Gelombang merambat
Diperkenalkan| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| medium/ˈmiːdɪəm/ | Medium |
| oscillate/ˈɒsɪleɪt/ | bergetar |
| progressive wave/prəˈɡresɪv weɪv/ | gelombang merambat |
| amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ | simpangan maksimum |
| wavelength/ˈweɪvleŋθ/ | panjang gelombang |
| period/ˈpɪərɪəd/ | periode |
| frequency/ˈfriːkwənsi/ | frekuensi |
| phase difference/feɪz ˈdɪfrəns/ | selisih fase |
| in phase/ɪn feɪz/ | sefase |
| out of phase/ˈaʊtəv feɪz/ | berlawanan fase |
| time-base/taɪm beɪs/ | basis waktu |
| intensity/ɪnˈtensɪti/ | intensitas |
Gelombang stadion
- Dalam "gelombang" di stadion, orang-orang berdiri dan duduk — tetapi tidak ada yang berlari mengelilingi stadion.
- Gelombang merambat; orang-orangnya tetap di tempat.
- Gelombang membawa energi dari tempat ke tempat tanpa memindahkan materi secara keseluruhan.
Apa itu gelombang
- Partikel medium berosilasi di sekitar posisi diam tetap.
- Hanya gangguan — dan energinya — bergerak maju. Ini adalah gelombang menjalar.
Oscilloskop digital menggambar sinyal tegangan terhadap waktu
Gelombang merambat
y = a sin(bx + c)
Sebuah gelombang: a adalah amplitudo, b menetapkan panjang gelombang, c fase.
Gelombang merambat membawa energi tanpa memindahkan materi secara keseluruhan.
Ya — partikel hanya berosilasi di sekitar titik tetap; gangguan dan energilah yang bergerak.
Kata kunci utama
- Amplitudo $A$ — simpangan terbesar dari posisi diam; panjang gelombang $\lambda$ — jarak antar pengulangan.
- Periode $T$ — waktu untuk satu siklus; frekuensi $f = \dfrac{1}{T}$ (dalam Hz).
Sebuah gelombang memiliki periode $0.020\ \text{s}$. Berapakah frekuensinya?
$f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{0.020} = 50\ \text{Hz}$.
Dua grafik yang terlihat sama
- Grafik perpindahan–jarak adalah tangkapan momen: jarak pengulangannya adalah panjang gelombang.
- Grafik perpindahan–waktu mengikuti satu titik: waktu pengulangannya adalah periode.
- Bentuk sama, sumbu berbeda — bacalah label sumbu sebelum membaca apa pun darinya.
Grafik perpindahan–jarak menunjukkan amplitudo dan panjang gelombang gelombang tersebut; tukar sumbu ke waktu dan bentuk yang sama menunjukkan periode
Graf perpindahan terhadap waktu untuk satu titik pada gelombang berulang setiap $4.0\ \text{ms}$. Apa arti $4.0\ \text{ms}$ itu bagimu?
Sumbu waktu menunjukkan periode. $f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{4.0 \times 10^{-3}} = 250\ \text{Hz}$. Panjang gelombang memerlukan sumbu jarak.
Beda fase
- Titik-titik yang berjarak satu panjang gelombang bergerak bersama — mereka sefase.
- Titik-titik yang berjarak setengah panjang gelombang tepat berlawanan fase.
- Secara umum, pemisahan $\Delta x$ memberikan beda fase sebesar $\dfrac{\Delta x}{\lambda} \times 360^\circ$ (atau $\times 2\pi$ rad).
Riak air adalah gelombang menjalar yang membawa energi ke luar
Dua titik tepat satu panjang gelombang terpisah pada gelombang adalah:
Satu panjang gelombang penuh adalah satu siklus penuh ($2\pi$), sehingga dua titik bergerak bersama — sefasa.
Pasangkan setiap pemisahan sepanjang gelombang dengan beda fase antara kedua titik tersebut.
Beda fase $= \dfrac{\Delta x}{\lambda} \times 360^\circ$, sehingga setiap pecahan panjang gelombang adalah pecahan yang sama dari satu siklus penuh.
Persamaan gelombang
- Kecepatan adalah jarak dibagi waktu. Dalam satu periode $T$, gelombang maju sepanjang satu panjang gelombang $\lambda$, sehingga $v = \dfrac{\lambda}{T}$.
- Karena $f = \dfrac{1}{T}$, ini menjadi $v = f\lambda$ — dan hal ini berlaku untuk setiap gelombang menjalar.
Sebuah gelombang memiliki frekuensi $50\ \text{Hz}$ dan panjang gelombang $4.0\ \text{m}$. Berapakah kecepatannya?
$v = f\lambda = 50 \times 4.0 = 200\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
Contoh terpecah: membaca oscilloskop
Sebuah mikrofon menyuplai oscilloskop. Basis waktu diatur pada $0.20\ \dfrac{\text{ms}}{\text{div}}$ dan $2.5$ siklus lengkap mengisi $10$ skala. Panjang gelombang suara diukur sebagai $0.27\ \text{m}$. Temukan frekuensi dan kecepatan suara.
- Waktu melintasi layar: $10 \times 0.20 = 2.0\ \text{ms}$.
- Periode: $T = \dfrac{2.0\ \text{ms}}{2.5} = 0.80\ \text{ms} = 8.0 \times 10^{-4}\ \text{s}$.
- Frekuensi: $f = \dfrac{1}{T} = 1250\ \text{Hz}$.
- Kecepatan: $v = f\lambda = 1250 \times 0.27 = 340\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Pengecekan: kecepatan suara di udara sekitar $340\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$, sehingga pembacaan tersebut masuk akal. Melupakan pembagian dengan $2.5$ siklus menghasilkan $500\ \text{Hz}$ dan kecepatan $135\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ — mustahil untuk suara.
Dasar waktu osiloskop adalah $0.50\ \dfrac{\text{ms}}{\text{div}}$ dan 4 siklus lengkap mengisi 8 skala. Berapakah frekuensi sinyal, dalam Hz?
Waktu layar $= 8 \times 0.50 = 4.0\ \text{ms}$; satu siklus memakan waktu $\dfrac{4.0}{4} = 1.0\ \text{ms}$, sehingga $f = \dfrac{1}{1.0 \times 10^{-3}} = 1000\ \text{Hz}$.
Frekuensi ditetapkan oleh sumber. Ketika gelombang memasuki medium berbeda, $f$ tetap sama sementara $v$ dan $\lambda$ berubah bersama. Dan grafik perpindahan–waktu memberikan Anda periode, bukan panjang gelombang.
Ketika gelombang berpindah dari udara ke air, kecepatan dan panjang gelombangnya berubah tetapi ____ tetap sama.
Frekuensi ditetapkan oleh sumber dan tidak dapat berubah di batas medium; $v = f\lambda$ kemudian memaksa $\lambda$ untuk berubah bersama $v$.
Intensitas
- Intensitas adalah daya per satuan luas: $I = \dfrac{P}{A}$ (dalam $\dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$).
- Intensitas meningkat sebanding dengan kuadrat dari amplitudo: $I \propto A^{2}$.
Jika amplitudo gelombang berlipat ganda, intensitasnya menjadi:
$I \propto A^{2}$, jadi menggandakan $A$ mengalikan intensitas dengan $2^{2} = 4$.
Penyebaran dari titik
- Sumber titik menyebarkan energi ke atas bola: $I = \dfrac{P}{4\pi r^{2}}$, sehingga $I \propto \dfrac{1}{r^{2}}$.
- Gandakan jarak → seperempat intensitas.
Sumber titik memberikan intensitas $100\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$ pada jarak $r$. Berapakah intensitas pada $2r$?
$I \propto \dfrac{1}{r^{2}}$, jadi pada dua kali jarak, intensitas menjadi $\dfrac{100}{2^{2}} = 25\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$.
Contoh terpecah: amplitudo dan jarak
Sebuah pembesar suara kecil memancarkan $20\ \text{W}$ secara merata ke segala arah. Temukan intensitas $2.0\ \text{m}$ jauh, dan jelaskan bagaimana amplitudo suara di sana dibandingkan dengan amplitudo pada $4.0\ \text{m}$.
- Intensitas pada $2.0\ \text{m}$: $I = \dfrac{P}{4\pi r^{2}} = \dfrac{20}{4\pi \times 2.0^{2}} = 0.40\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$.
- Pada $4.0\ \text{m}$ jarak telah berlipat ganda, jadi intensitas menjadi seperempat: $0.10\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$.
- Amplitudo: $I \propto A^{2}$, jadi seperempat intensitas berarti setengah amplitudo.
- Pengecekan: intensitas turun sebanding dengan $\dfrac{1}{r^{2}}$ tetapi amplitudo turun hanya sebanding dengan $\dfrac{1}{r}$ — akar kuadrat dari rasio intensitas.
Anda telah memahaminya
- gelombang membawa energi, bukan materi; $f = \dfrac{1}{T}$; frekuensi ditetapkan oleh sumber
- persamaan gelombang: $v = f\lambda$ (satu panjang gelombang per periode)
- beda fase $= \dfrac{\Delta x}{\lambda} \times 360^\circ$; intensitas $I = \dfrac{P}{A}$, dengan $I \propto A^{2}$ dan $I \propto \dfrac{1}{r^{2}}$ dari sumber titik