Gelombang mengelilingi kita di mana-mana, karena kita hidup di dunia yang bergerak dan bersuara. Apa sifat proses gelombang, apa inti dari teori proses gelombang? Mari kita lihat ini dengan contoh eksperimen.
Konsep gelombang dalam fisika
Konsep umum untuk banyak proses adalah adanya suara. Menurut definisi, suara adalah hasil dari gerakan osilasi cepat yang diciptakan oleh udara atau media lain yang dirasakan oleh organ pendengaran kita. Mengetahui definisi ini, kita dapat melanjutkan untuk mempertimbangkan konsep "proses gelombang". Ada sejumlah eksperimen yang memungkinkan Anda untuk mempertimbangkan fenomena ini secara visual.
Proses gelombang yang dipelajari dalam fisika dapat diamati dalam bentuk gelombang radio, gelombang suara, gelombang kompresi saat menggunakan pita suara. Mereka menyebar di udara.
Untuk mendefinisikan konsep secara visual, lempar batu ke dalam genangan air dan cirikan penyebaran efeknya. Ini adalah contoh gelombang gravitasi. Itu terjadi karena naik turunnya cairan.
Akustik
Seluruh bagian yang disebut "Akustik" dikhususkan untuk mempelajari sifat-sifat suara dalam fisika. Mari kita lihat apa cirinya. Mari kita fokus pada hal-hal danproses di mana semuanya belum jelas, pada masalah yang masih menunggu untuk diselesaikan.
Akustik, seperti cabang fisika lainnya, masih memiliki banyak misteri yang belum terpecahkan. Mereka belum dibuka. Mari kita perhatikan proses gelombang dalam akustik.
Suara
Konsep ini dikaitkan dengan adanya gerakan osilasi, yang dihasilkan oleh partikel-partikel medium. Suara adalah serangkaian proses osilasi yang terkait dengan munculnya gelombang. Pada proses pembentukan pada medium kompresi dan rarefaction, terjadi proses gelombang.
Indikator panjang gelombang bergantung pada sifat medium tempat proses osilasi berlangsung. Hampir semua fenomena yang terjadi di alam berkaitan dengan adanya getaran suara dan gelombang suara yang merambat di lingkungan.
Contoh menentukan proses gelombang di alam
Gerakan ini dapat menginformasikan tentang fenomena proses gelombang. Gelombang suara berfrekuensi tinggi dapat menempuh jarak ribuan kilometer, seperti saat gunung berapi meletus.
Saat gempa terjadi, getaran akustik dan geoakustik yang kuat terjadi, yang dapat direkam oleh penerima suara khusus.
Selama gempa bumi bawah laut, sebuah fenomena menarik dan mengerikan terjadi - tsunami, yang merupakan gelombang besar yang muncul selama manifestasi elemen bawah tanah atau bawah air yang kuat.
Berkat akustik, Anda bisa mendapatkan informasi bahwa tsunami akan datang. Banyak dari fenomena ini telah diketahui sejak lama. Tapi sampai sekarang, beberapa konsep fisikamemerlukan studi yang cermat. Oleh karena itu, untuk mempelajari misteri yang belum terpecahkan, gelombang suaralah yang datang untuk menyelamatkan.
Teori tektonik
Pada abad ke-18, "hipotesis bencana" lahir. Pada saat itu, konsep "elemen" dan "keteraturan" tidak terhubung. Kemudian mereka menemukan bahwa usia dasar laut jauh lebih muda daripada usia daratan, dan permukaan ini terus diperbarui.
Pada saat inilah, berkat pandangan baru di bumi, hipotesis gila itu berkembang menjadi teori "Tektonik lempeng litosfer", yang menyatakan bahwa mantel bumi bergerak, dan cakrawala mengapung. Proses seperti itu mirip dengan pergerakan es abadi.
Untuk memahami proses yang dijelaskan, penting untuk menyingkirkan stereotip dan pandangan kebiasaan, untuk menyadari jenis makhluk lain.
Kemajuan lebih lanjut dalam sains
Kehidupan geologis di bumi memiliki waktu dan keadaan materinya sendiri. Sains telah berhasil menciptakan kembali kemiripan. Dasar lautan terus bergerak, menyebabkan retakan dan formasi punggungan saat materi baru naik dari kedalaman bumi ke permukaan dan berangsur-angsur mendingin.
Pada saat ini, proses terjadi di darat ketika lempengan-lempengan raksasa litosfer mengapung di permukaan mantel bumi - cangkang batu bagian atas bumi, yang membawa benua dan dasar laut.
Jumlah piring seperti itu sekitar sepuluh. Mantelnya gelisah, sehingga lempeng litosfer mulai bergerak. Dalam kondisi laboratorium, proses ini tampak seperti pengalaman yang anggun.
Di alam, itu mengancam bencana geologis- gempa bumi. Penyebab pergerakan lempeng litosfer adalah proses konveksi global yang terjadi di kedalaman bumi. Hasil dari pergolakan itu akan menjadi tsunami.
Jepang
Di antara daerah berbahaya lainnya di bumi, Jepang menempati tempat khusus, rantai pulau ini disebut "sabuk api".
Mengikuti nafas cakrawala bumi, seseorang dapat memprediksi bencana yang akan datang. Untuk mempelajari proses osilasi, sebuah rig pengeboran ultra-dalam diperkenalkan ke dalam ketebalan bumi. Itu menembus hingga kedalaman 12 km dan memungkinkan para ilmuwan untuk menarik kesimpulan tentang keberadaan batuan tertentu di dalam bumi.
Kecepatan gelombang elektromagnetik dipelajari pada pelajaran fisika di kelas 9. Tunjukkan pengalaman dengan bobot yang terletak pada jarak yang sama satu sama lain. Mereka dihubungkan oleh pegas identik dari bentuk biasa.
Jika Anda menggeser beban pertama ke kanan pada jarak tertentu, yang kedua tetap di posisi yang sama untuk sementara waktu, tetapi pegas sudah mulai menekan.
Definisi istilah "gelombang"
Sejak proses seperti itu terjadi, gaya elastis telah muncul yang akan mendorong beban kedua. Dia akan mendapatkan percepatan, setelah beberapa saat dia akan menambah kecepatan, bergerak ke arah ini dan menekan pegas antara beban kedua dan ketiga. Pada gilirannya, yang ketiga akan menerima akselerasi, mulai berakselerasi, bergeser dan memengaruhi pegas keempat. Dan proses akan berlangsung pada semua elemen sistem.
Dalam hal ini, perpindahan beban kedua bersamawaktu akan terjadi lebih lambat dari yang pertama. Akibat selalu tertinggal dari penyebabnya.
Juga, perpindahan beban kedua akan menyebabkan perpindahan beban ketiga. Proses ini cenderung menyebar ke kanan.
Jika berat pertama mulai berfluktuasi menurut hukum harmonik, maka proses ini akan menyebar ke berat kedua, tetapi dengan reaksi tertunda. Oleh karena itu, jika Anda membuat bobot pertama bergetar, Anda bisa mendapatkan osilasi yang akan menyebar di ruang dari waktu ke waktu. Ini adalah definisi dari gelombang.
Varietas gelombang
Mari kita bayangkan suatu zat yang terdiri dari atom, yaitu:
- memiliki massa - seperti bobot yang diusulkan dalam percobaan;
- saling terhubung, membentuk benda padat melalui ikatan kimia (seperti yang dibahas dalam percobaan dengan pegas).
Makanya materi adalah sistem yang menyerupai model dari pengalaman. Itu dapat menyebarkan gelombang mekanik. Proses ini dikaitkan dengan munculnya gaya elastis. Gelombang seperti ini sering disebut sebagai "goyang".
Ada dua jenis gelombang elastis. Untuk menentukannya, Anda dapat mengambil pegas panjang, memperbaikinya di satu sisi dan meregangkannya ke kanan. Sehingga dapat dilihat bahwa arah rambat gelombang adalah sepanjang pegas. Partikel medium bergerak ke arah yang sama.
Dalam gelombang seperti itu, sifat arah osilasi partikel bertepatan dengan arah rambat gelombang. Konsep ini disebut "gelombang longitudinal".
Jika Anda meregangkan pegas dan memberinya waktu untuk datangke keadaan diam, dan kemudian dengan tajam mengubah posisi dalam arah vertikal, akan terlihat bahwa gelombang merambat sepanjang pegas dan dipantulkan berkali-kali.
Tetapi arah osilasi partikel sekarang vertikal, dan perambatan gelombang horizontal. Ini adalah gelombang transversal. Itu hanya bisa ada dalam padatan.
Kecepatan gelombang elektromagnetik dari jenis yang berbeda berbeda. Properti ini berhasil digunakan oleh seismolog untuk menentukan jarak ke sumber gempa.
Ketika gelombang merambat, partikel berosilasi di sepanjang atau di seberang, tetapi ini tidak disertai dengan perpindahan materi, tetapi hanya dengan gerakan. Jadi itu ditunjukkan dalam buku teks "Fisika" Kelas 9.
Karakterisasi persamaan gelombang
Persamaan gelombang dalam ilmu fisika adalah sejenis persamaan diferensial hiperbolik linier. Ini juga digunakan untuk area lain yang dicakup oleh fisika teoretis. Ini adalah salah satu persamaan yang digunakan fisika matematika untuk perhitungan. Secara khusus, gelombang gravitasi dijelaskan. Digunakan untuk menggambarkan proses:
- dalam akustik, biasanya, tipe linier;
- dalam elektrodinamika.
Proses gelombang ditampilkan dalam perhitungan untuk kasus multidimensi persamaan gelombang homogen.
Perbedaan antara gelombang dan ayunan
Penemuan luar biasa datang dari pemikiran tentang fenomena biasa. Galileo menganggap detak jantungnya sebagai standar waktu. Dengan demikian, keteguhan proses osilasi pendulum ditemukan - salah satu ketentuan utama mekanika. Diabenar-benar hanya untuk pendulum matematika - sistem osilasi yang ideal, yang dicirikan oleh:
- posisi keseimbangan;
- gaya yang mengembalikan tubuh ke posisi keseimbangannya ketika menyimpang;
- transisi energi ketika terjadi fluktuasi.
Untuk membuat sistem tidak seimbang, kondisi terjadinya osilasi diperlukan. Dalam hal ini, energi tertentu dilaporkan. Sistem getaran yang berbeda memerlukan jenis energi yang berbeda pula.
Osilasi adalah proses yang ditandai dengan pengulangan konstan gerakan atau keadaan sistem dalam periode waktu tertentu. Demonstrasi yang jelas dari proses osilasi adalah contoh pendulum yang berayun.
Proses osilasi dan gelombang diamati di hampir semua fenomena alam. Gelombang memiliki fungsi mengganggu atau mengubah keadaan medium, merambat di ruang angkasa dan membawa energi tanpa perlu mentransfer materi. Ini adalah sifat khas dari proses gelombang, mereka telah dipelajari dalam fisika untuk waktu yang lama. Saat meneliti, Anda dapat menyorot panjang gelombang.
Gelombang suara bisa ada di semua bidang, mereka tidak hanya ada di ruang hampa. Gelombang elektromagnetik memiliki sifat khusus. Mereka bisa ada di mana-mana, bahkan di ruang hampa.
Energi gelombang bergantung pada amplitudonya. Gelombang melingkar, merambat dari sumbernya, menyebarkan energi di ruang angkasa, sehingga amplitudonya berkurang dengan cepat.
Gelombang linier memiliki sifat yang menarik. Energinya tidak hilang di ruang angkasa, oleh karena ituamplitudo gelombang tersebut berkurang hanya karena gaya gesekan.
Arah rambat gelombang digambarkan dengan sinar - garis yang tegak lurus dengan muka gelombang.
Sudut antara sinar datang dan garis normal adalah sudut datang. Antara garis normal dan sinar pantul terdapat sudut pantul. Kesetaraan sudut-sudut ini dipertahankan pada setiap posisi rintangan relatif terhadap muka gelombang.
Ketika gelombang yang bergerak berlawanan arah bertemu, gelombang berdiri dapat terbentuk.
Hasil
Partikel medium antara node yang berdekatan dari gelombang berdiri berosilasi dalam fase yang sama. Ini adalah parameter proses gelombang yang ditetapkan dalam persamaan gelombang. Ketika gelombang bertemu, peningkatan dan penurunan amplitudonya dapat diamati.
Mengetahui karakteristik utama dari proses gelombang, dimungkinkan untuk menentukan amplitudo gelombang yang dihasilkan pada titik tertentu. Mari kita tentukan pada fase apa gelombang dari sumber pertama dan kedua akan tiba di titik ini. Apalagi fasenya berlawanan.
Jika perbedaan lintasan adalah bilangan ganjil setengah gelombang, amplitudo gelombang yang dihasilkan pada titik ini akan minimal. Jika perbedaan jalur sama dengan nol atau bilangan bulat panjang gelombang, peningkatan amplitudo gelombang yang dihasilkan akan diamati pada titik pertemuan. Ini adalah pola interferensi ketika gelombang dari dua sumber ditambahkan.
Frekuensi gelombang elektromagnetik ditetapkan dalam teknologi modern. Perangkat penerima harus mendaftarkan gelombang elektromagnetik yang lemah. Jika Anda meletakkan reflektor, lebih banyak energi gelombang akan masuk ke penerima. Sistem reflektor dipasang sehingga menciptakan hasil yang maksimalsinyal pada perangkat penerima.
Karakteristik proses gelombang mendasari gagasan modern tentang sifat cahaya dan struktur materi. Jadi, ketika mempelajarinya di buku teks fisika kelas 9, Anda dapat dengan sukses mempelajari cara menyelesaikan masalah dari bidang mekanik.
