GELOMBANG LONGITUDINAL: KARAKTERISTIK, PERBEDAAN, CONTOH - FISIK - 2025

The gelombang longitudinal yang diwujudkan dalam sarana material yang partikel paralel berosilasi ke arah gelombang perjalanan. seperti yang akan terlihat pada gambar berikut. Inilah ciri khasnya.

Gelombang suara, gelombang tertentu yang muncul selama gempa bumi dan yang dihasilkan dalam aliran licin atau pegas ketika diberikan impuls kecil ke arah porosnya, adalah contoh yang baik dari kelas gelombang ini.

Gambar 1. Suara adalah gelombang longitudinal yang menghasilkan kompresi dan ekspansi berturut-turut di udara. Sumber: Wikimedia Commons. Pluke

Suara dihasilkan ketika suatu objek (seperti garpu tala gambar, alat musik atau pita suara) dibuat bergetar dalam media yang mampu mentransmisikan gangguan melalui getaran molekulnya. Udara adalah media yang cocok, tetapi juga cairan dan padatan.

Gangguan tersebut berulang kali mengubah tekanan dan kepadatan medium. Dengan cara ini, gelombang menghasilkan kompresi dan ekspansi (penghalusan) dalam molekul medium, karena energi bergerak pada kecepatan tertentu v .

Perubahan tekanan ini dirasakan oleh telinga melalui getaran di gendang telinga, yang bertanggung jawab untuk diubah oleh jaringan saraf menjadi arus listrik kecil. Setelah mencapai otak, itu menafsirkannya sebagai suara.

Dalam gelombang longitudinal pola yang berulang terus menerus disebut siklus, dan durasinya adalah periode gelombang. Ada juga amplitudo yang merupakan intensitas maksimum dan diukur sesuai dengan besaran yang dijadikan acuan, dalam hal bunyi dapat berupa variasi tekanan dalam medium.

Parameter penting lainnya adalah panjang gelombang: jarak antara dua kompresi atau ekspansi berturut-turut, lihat gambar 1. Dalam Sistem Internasional panjang gelombang diukur dalam meter. Terakhir adalah kecepatannya (dalam meter / detik untuk Sistem Internasional), yang menunjukkan seberapa cepat energi merambat.

Bagaimana gelombang longitudinal muncul pada gelombang laut?

Dalam badan akuatik, gelombang dihasilkan oleh berbagai sebab (perubahan tekanan, angin, interaksi gravitasi dengan bintang lain). Dengan cara ini, gelombang laut dapat diklasifikasikan menjadi:

- Gelombang angin

- Pasang

- Tsunami

Deskripsi gelombang ini cukup kompleks. Secara umum, di perairan dalam, gelombang bergerak secara longitudinal, menghasilkan kompresi dan perluasan media secara berkala, seperti yang dijelaskan di awal.

Namun, di permukaan laut, ada sedikit perbedaan, karena yang disebut gelombang permukaan mendominasi di sana, yang menggabungkan karakteristik gelombang longitudinal dan gelombang transversal. Oleh karena itu, gelombang yang bergerak di kedalaman lingkungan akuatik sangat berbeda dengan yang bergerak di permukaan.

Sebuah batang kayu yang mengapung di permukaan laut memiliki semacam gerakan bolak-balik atau berputar perlahan. Memang, ketika gelombang pecah di pantai, itu adalah komponen longitudinal gelombang yang mendominasi, dan sebagai respons terhadap pergerakan molekul air yang mengelilinginya, ia juga diamati datang dan pergi di permukaan.

Gambar 2. Gelombang laut di permukaan adalah gelombang yang sebagian memiliki ciri gelombang longitudinal dan sebagian lagi transversal. Sumber: Sumber: Vargklo di en.wikipedia

Hubungan antara kedalaman dan panjang gelombang

Faktor-faktor yang menentukan jenis gelombang yang dihasilkan adalah: kedalaman air dan panjang gelombang laut. Jika kedalaman air pada suatu titik disebut d, dan panjang gelombangnya λ, gelombang berubah dari longitudinal menjadi superfisial ketika:

Di permukaan, molekul air memperoleh gerakan rotasi yang hilang saat kedalaman meningkat. Gesekan massa air dengan dasar menyebabkan orbit ini menjadi elips, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.

Di pantai, perairan dekat pantai lebih gelisah karena di sana ombak pecah, partikel air melambat di dasar dan ini menyebabkan lebih banyak air menumpuk di punggung bukit. Sebaliknya, di perairan yang lebih dalam, terlihat bagaimana gelombang melunak.

Ketika d >> λ / 2 kita memiliki gelombang air dalam atau gelombang pendek, ukuran orbit lingkaran atau elips berkurang dan gelombang longitudinal mendominasi. Dan jika d << λ / 2 gelombang berasal dari perairan permukaan atau gelombang panjang.

Beda dengan gelombang geser

Gelombang longitudinal dan transversal termasuk dalam kategori gelombang mekanik, yang membutuhkan media material untuk perambatannya.

Perbedaan utama yang dibuat antara keduanya telah disebutkan di awal: dalam gelombang transversal, partikel media bergerak tegak lurus terhadap arah rambat gelombang, sedangkan dalam gelombang longitudinal, partikel-partikel tersebut berosilasi ke arah yang sama diikuti oleh gangguan. Tetapi ada fitur yang lebih khas:

Lebih banyak perbedaan antara gelombang transversal dan longitudinal

- Dalam gelombang transversal, puncak dan lembah dibedakan, yang dalam gelombang longitudinal setara dengan kompresi dan ekspansi.

- Perbedaan lainnya adalah gelombang longitudinal tidak terpolarisasi karena arah kecepatan gelombang sama dengan arah pergerakan partikel yang berosilasi.

- Gelombang transversal dapat merambat di media apapun dan bahkan dalam ruang hampa, seperti gelombang elektromagnetik. Di sisi lain, di dalam fluida, yang tidak memiliki kekakuan, partikel tidak memiliki pilihan lain selain meluncur melewati satu sama lain dan bergerak seperti gangguan, yaitu secara longitudinal.

Akibatnya, gelombang yang berasal dari tengah samudera dan massa atmosfer adalah longitudinal, karena gelombang transversal membutuhkan media dengan kekakuan yang cukup untuk memungkinkan karakteristik gerakan tegak lurus.

- Gelombang longitudinal menyebabkan variasi tekanan dan densitas pada media tempat mereka merambat. Di sisi lain, gelombang transversal tidak mempengaruhi medium dengan cara ini.

Persamaan Antara Gelombang Longitudinal dan Transversal

Mereka memiliki kesamaan bagian yang sama: periode, amplitudo, frekuensi, siklus, fase, dan kecepatan. Semua gelombang mengalami refleksi, refraksi, difraksi, interferensi, dan efek Doppler serta membawa energi melalui medium.

Meskipun puncak dan lembah merupakan ciri khas dari gelombang transversal, kompresi pada gelombang longitudinal analog dengan puncak dan perluasan ke lembah, sedemikian rupa sehingga kedua gelombang tersebut mengakui deskripsi matematis yang sama tentang gelombang sinus atau sinusoidal.

Contoh gelombang longitudinal

Gelombang suara adalah gelombang longitudinal yang paling khas dan termasuk yang paling banyak dipelajari, karena merupakan dasar dari komunikasi dan ekspresi musik, alasan pentingnya gelombang tersebut dalam kehidupan masyarakat. Selain itu, gelombang suara memiliki aplikasi penting dalam pengobatan, baik dalam diagnosis maupun pengobatan.

Teknik ultrasound terkenal untuk mendapatkan citra medis, serta untuk pengobatan batu ginjal, di antara aplikasi lainnya. Ultrasonografi dihasilkan oleh kristal piezoelektrik yang mampu menciptakan gelombang tekanan longitudinal ketika medan listrik diterapkan (juga menghasilkan arus saat tekanan diterapkan).

Untuk benar-benar melihat seperti apa gelombang longitudinal, tidak ada yang lebih baik dari pegas koil atau slinky. Dengan memberikan dorongan kecil ke pegas, segera untuk mengamati bagaimana kompresi dan ekspansi disebarkan secara bergantian sepanjang belokan.

- Gelombang seismik

Gelombang longitudinal juga merupakan bagian dari gerakan seismik. Gempa bumi terdiri dari berbagai jenis gelombang, di antaranya adalah gelombang P atau gelombang primer dan gelombang S atau gelombang sekunder. Yang pertama adalah longitudinal, sedangkan yang terakhir partikel medium bergetar ke arah yang melintang ke perpindahan gelombang.

Dalam gempa bumi, baik gelombang longitudinal (gelombang P primer) dan gelombang transversal (gelombang S sekunder) dan jenis lainnya, seperti gelombang Rayleigh dan gelombang Love, diproduksi di permukaan.

Faktanya, gelombang longitudinal adalah satu-satunya gelombang yang diketahui melakukan perjalanan melalui pusat bumi. Karena mereka hanya bergerak dalam media cair atau gas, para ilmuwan mengira bahwa inti bumi sebagian besar terdiri dari besi cair.

- Latihan aplikasi

Gelombang P dan gelombang S yang dihasilkan selama gempa bergerak dengan kecepatan berbeda di Bumi, sehingga waktu kedatangannya di stasiun seismograf berbeda (lihat gambar 3). Berkat hal ini, jarak ke episentrum gempa dapat ditentukan dengan triangulasi, menggunakan data dari tiga stasiun atau lebih.

Gambar 3. Gelombang seismik P dan S tiba di seismograf dengan waktu yang berbeda, karena kecepatannya berbeda. Sumber: Wikimedia Commons.

Misalkan v _P = 8 km / s adalah kecepatan gelombang P, sedangkan kecepatan gelombang S adalah v _S = 5 km / s. Gelombang P tiba 2 menit sebelum gelombang pertama S. Bagaimana cara menghitung jarak dari episentrum?

Balasan

Misalkan D adalah jarak antara episentrum dan stasiun seismologi. Dengan data yang disediakan, waktu tempuh t _P dan t _S setiap gelombang dapat ditemukan:

v _P = D / t _P

v _S = D / t _S

Selisihnya adalah Δt = t _S - t _P :

Δt = D / v _S - D / v _P = D (1 / v _S - 1 / v _P )

Memecahkan nilai D:

D = Δt / (1 / v _S - 1 / v _P ) = (Δt. V _P. V _C ) / (v _P - v _C )

Mengetahui bahwa 2 menit = 120 detik dan mengganti nilai lainnya:

D = 120 dtk. (8 km / s. 5 km / s) / (8 - 5 km / s) = 1600 km.

Referensi

1. Perbedaan antara Gelombang Transversal dan Longitudinal. Diperoleh dari: physicsabout.com.
2. Figueroa, D. 2005. Gelombang dan Fisika Kuantum. Seri Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 7. Diedit oleh Douglas Figueroa. Universitas Simon Bolivar. 1-58.
3. Infrasonik dan Ultrasonografi. Diperoleh dari: lpi.tel.uva.es
4. Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. Pearson. 263-286.
5. Russell, D. Gerak Gelombang Longitudinal dan Transversal. Diperoleh dari: acs.psu.edu.
6. Gelombang Air. Diperoleh dari: labman.phys.utk.edu.