하는 양이 점점 줄어들어 수온이 급격히 낮아지는 층이라 했다. 그러나 <보기>의 그래프를 보면 고위도에서는 저위도나 중위도에 비해 해수의 표면과 심해층의 온도 차이가 미미해 수온이 급격히 낮아지는 수온 약층이 나타나지 않는다고 볼 수 있다.

22 구체적 상황에 적용하기 ①

① 확인 혼합층은 수압, 수온 약층은 수온, 심해층은 수압이 상대적으로 더 크게 작용하여 음속이 결정됨

3문단의 내용을 참고해 보면, 혼합층은 수온이 일정하지만 깊이에 따라 수압이 증가하기 때문에 깊이에 따라 음속이 점점 빨라지는 구간이다. 반면 수온 약층은 깊이에 따라 수압이 증가하는 것에 비해 수온이 급격히 떨어지는 구간이므로 깊이에 따라 음속이 점점 느려지는 구간이다. 심해층은 수온의 변화는 거의 없지만 깊이에 따라 수압이 증가하기 때문에 깊이에 따라 음속도 점점 증가하는 구간이다.

23 다른 상황에 적용하기 ④

④ 확인 ㉯ 방향보다 위쪽으로 굴절될 것

ⓐ가 ㉯ 방향으로 행진하게 되면 모래밭 위에 있는 사람들의 발걸음에 비해 도로로 나가는 일부 사람들의 걸음이 더 빨라지므로 결국 진행 방향이 점점 모래밭 쪽으로 굴절하게 될 것이다. 이것은 이 글의 4문단의 ‘음속이 빠른 층에서 느린 층으로 방향을 바꾸어 진행하게 되는’ 굴절 현상을 잘 설명해 주고 있다.

① 확인 ⓐ는 음파를 비유

<보기>는 [A]에서 설명하고 있는 음파의 굴절에 대한 일종의 비유이다. 따라서 줄지어 걷는 사람들을 음파, 그들이 걷는 도로나 모래밭을 음파가 지나는 매질이라 할 수 있다.

② 확인 ⓑ는 음속이 느린 매질, ⓒ는 음속이 빠른 매질

모래밭을 걸을 때보다 도로를 걸을 때 사람들의 속도가 빨라진다고 했으므로 모래밭은 느린 매질, 도로는 빠른 매질을 비유하고 있는 것이라 볼 수 있다.

③ 확인 속도는 빨라지지만 굴절 현상은 나타나지 않음

수직 방향으로 진행한다면 모래밭에서 도로로 진행하는 것이므로 사람들의 속도가 빨라질 뿐 굴절 현상은 나타나지 않아 진행 방향의 변화는 없을 것이다.

⑤ 확인 ⓐ가 도달하지 못하는 구역이 생김

사람들이 ㉯ 방향으로 행진한다면 위에서 설명한 바와 같이 도로로 나가는 사람들의 발걸음이 아직 모래밭 위에 있는 사람들의 발걸음보다 상대적으로 빨라지기 때문에 사람들의 진행 방향이 모래밭 방향으로 굴절될 것이다. 따라서 사람들이 ㉯ 방향을 향해 행진하기 위해 ㉯ 방향의 위나 아래로 방향을 틀어도 ㉯ 방향의 일직선상에 사람들이 결코 도달하지 못하는 구역이 생길 것이다.