GELOMBANG PERMUKAAN: KARAKTERISTIK, JENIS DAN CONTOH - FISIK - 2025

Gelombang permukaan adalah gelombang di mana partikel bergetar memiliki gerakan dalam dua dimensi, seperti gelombang yang dihasilkan ketika batu jatuh ke kolam atau danau.

Jenis gelombang ini terjadi pada antarmuka antara dua media yang berbeda, seperti laut dan udara, atau antara permukaan bumi dan udara. Ini adalah gelombang di mana partikel mengalami transversal yang dikombinasikan dengan perpindahan longitudinal, yaitu dua dimensi.

Gambar 1. Gelombang permukaan di kolam. Sumber: Pixabay.

Misalnya, partikel air di permukaan laut - gelombang - bergerak secara melingkar. Ketika ombak pecah di pantai, perpindahan longitudinal mendominasi dan oleh karena itu rumput laut atau sepotong kayu yang mengapung terlihat bergerak mulus dari depan ke belakang.

Gelombang juga bergerak di permukaan bumi dengan cara yang dianalogikan dengan gelombang laut. Gelombang ini bergerak dengan kecepatan lebih lambat daripada gelombang yang bergerak secara internal melalui volume bumi, tetapi gelombang tersebut mampu menyebabkan resonansi pada bangunan dengan lebih mudah.

Karena gelombang menghasilkan getaran dan membawa energi, mereka memiliki efek merusak selama gempa bumi.

Gambar 2. Gelombang permukaan di lautan. Partikel air bergerak searah jarum jam ketika gerakan gelombang dari kiri ke kanan. Di titik tertinggi mereka berada di puncak gelombang, sedangkan titik terendah disebut saluran. Sumber gambar kiri: F. Zapata. Sumber gambar kanan: Giambattista, A. 2010. Fisika. 2nd. Edisi. McGraw Hill.

Jenis gelombang permukaan

Semua jenis gelombang, apakah dangkal atau tidak, adalah solusi dari persamaan gelombang, yang berlaku untuk hampir semua jenis gerakan gelombang, tidak hanya mekanik, seperti dalam contoh yang dijelaskan, tetapi juga gelombang elektromagnetik, yang merupakan jenis gelombang yang berbeda karena melintang.

Persamaan gelombang, yang diperoleh dengan mempertimbangkan hukum kedua Newton, ditulis seperti ini:

Pada persamaan di atas, u adalah fungsi gelombang yang bergantung pada tiga koordinat spasial x, y, dan z ditambah waktu t: u = u (x, y, z, t). Selanjutnya v adalah kecepatan gangguan. Persamaan gelombang dapat dinyatakan dalam sistem koordinat lain tergantung pada geometri yang dibutuhkan.

Untuk mencari solusi persamaan, disesuaikan dengan kondisi soal, di mana, misalnya, geometri dibatasi dan sifat-sifat media tempat gangguan bergerak ditetapkan.

Ada banyak jenis gelombang permukaan, seperti:

Gelombang gravitasi (gravitasi gelombang) seperti gelombang laut yang dijelaskan di awal, di mana gravitasi memberikan gaya pemulihan yang memungkinkan gerakan transversal.

- Gelombang permukaan dalam kolam, berikut adalah tegangan permukaan air yang digunakan sebagai gaya pemulih.

-Gelombang elastis permukaan yang bergerak di permukaan bumi saat gempa bumi.

-Gelombang elektromagnetik, yang meskipun bersifat transversal, dapat dipandu dengan baik untuk bergerak di permukaan.

-Beberapa jenis gelombang yang dihasilkan di senar gitar saat senar dipukul dengan paksa.

Gelombang elastis superfisial di permukaan bumi

Gambar 3. Gelombang permukaan di permukaan bumi. Gerak partikel merupakan kombinasi perpindahan melintang dan membujur. Sumber: Giambattista, A. 2010. Fisika. 2nd. Edisi. McGraw Hill.

Saat menyelesaikan persamaan gelombang, solusinya, seperti yang telah kita katakan, sesuai dengan jenis gelombang yang berbeda. Ketika gangguan bergerak dalam medium padat seperti kerak bumi, dimungkinkan untuk membuat beberapa asumsi tentang hal itu yang menyederhanakan prosesnya.

Oleh karena itu, media dianggap elastis sempurna, homogen dan isotropik, yang berarti sifat-sifatnya sama terlepas dari posisi atau arahnya.

Dengan pemikiran ini, dua solusi untuk persamaan gelombang dalam media elastis sesuai dengan gelombang permukaan:

- Waves of Rayleigh, dinamai sesuai nama Lord Rayleigh (1842-1919), fisikawan Inggris yang pertama kali mendeskripsikannya.

-Waves of Love, oleh Augustus Love, ahli geofisika dan matematikawan Inggris (1863-1940) yang mengembangkan teori gelombang ini dalam karyanya tentang elastisitas.

Dalam seismik, gelombang ini disebut gelombang L, untuk membedakannya dari gelombang P dan gelombang S, keduanya dianggap gelombang volume (gelombang tubuh) yang juga merupakan solusi persamaan gelombang dengan kondisi yang dijelaskan di atas. Gelombang P membujur dan gelombang S melintang.

Contoh gelombang permukaan

Gelombang Rayleigh

Dalam gelombang Rayleigh, partikel muka gelombang bergetar pada bidang vertikal, oleh karena itu dikatakan terpolarisasi secara vertikal. Partikel bergerak dalam bentuk elips, tidak seperti gelombang di permukaan laut, yang gerakannya melingkar, seperti yang dikatakan di awal (meskipun di dekat pantai bentuknya agak elips).

Sumbu utama elips berbentuk vertikal dan sumbu minor mengikuti arah rambat, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Di sana juga dicatat bahwa gerakannya mundur, yaitu dilakukan berlawanan arah jarum jam.

Gambar 4. Gelombang rayleigh. Sumber: Lowrie, W. 2007. Dasar-dasar Geofisika. 2nd. Edisi. Cambridge University Press.

Perbedaan penting lainnya dengan gelombang air adalah bahwa gelombang Rayleigh hanya dapat merambat di media padat, karena ada gaya geser yang tidak terjadi pada zat cair.

Amplitudo perpindahan partikel berkurang secara eksponensial dengan kedalaman, karena gelombang terbatas pada permukaan, meskipun jika itu adalah gempa bumi dengan intensitas tinggi, gelombang tersebut dapat mengelilingi bumi beberapa kali sebelum menghilang sepenuhnya. .

Gelombang Cinta

Dalam gelombang Cinta, partikel-partikel terpolarisasi secara horizontal dan memiliki amplitudo gerakan yang besar sejajar dengan permukaan. Mereka bergerak dengan kecepatan yang sedikit lebih lambat dari gelombang Rayleigh, meskipun kecepatan jenis gelombang ini bergantung pada panjang gelombang (gelombang dispersif).

Agar gelombang ini dapat merambat, di tengah-tengahnya harus ada lapisan dengan kecepatan rendah yang ditumpangkan pada setidaknya satu lapisan dengan kecepatan lebih tinggi. Seperti gelombang Rayleigh, gelombang Cinta yang dihasilkan selama gempa bumi dapat mengelilingi Bumi beberapa kali sebelum menyebarkan energinya.

Gambar 5. Gelombang Cinta. Sumber: Wikimedia Commons. Nicoguaro

Gulungan tanah

Varian gelombang Rayleigh ini, yang disebut ground roll, ditemukan dalam catatan eksplorasi seismik. Ini dianggap noise dan harus dihindari, karena karena amplitudonya yang besar, terkadang menutupi pantulan yang ingin Anda lihat.

Gelombang laut

Pada kedalaman yang luar biasa, gelombang laut adalah gelombang longitudinal, seperti gelombang suara. Ini berarti arah rambatnya sama dengan arah getaran partikel.

Namun, gelombang, di dekat permukaan, memiliki komponen longitudinal dan transversal, menyebabkan partikel mengikuti jalur yang hampir melingkar (lihat gambar 2 kanan).

Gambar 6. Gelombang laut adalah gelombang permukaan. Sumber: Pixabay.

Referensi

1. Figueroa, D. 2005. Gelombang dan Fisika Kuantum. Seri Fisika untuk Sains dan Teknik. Disunting oleh D. Figueroa.
2. Giambattista, A. 2010. Fisika. McGraw Hill.
3. Lowrie, W. 2007. Dasar-dasar Geofisika. 2nd. Edisi. Cambridge University Press.
4. Wikipedia. Gelombang Cinta. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Gelombang Rayleigh. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Gelombang permukaan. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.