▷ Gelombang berdiri

Artikel ini menjelaskan apa itu gelombang berdiri dalam fisika. Jadi anda akan mengetahui persamaan gelombang berdiri, apa saja ciri-ciri gelombang berdiri dan terlebih lagi apa saja jenis-jenis gelombang berdiri.

Apa itu gelombang berdiri?

Gelombang berdiri adalah gangguan osilasi yang puncaknya berosilasi secara vertikal tetapi tidak bergerak secara longitudinal. Gelombang berdiri merupakan hasil interferensi antara dua gelombang atau lebih, yang terdiri dari superposisi gelombang-gelombang yang mempunyai sifat yang sama tetapi arah geraknya berlawanan.

Dalam kebanyakan kasus, gelombang berdiri disebabkan oleh fenomena fisik resonansi, sehingga interferensi gelombang-ke-gelombang terjadi antara gelombang dan gelombang pantulnya dalam media resonator.

Misalnya, ketika kita mengikatkan tali elastis ke dinding di salah satu ujungnya dan menggetarkan tali tersebut, maka akan dihasilkan gelombang berdiri. Tali berosilasi dan getarannya dipantulkan pada ujung tali yang tetap, sehingga kedua gelombang saling bertumpukan dan terbentuklah gelombang berdiri.

Grafik di atas menggambarkan gelombang berdiri (gelombang merah) beserta gelombang-gelombang yang tumpang tindih membentuk gelombang berdiri (gelombang hijau dan biru). Seperti yang terlihat, gelombang hijau bergerak ke kanan, gelombang biru bergerak ke kiri, dan sebaliknya gelombang berdiri tidak bergerak horizontal melainkan hanya bergetar vertikal.

Gelombang berdiri pertama kali dijelaskan pada tahun 1831 oleh fisikawan Inggris Michael Faraday. Namun, nama “gelombang berdiri” diciptakan pada tahun 1860 oleh fisikawan Jerman Franz Melde.

Persamaan gelombang berdiri

Persamaan gelombang stasioner adalah dua kali amplitudo gelombang asal dikalikan hasil kali sinus bilangan gelombang dikali perpanjangan dan kosinus frekuensi sudut dikali waktu. Jadi persamaan gelombang berdiri adalah y=2·A·sin(k·x)·cos(ω·t) .

$y=2\cdot A\cdot \text{sin}(k\cdot x)\cdot \text{cos}(\omega\cdot t)$

Emas:

$y$

adalah perpanjangan titik yang dipelajari dari gelombang berdiri.
$A$

adalah amplitudo gelombang aslinya.
$k$

adalah bilangan gelombang.
$x$

adalah posisi titik yang dipelajari pada gelombang berdiri.
$\omega$

adalah frekuensi sudut atau pulsasi.
$t$

adalah momen waktu.

Catatan: Ada beberapa cara untuk menyatakan persamaan gelombang berdiri, jadi tergantung pada bukunya, Anda mungkin menemukan persamaan yang sedikit berbeda. Namun, dalam fisika, persamaan gelombang berdiri yang paling banyak digunakan adalah persamaan yang disajikan dalam artikel ini.

Perhatikan bahwa bilangan gelombang dan frekuensi sudut gelombang berdiri dihitung menggunakan rumus berikut:

$\begin{array}{c}k=\cfrac{2\pi}{\lambda}\\[4ex]\omega=\cfrac{2\pi}{T}=2\pi f\end{ tableau}$

Emas:

$k$

adalah bilangan gelombang.
$\lambda$

adalah panjang gelombang, yaitu jarak antara dua titik ekuivalen gelombang berdiri.
$\omega$

adalah frekuensi sudut atau pulsasi.
$T$

adalah periode yang didefinisikan sebagai waktu antara saat gelombang melewati suatu titik dan saat gelombang melewati titik ekuivalen lagi.
$f$

adalah frekuensi, yaitu banyaknya osilasi gelombang tiap satuan waktu.

Lihat demonstrasi persamaan gelombang berdiri

Diberikan dua gelombang propagasi yang ditentukan oleh persamaan berikut:

$\begin{array}{c}y_1=A\cdot \text{sin}(k\cdot x-\omega\cdot t)\\[3ex]y_2=A\cdot \text{sin}(k \cdot x+\omega\cdot t)\end{array}$

Gelombang berdiri merupakan penjumlahan dari dua gelombang osilasi, sehingga persamaan gelombang berdiri adalah penjumlahan dari dua persamaan sebelumnya:

$\begin{array}{c}y=y_1+y_2\\[3ex]y=A\cdot \text{sin}(k\cdot x-\omega\cdot t)+A\cdot \text{ sin}(k\cdot x+\omega\cdot t)\end{array}$

Kami kemudian akan menerapkan rumus trigonometri berikut:

$\displaystyle\text{sin}(A)+\text{sin}(B)=2\cdot \text{sin}\left(\frac{A+B}{2}\right)\cdot\ texte{cos}\left(\frac{AB}{2}\right)$

$\text{cos}(-A)=\text{cos}(A)$

Jadi, dengan menerapkan rumus trigonometri sebelumnya kita sampai pada persamaan gelombang berdiri:

$\begin{array}{c}\displaystyle y=A\cdot \text{sin}(k\cdot x-\omega\cdot t)+A\cdot \text{sin}(k\cdot x+\ omega\cdot t)\\[4ex]\displaystyle y=2\cdot A\cdot \text{sin}\left(\frac{(k\cdot x-\omega\cdot t)+(k\cdot x + \omega\cdot t)}{2}\right)\cdot \text{cos}\left(\frac{(k\cdot x-\omega\cdot t)-(k\cdot x+\omega\cdot t) }{2}\right)\\[4ex]\displaystyle y=2\cdot A\cdot \text{sin}(k\cdot x)\cdot \text{cos}(-\omega\cdot t)\\ [4ex]\displaystyle y=2\cdot A\cdot \text{sin}(k\cdot x)\cdot \text{cos}(\omega\cdot t)\end{array}$

Node dan antinode gelombang berdiri

Setiap gelombang berdiri terdiri dari node dan antinode, yang didefinisikan sebagai berikut:

Node : adalah titik-titik gelombang berdiri yang perpanjangannya minimum (y=0). Titik-titik ini benar-benar diam karena tidak bergerak secara horizontal maupun vertikal.
Perut (atau perut) : ini adalah titik-titik gelombang berdiri yang perpanjangan maksimumnya (y = 2A atau y = -2A). Titik-titik ini berosilasi secara vertikal dari perpanjangan y=2A ke y=-2A.

Gelombang berdiri dengan kedua ujung tetap

Ketika gelombang berdiri dihasilkan dengan kedua ujungnya tetap, itu berarti ujung gelombang tersebut adalah titik simpul. Gelombang berdiri jenis ini dilakukan dalam tabung yang ditutup kedua sisinya atau dengan tali getar yang diikatkan pada ujungnya.

Misalnya, ketika kita menggetarkan senar gitar, kita menghasilkan gelombang berdiri yang kedua ujungnya tetap.

Dalam hal ini, panjang gelombang dan frekuensi gelombang berdiri ditentukan dengan rumus berikut:

$\begin{array}{c}\lambda_n=\cfrac{2\cdot L}{n}\\[4ex]f_n=\cfrac{v}{\lambda_n}=\cfrac{n\cdot v} {2\cdot L}\end{array}$

Emas:

$\lambda$

adalah panjang gelombang.
$L$

adalah panjang string.
$n$

adalah bilangan harmonik (n=1, 2, 3, 4…).
$f$

adalah frekuensi alami atau harmonik.
$v$

adalah kecepatan rambat gelombang.

harmonik gelombang berdiri dengan kedua ujungnya tetap.png

Seperti terlihat pada gambar di atas, jumlah antinode dan jumlah node bergantung pada bilangan harmonik. Jumlah antinode gelombang berdiri yang kedua ujungnya tetap setara dengan bilangan harmonik, sedangkan jumlah node adalah bilangan harmonik ditambah satu.

$\text{N\'nombre de nœuds}=n+1$

$\text{N\'nombre de ventres}=n$

Gelombang berdiri dengan kedua ujungnya bebas

Terakhir, gelombang berdiri juga dapat mempunyai kedua ujung bebas , sehingga kedua ujung gelombang berdiri merupakan antinode.

Jenis gelombang berdiri ini dihasilkan pada banyak alat musik tiup karena kedua ujungnya terbuka.

Panjang gelombang dan frekuensi gelombang berdiri dengan kedua ujung terbuka dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

$\begin{array}{c}\lambda_{n}=\cfrac{2\cdot L}{n}\\[4ex]f_{n}=\cfrac{v}{\lambda_{n}} =\cfrac{n\cdot v}{2\cdot L}\end{array}$

Emas:

$\lambda$

adalah panjang gelombang.
$L$

adalah panjang string.
$n$

adalah bilangan harmonik (n=1, 2, 3, 4…).
$f$

adalah frekuensi alami atau harmonik.
$v$

adalah kecepatan rambat gelombang.

gelombang berdiri dengan kedua ujungnya bebas

Jika dilihat pada gambar di atas, jenis gelombang berdiri ini mempunyai titik simpul yang sama banyaknya dengan bilangan harmoniknya. Sebaliknya, jumlah antinode golongan gelombang berdiri ini adalah bilangan harmonik ditambah satu.

$\text{N\'nombre de nœuds}=n$

$\text{N\'nombre de ventres}=n+1$

Gelombang berdiri dengan satu ujung tetap dan satu ujung bebas

Ketika gelombang merambat dalam medium yang salah satu ujungnya diam dan ujung lainnya bebas , hal ini berarti salah satu ujung gelombang akan menjadi simpul dan ujung gelombang lainnya akan menjadi antinode.

Jenis gelombang berdiri ini terdapat pada banyak alat musik, misalnya gelombang yang dihasilkan pada terompet, seruling, atau klarinet memiliki satu ujung tetap yang digunakan pemusik untuk meniup, dan ujung bebas lainnya yang digunakan pemusik untuk meniup. Instrumen.

Dalam hal ini, panjang dan frekuensi gelombang berdiri dapat dihitung dengan rumus berikut:

$\begin{array}{c}\lambda_{2n-1}=\cfrac{4\cdot L}{2n-1}\\[4ex]f_{2n-1}=\cfrac{v}{ \lambda_{2n-1}}=\cfrac{v}{4\cdot L}\cdot (2n-1)\end{array}$

Emas:

$\lambda$

adalah panjang gelombang.
$L$

adalah panjang string.
$n$

adalah parameter yang menentukan bilangan harmonik (n=1, 2, 3, 4…).
$f$

adalah frekuensi alami atau harmonik.
$v$

adalah kecepatan rambat gelombang.

Catatan: perlu diingat bahwa dalam hal ini hanya ada harmonik ganjil (1, 3, 5, 7…), karena pada gelombang berdiri jenis ini hanya mungkin menghasilkan kelipatan ganjil dari frekuensi dasar.

gelombang berdiri dengan ujung tetap dan ujung bebas

Dalam hal ini, gelombang berdiri memiliki jumlah node yang sama dengan antinode. Konkritnya, gelombang berdiri memiliki jumlah node dan antinode yang sama banyaknya dengan nilai parameter n harmonik:

$\text{N\'nombre de nœuds}=n$

$\text{N\'nombre de ventres}=n$

Apa itu gelombang berdiri?

Persamaan gelombang berdiri

Node dan antinode gelombang berdiri

Gelombang berdiri dengan kedua ujung tetap

Gelombang berdiri dengan kedua ujungnya bebas

Gelombang berdiri dengan satu ujung tetap dan satu ujung bebas

Tinggalkan komentar Batalkan balasan