Anda dapat membayangkan apa itu gelombang mekanik dengan melemparkan batu ke dalam air. Lingkaran yang muncul di atasnya dan merupakan lembah dan punggung bukit yang berselang-seling adalah contoh gelombang mekanik. Apa esensi mereka? Gelombang mekanik adalah proses perambatan getaran pada media elastis.
Gelombang pada permukaan cair
Gelombang mekanik seperti itu ada karena pengaruh gaya antarmolekul dan gravitasi pada partikel cairan. Orang-orang telah mempelajari fenomena ini sejak lama. Yang paling menonjol adalah lautan dan gelombang laut. Saat kecepatan angin meningkat, mereka berubah dan ketinggiannya meningkat. Bentuk ombaknya sendiri juga menjadi lebih rumit. Di lautan, mereka dapat mencapai proporsi yang menakutkan. Salah satu contoh kekuatan yang paling jelas adalah tsunami yang menyapu semua yang dilaluinya.
Energi gelombang laut dan samudra
Saat mencapai pantai, gelombang laut meningkat dengan perubahan kedalaman yang tajam. Mereka terkadang mencapai ketinggian beberapa meter. Pada saat-saat seperti itu, energi kinetik dari massa air yang sangat besar ditransfer ke hambatan pantai, yang dengan cepat dihancurkan di bawah pengaruhnya. Kekuatan ombak terkadang mencapai nilai yang muluk.
Gelombang elastis
Dalam mekanika, tidak hanya getaran pada permukaan cairan yang dipelajari, tetapi juga apa yang disebut gelombang elastis. Ini adalah gangguan yang merambat di media yang berbeda di bawah aksi gaya elastis di dalamnya. Gangguan seperti itu adalah setiap penyimpangan partikel medium tertentu dari posisi kesetimbangan. Contoh yang baik dari gelombang elastis adalah tali panjang atau tabung karet yang menempel pada sesuatu di salah satu ujungnya. Jika Anda menariknya dengan kencang, dan kemudian membuat gangguan pada ujung kedua (tidak tetap) dengan gerakan tajam lateral, Anda dapat melihat bagaimana ia "berjalan" di sepanjang tali ke penyangga dan dipantulkan kembali.
Sumber gelombang mekanik
Gangguan awal menyebabkan munculnya gelombang di medium. Hal ini disebabkan oleh aksi beberapa benda asing, yang dalam fisika disebut sumber gelombang. Itu bisa berupa tangan seseorang yang mengayunkan tali, atau kerikil yang dilemparkan ke dalam air. Dalam kasus ketika aksi sumber berumur pendek, gelombang soliter sering muncul di medium. Ketika "pengganggu" membuat gerakan berosilasi yang panjang, gelombang mulai muncul satu demi satu.
Kondisi terjadinya gelombang mekanik
Getaran semacam ini tidak selalu terbentuk. Kondisi yang diperlukan untuk penampilan mereka adalah terjadinya pada saat gangguan media gaya yang mencegahnya, khususnya, elastisitas. Mereka cenderung membawa partikel tetangga lebih dekat ketika mereka bergerak terpisah, dan mendorong mereka menjauh dari satu sama lain ketika mereka mendekati satu sama lain. Gaya elastis yang bekerja pada jarak yang jauh darisumber gangguan partikel, mulai membuat mereka tidak seimbang. Seiring waktu, semua partikel medium terlibat dalam satu gerakan osilasi. Perambatan osilasi tersebut adalah gelombang.
Gelombang mekanik dalam medium elastis
Dalam gelombang elastis, ada 2 jenis gerak secara bersamaan: osilasi partikel dan perambatan perturbasi. Gelombang longitudinal adalah gelombang mekanik yang partikel-partikelnya berosilasi sepanjang arah rambatnya. Gelombang transversal adalah gelombang yang partikel mediumnya berosilasi melintasi arah rambatnya.
Sifat gelombang mekanik
Gangguan dalam gelombang longitudinal adalah penghalusan dan kompresi, dan dalam gelombang transversal adalah pergeseran (perpindahan) dari beberapa lapisan media relatif terhadap yang lain. Deformasi kompresi disertai dengan munculnya gaya elastis. Dalam hal ini, deformasi geser dikaitkan dengan munculnya gaya elastis secara eksklusif dalam padatan. Dalam media gas dan cair, pergeseran lapisan media ini tidak disertai dengan munculnya gaya tersebut. Karena sifatnya, gelombang longitudinal dapat merambat di berbagai media, sedangkan gelombang transversal hanya dapat merambat di zat padat.
Fitur gelombang pada permukaan cairan
Gelombang pada permukaan zat cair tidak membujur maupun melintang. Mereka memiliki karakter yang lebih kompleks, yang disebut longitudinal-transversal. Dalam hal ini, partikel fluida bergerak dalam lingkaran atau sepanjang elips memanjang. Gerakan melingkar partikel pada permukaan cairan, dan terutama selama osilasi besar, disertai dengan gerakannya yang lambat tetapi terus menerus.bergerak dalam arah rambat gelombang. Sifat gelombang mekanis di dalam air inilah yang menyebabkan munculnya berbagai makanan laut di pantai.
Frekuensi gelombang mekanik
Jika dalam suatu medium elastis (cair, padat, gas) partikel-partikelnya dirangsang getarannya, maka karena interaksi antara partikel-partikel tersebut, ia akan merambat dengan kecepatan u. Jadi, jika benda yang berosilasi berada dalam medium gas atau cair, maka gerakannya akan mulai ditransmisikan ke semua partikel yang berdekatan dengannya. Mereka akan melibatkan yang berikutnya dalam proses dan seterusnya. Dalam hal ini, benar-benar semua titik medium akan mulai berosilasi dengan frekuensi yang sama, sama dengan frekuensi benda yang berosilasi. Ini adalah frekuensi gelombang. Dengan kata lain, nilai ini dapat dicirikan sebagai frekuensi osilasi titik-titik dalam medium tempat gelombang merambat.
Mungkin tidak segera jelas bagaimana proses ini terjadi. Gelombang mekanik dikaitkan dengan transfer energi gerak osilasi dari sumbernya ke pinggiran medium. Akibatnya, apa yang disebut deformasi periodik muncul, yang dibawa oleh gelombang dari satu titik ke titik lain. Dalam hal ini, partikel medium itu sendiri tidak bergerak mengikuti gelombang. Mereka berosilasi di dekat posisi keseimbangan mereka. Itu sebabnya perambatan gelombang mekanik tidak disertai dengan perpindahan materi dari satu tempat ke tempat lain. Gelombang mekanik memiliki frekuensi yang berbeda. Oleh karena itu, mereka dibagi menjadi rentang dan dibuat skala khusus. Frekuensi diukur dalam hertz (Hz).
Rumus Dasar
Gelombang mekanik, yang rumus perhitungannya cukup sederhana, merupakan objek yang menarik untuk dipelajari. Kecepatan gelombang (υ) adalah kecepatan gerakan depannya (tempat kedudukan semua titik yang telah dicapai osilasi medium saat ini):
υ=G/, di mana adalah kerapatan medium, G adalah modulus elastisitas.
Saat menghitung, jangan bingung antara kecepatan gelombang mekanik dalam medium dengan kecepatan gerakan partikel medium yang terlibat dalam proses gelombang. Jadi, misalnya, gelombang suara di udara merambat dengan kecepatan getaran rata-rata molekulnya 10 m/s, sedangkan kecepatan gelombang suara dalam kondisi normal adalah 330 m/s.
Wave front datang dalam berbagai bentuk, yang paling sederhana adalah:
• Bulat - disebabkan oleh fluktuasi dalam medium gas atau cair. Dalam hal ini, amplitudo gelombang berkurang dengan jarak dari sumber berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.
• Datar - adalah bidang yang tegak lurus dengan arah rambat gelombang. Ini terjadi, misalnya, dalam silinder piston tertutup ketika berosilasi. Gelombang bidang dicirikan oleh amplitudo yang hampir konstan. Sedikit penurunan dengan jarak dari sumber gangguan dikaitkan dengan tingkat viskositas medium gas atau cair.
Panjang gelombang
Di bawah panjang gelombang dipahami jarak di mana bagian depannya akan bergerak dalam waktu itusama dengan periode osilasi partikel medium:
λ=T=/v=2πυ/, di mana T adalah periode osilasi, adalah kecepatan gelombang, adalah frekuensi siklik, adalah frekuensi osilasi titik-titik medium.
Karena kecepatan rambat gelombang mekanik sepenuhnya bergantung pada sifat medium, panjangnya berubah selama transisi dari satu medium ke medium lainnya. Dalam hal ini, frekuensi osilasi selalu tetap. Gelombang mekanik dan elektromagnetik serupa dalam hal ketika merambat, energi ditransfer, tetapi tidak ada materi yang ditransfer.
