Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

GERAK GELOMBANG-CHAPTER16



BAB 16


16.1 Perambatan dari Sebuah Gangguan
16.2 Analisis Model: Gelombang Berjalan
16.3 Kecepatan Gelombang pada String
16,4 Refleksi dan Transmisi
16,5 Tingkat Energi Transfer oleh Gelombang sinusoidal pada String
16,6 Persamaan Linear Gelombang


Banyak dari kita pernah mengalami gelombang seperti anak-anak ketika menjatuhkan kerikil ke dalam kolam. Pada titik kerikil menyentuh permukaan air, gelombang melingkar diciptakan. Gelombang ini bergerak ke luar dari titik penciptaan dengan memperluas lingkaran sampai mereka mencapai pantai. Jika Anda memeriksa dengan seksama gerak sebuah benda kecil mengambang di air terganggu, Anda akan melihat bahwa obyek bergerak secara vertikal dan horizontal disekitar posisi aslinya tetapi tidak menjalani segala perpindahan total dari atau menuju titik di mana kerikil menyentuh air. Unsur-unsur kecil air dalam kontak dengan objek, serta semua elemen air lainnya di permukaan kolam itu, berperilaku dengan cara yang sama. Artinya, gelombang air bergerak dari titik asal ke pantai, tapi air tidak dilakukan dengan itu.

Dunia ini penuh dengan gelombang, dua jenis utama yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Dalam kasus gelombang mekanik, beberapa media fisik terganggu, dalam kerikil contohnya, elemen air terganggu. Gelombang elektromagnetik tidak memerlukan media untuk menyebarkan, beberapa contoh gelombang elektromagnetik adalah cahaya tampak, gelombang radio, sinyal televisi, dan x-ray (sinar-x). Di sini, di bagian buku ini, kita hanya mempelajari gelombang mekanik.

Perhatikan lagi benda kecil yang mengambang di atas air. Kita telah menyebabkan objek bergerak pada satu titik di dalam air dengan menjatuhkan kerikil di lokasi lain. Objek memperoleh energi kinetik dari tindakan kita, sehingga energi harus ditransfer dari titik di mana kerikil dijatuhkan ke posisi objek. Fitur ini merupakan pusat gerakan gelombang: energi ditransfer melalui jarak jauh, namun hal ini tidak.

16.1 Perambatan dari Sebuah Gangguan


Pengantar bab ini menyinggung esensi gerakan gelombang: transfer energi melalui ruang tanpa disertai materi. Dalam daftar mekanisme transfer energi dalam Bab 8, dua mekanisme- gelombang mekanik dan radiasi elektromagnetik- tergantung pada gelombang. Sebaliknya, dalam mekanisme yang lain, transfer masalah lain, transfer energi disertai dengan gerakan materi melalui ruang dengan tidak ada karakter gelombang dalam proses.

Semua gelombang mekanik membutuhkan (1) beberapa sumber gangguan, (2) medium yang mengandung unsur-unsur yang dapat terganggu, dan (3) beberapa mekanisme fisik melalui unsur-unsur dari medium dapat mempengaruhi satu sama lain. Salah satu cara untuk menunjukkan gerak gelombang adalah menggetarkan salah satu ujung tali panjang yang berada di bawah tekanan dan memiliki ujung yang tetap seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.1. Dengan cara ini, benjolan tunggal (disebut pulse) terbentuk dan perjalanan sepanjang string dengan kecepatan pasti. Gambar 16.1 merupakan empat berturut-turut "snapshot" dari penciptaan dan perambatan dari perjalanan pulsa. Tangan merupakan sumber gangguan. String adalah media yang dilalui perjalanan pulsa elemen individu dari string yang terganggu dari posisi keseimbangan mereka. Selain itu, unsur-unsur yang terhubung bersama sehingga mereka saling mempengaruhi. Pulsa memiliki tinggi pasti dan kecepatan pasti dari propagasi sepanjang medium. Bentuk pulsa berubah sangat sedikit karena perjalanan sepanjang tali.


Pertama, kita akan fokus pada pulsa yang berjalan melalui sebuah media. Setelah kita meneliti perilaku pulsa, maka kita akan mengalihkan perhatian kita pada gelombang, yang merupakan gangguan periodik perjalanan melalui media. Kita membuat pulsa pada string kita dengan menjentikkan ujung benang sekali seperti pada Gambar 16.1. Jika kita memindahkan ujung benang naik dan turun berulang-ulang, kita akan menciptakan sebuah gelombang berjalan, yang memiliki karakteristik pulsa yang tidak dimiliki. Kita akan mengeksplorasi karakteristik ini dalam Bagian 16.2.



 Ketika pulsa pada Gambar 16.1 berjalan, setiap gangguan elemen string bergerak dalam arah tegak lurus terhadap arah rambatan. Gambar 16.2 menggambarkan hal ini untuk satu elemen tertentu, berlabel P. Perhatikan bahwa tidak ada bagian dari string yang bergerak dalam arah rambatan. Sebuah gelombang berjalan atau pulsa yang menyebabkan unsur-unsur media terganggu untuk bergerak tegak lurus terhadap arah propagasi disebut gelombang transversal.

Bandingkan gelombang ini dengan jenis lain dari pulsa, satu bergerak turun panjang, pegas membentang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.3. Ujung kiri pegas didorong sebentar ke kanan dan kemudian ditarik sebentar ke kiri. Gerakan ini menciptakan kompresi mendadak dari wilayah kumparan. Wilayah dikompresi berjalan sepanjang pegas (ke kanan pada Gambar. 16,3). Perhatikan bahwa arah perpindahan dari kumparan sejajar dengan arah propagasi dari daerah kompresi. Gelombang berjalan atau pulsa yang menyebabkan unsur-unsur media untuk bergerak sejajar dengan arah propagasi disebut gelombang longitudinal.


 
Gelombang suara, yang akan kita bahas dalam Bab 17, adalah contoh lain dari gelombang longitudinal. Gangguan dalam gelombang suara adalah serangkaian tekanan tinggi dan tekanan rendah daerah yang berjalan melintasi udara.

Beberapa gelombang di alam menunjukkan kombinasi pemindahan melintang dan membujur. Gelombang permukaan air adalah contoh yang baik. Ketika gelombang air berjalan di permukaan air yang dalam, unsur air di permukaan bergerak pada lintasan yang hampir bundar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.4. Gangguan memiliki komponen transversal dan longitudinal. Perpindahan transversal terlihat pada Gambar 16.4 mewakili variasi dalam posisi vertikal dari unsur air. Perpindahan longitudinal yang mewakili unsur-unsur air bergerak bolak-balik dalam arah horisontal.


Gelombang tiga dimensi yang berjalan keluar dari titik bawah permukaan bumi di mana gempa terjadi adalah dari kedua jenis, melintang dan membujur. Gelombang longitudinal lebih cepat dari dua, bepergian dengan kecepatan di kisaran 7 sampai 8 km/s dekat permukaan. Mereka disebut gelombang P, dengan "P" menyatakan primary, karena mereka lebih cepat daripada gelombang transversal dan tiba pertama di seismograf (alat yang digunakan untuk mendeteksi gelombang akibat gempa). Gelombang transversalyang lebih lambat disebut gelombang S, dengan "S" menyatakan untuk secondary (sekunder), perjalanan melalui Bumi pada 4 sampai 5 km/s dekat permukaan. Dengan merekam interval waktu antara kedatangan kedua jenis gelombang pada seismograf, jarak dari seismograf ke titik asal gelombang dapat ditentukan. Jarak ini adalah radius sebuah bola imajiner berpusat pada seismograf. Asal usul gelombang terletak di suatu tempat di lingkungan tersebut. Bola imajiner dari tiga atau lebih stasiun pemantauan terletak berjauhan dari satu sama lain berpotongan di satu wilayah bumi, dan daerah ini adalah di mana gempa terjadi.


 
Perhatikan pulsa berjalan ke kanan pada string panjang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.5. Gambar 16.5a mewakili bentuk dan posisi pulsa pada waktu t = 0. Pada saat ini, bentuk pulsa, apa pun itu, dapat diwakili oleh beberapa fungsi matematika bahwa kita akan menulis sebagai y (x,0) = f(x). Fungsi ini menggambarkan posisi y melintang elemen dari string yang terletak di setiap nilai x pada waktu t = 0. Karena kecepatan pulsa adalah v, pulsa telah melakukan perjalanan ke kanan dengan jarak vt pada saat t (Gambar 16.5b). Kita mengasumsikan bentuk pulsa tidak berubah terhadap waktu. Oleh karena itu, pada waktu t, bentuk pulsa adalah sama seperti pada waktu t = 0 seperti pada Gambar 16.5a. Akibatnya, unsur string pada x saat ini memiliki posisi y sama dengan elemen yang terletak di x - vt pada saat t = 0:

y(x, t) = y(x-vt, 0)

Secara umum, kemudian kita bisa mewakili posisi y melintang untuk semua posisi dan waktu, diukur dalam bingkai stasioner dengan asal di titik O, seperti

y(x, t) = f(x-vt)                                                                      (161)

Demikian pula, jika pulsa berjalan ke kiri, posisi melintang elemen dari string yang dijelaskan oleh:

y(x,t) = f (x+vt)                                                                     (16,2)

Fungsi y, kadang-kadang disebut fungsi gelombang, tergantung pada dua variabel x dan t. Untuk alasan ini, sering ditulis y(x,t), yang dibaca "y sebagai fungsi dari x dan t."

Hal ini penting untuk memahami arti dari y. Perhatikan unsur string pada titik P pada Gambar 16.5, diidentifikasi dengan nilai tertentu koordinatnya, x. Ketika pulsa melewati P, koordinat y dari elemen ini meningkat, mencapai maksimum, dan kemudian menurun ke nol. Fungsi gelombang y (x,t) merupakan koordinat y -posisi melintang- dari setiap elemen yang terletak di posisi x setiap saat t. Selain itu, jika t adalah tetap (seperti, misalnya, dalam kasus mengambil snapshot dari pulsa), fungsi gelombang y(x), kadang-kadang disebut bentuk gelombang, mendefinisikan kurva mewakili bentuk geometris pulsa pada saat itu (Serway, 2010:465-468).

Post a comment for "GERAK GELOMBANG-CHAPTER16"