AMPLITUDO GELOMBANG: KARAKTERISTIK, FORMULA DAN LATIHAN - FISIK - 2025

The amplitudo gelombang adalah perpindahan maksimum yang titik gelombang pengalaman sehubungan dengan posisi keseimbangan. Gelombang memanifestasikan dirinya di mana-mana dan dalam banyak cara di dunia sekitar kita: di lautan, dalam suara, dan di dawai instrumen yang memproduksinya, dalam cahaya, di permukaan bumi, dan banyak lagi.

Salah satu cara untuk menghasilkan gelombang dan mempelajari perilakunya adalah dengan mengamati getaran suatu tali yang ujungnya tetap. Dengan menghasilkan gangguan di ujung lainnya, setiap partikel string berosilasi dan dengan demikian energi gangguan ditransmisikan dalam bentuk rangkaian pulsa di sepanjang panjangnya.

Gelombang memanifestasikan dirinya dalam banyak cara di alam. Sumber: Pixabay.

Saat energi merambat, string yang seharusnya elastis sempurna mengasumsikan bentuk sinusoidal tipikal dengan puncak dan lembah yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini di bagian berikutnya.

Karakteristik dan makna amplitudo gelombang

Amplitudo A adalah jarak antara puncak dan sumbu referensi atau level 0. Jika disukai, antara lembah dan sumbu referensi. Jika gangguan pada string kecil, amplitudo A kecil. Sebaliknya, jika gangguannya intens, amplitudo akan lebih besar.

Model untuk menggambarkan gelombang terdiri dari kurva sinusoidal. Amplitudo gelombang adalah jarak antara puncak atau lembah dan sumbu referensi. Sumber: PACO

Nilai amplitudo juga merupakan ukuran energi yang dibawa oleh gelombang. Secara intuitif, amplitudo yang besar dikaitkan dengan energi yang lebih tinggi.

Nyatanya energi tersebut sebanding dengan kuadrat amplitudo, yang secara matematis dinyatakan adalah:

Saya ∝A ²

Dimana I adalah intensitas gelombang, pada gilirannya berkaitan dengan energi.

Jenis gelombang yang dihasilkan pada string pada contoh termasuk dalam kategori gelombang mekanik. Karakteristik penting adalah bahwa setiap partikel dalam string selalu berada sangat dekat dengan posisi kesetimbangannya.

Partikel tidak bergerak atau berjalan melalui tali. Mereka berayun ke atas dan ke bawah. Hal ini ditunjukkan dalam diagram di atas dengan panah hijau, namun gelombang beserta energinya bergerak dari kiri ke kanan (panah biru).

Gelombang yang merambat di air memberikan bukti yang diperlukan untuk meyakinkan diri Anda akan hal ini. Mencermati pergerakan daun yang jatuh ke kolam, diketahui bahwa daun itu hanya berosilasi mengikuti pergerakan air. Itu tidak pergi terlalu jauh, kecuali tentu saja, ada kekuatan lain yang menyediakannya dengan gerakan lain.

Pola gelombang yang ditunjukkan pada gambar terdiri dari pola berulang dimana jarak antara dua puncak adalah panjang gelombang λ . Jika Anda suka, panjang gelombang juga memisahkan dua titik identik pada gelombang, bahkan ketika keduanya tidak berada di puncak.

Deskripsi matematis gelombang

Secara alami, gelombang dapat digambarkan dengan fungsi matematika. Fungsi periodik seperti sinus dan kosinus ideal untuk tugas tersebut, apakah Anda ingin merepresentasikan gelombang dalam ruang dan waktu.

Jika kita menyebut sumbu vertikal pada gambar “y” dan sumbu horizontal yang kita sebut “t”, maka perilaku gelombang dalam waktu dinyatakan dengan:

y = A cos (ωt + δ)

Untuk gerakan ideal ini, setiap partikel string berosilasi dengan gerakan harmonik sederhana, yang berasal dari gaya yang berbanding lurus dengan perpindahan yang dilakukan oleh partikel tersebut.

Dalam persamaan yang diusulkan, A, ω dan δ adalah parameter yang menggambarkan gerakan, A adalah amplitudo yang didefinisikan di atas sebagai perpindahan maksimum yang dialami partikel terhadap sumbu referensi.

Argumen kosinus disebut fase gerakan dan δ adalah konstanta fase , yaitu fase ketika t = 0. Fungsi cosinus dan fungsi sinus sama-sama tepat untuk mendeskripsikan gelombang, karena hanya berbeda satu sama lain π / dua.

Secara umum, dimungkinkan untuk memilih t = 0 dengan δ = 0 untuk menyederhanakan pernyataannya, sehingga diperoleh:

y = A cos (ωt)

Karena gerakannya berulang-ulang baik dalam ruang maupun waktu, terdapat karakteristik waktu yaitu periode T , yang didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan partikel untuk melakukan osilasi lengkap.

Deskripsi gelombang dalam waktu: parameter karakteristik

Gambar ini menunjukkan gambaran gelombang dalam waktu. jarak antara puncak (atau lembah) sekarang sesuai dengan periode gelombang. Sumber: PACO

Sekarang, baik sinus dan cosinus mengulangi nilainya ketika fase meningkat sebesar 2π, sehingga:

ωT = 2π → ω = 2π / T

A ω disebut frekuensi sudut gerakan dan memiliki dimensi dari kebalikan waktu, satuannya adalah radian / sekon atau ^-1 sekon dalam sistem internasional .

Akhirnya, frekuensi gerakan f dapat didefinisikan sebagai kebalikan atau kebalikan dari periode. Merepresentasikan jumlah puncak per unit waktu, dalam hal ini:

f = 1 / T

ω = 2πf

Baik f ​​dan ω memiliki dimensi dan satuan yang sama. Selain ^-1 detik , yang disebut Hertz atau hertz, kita sering mendengar tentang revolusi per detik atau revolusi per menit.

Kecepatan gelombang v yang harus ditekankan tidak sama dengan kecepatan yang dialami partikel dapat dengan mudah dihitung jika diketahui panjang gelombang λ dan frekuensi f:

v = λf

Jika osilasi yang dialami partikel adalah jenis harmonik sederhana, frekuensi sudut dan frekuensi hanya bergantung pada sifat partikel yang berosilasi dan karakteristik sistem. Amplitudo gelombang tidak mempengaruhi parameter ini.

Misalnya, saat memainkan not musik pada gitar, not tersebut akan selalu memiliki nada yang sama meskipun dimainkan dengan intensitas yang lebih besar atau lebih kecil, dengan cara ini C akan selalu berbunyi seperti C, meskipun terdengar lebih keras atau lebih lembut di a komposisi, baik pada piano atau gitar.

Di alam, gelombang yang diangkut dalam medium material ke segala arah dilemahkan karena energinya hilang. Untuk alasan ini, amplitudo berkurang dengan kebalikan jarak r dari sumber, dimungkinkan untuk menegaskan bahwa:

A∝1 / r

Latihan diselesaikan

Gambar tersebut menunjukkan fungsi y (t) untuk dua gelombang, di mana y dalam meter dan t dalam detik. Untuk setiap temuan:

a) Amplitudo

b) Periode

c) Frekuensi

d) Persamaan setiap gelombang dalam hal sinus atau cosinus.

Jawaban

a) Ini diukur langsung dari grafik, menggunakan grid: gelombang biru: A = 3,5 m; gelombang fuchsia: A = 1,25 m

b) Juga dibaca dari grafik, menentukan pemisahan antara dua puncak atau lembah yang berurutan: gelombang biru: T = 3,3 detik; fuchsia wave T = 9,7 detik

c) Dihitung dengan mengingat bahwa frekuensi adalah kebalikan dari periode: gelombang biru: f = 0,302 Hz; gelombang fuchsia: f = 0,103 Hz.

d) Gelombang biru: y (t) = 3,5 cos (ωt) = 3,5 cos (2πf.t) = 3,5 cos (1,9t) m; Gelombang fuchsia: y (t) = 1.25 sin (0.65t) = 1.25 cos (0.65t + 1.57)

Perhatikan bahwa gelombang fuchsia berada di luar fase π / 2 sehubungan dengan gelombang biru, yang memungkinkan untuk mewakilinya dengan fungsi sinus. Atau cosinus bergeser π / 2.