APA LEMBAH DALAM FISIKA? (DENGAN CONTOH) - FISIK - 2025

The lembah dalam fisika adalah nama yang diterapkan dalam studi fenomena gelombang, untuk menunjukkan minimum atau nilai terendah dari gelombang. Jadi, lembah dianggap sebagai cekungan atau depresi.

Dalam kasus gelombang melingkar yang terbentuk di permukaan air ketika jatuh atau batu jatuh, depresi adalah lembah gelombang dan tonjolan adalah punggung bukit.

Gambar 1. Lembah dan punggung bukit dalam gelombang melingkar. Sumber: pixabay

Contoh lain adalah gelombang yang dihasilkan dalam string kencang, salah satu ujungnya dibuat berosilasi secara vertikal, sedangkan ujung lainnya tetap. Dalam hal ini gelombang yang dihasilkan merambat dengan kecepatan tertentu, berbentuk sinusoidal dan juga terdiri dari lembah dan pegunungan.

Contoh di atas mengacu pada gelombang transversal, karena lembah dan punggung bukit melintang atau tegak lurus dengan arah rambat.

Namun, konsep yang sama dapat diterapkan pada gelombang longitudinal seperti suara di udara, yang osilasinya terjadi pada arah rambat yang sama. Di sini lembah gelombang akan menjadi tempat kepadatan udara minimum dan puncak di mana udara lebih padat atau terkompresi.

Parameter gelombang

Jarak antara dua lembah, atau jarak antara dua pegunungan, disebut panjang gelombang dan dilambangkan dengan huruf Yunani λ. Satu titik pada gelombang berubah dari berada di lembah menjadi puncak saat osilasi menyebar.

Gambar 2. Osilasi gelombang. Sumber: wikimedia commons

Waktu yang berlalu dari lembah-puncak-lembah, berada dalam posisi tetap, disebut periode osilasi dan waktu ini dilambangkan dengan huruf besar t: T.

Dalam waktu periode T gelombang memajukan panjang gelombang λ, oleh karena itu dikatakan bahwa kecepatan v saat gelombang maju adalah:

v = λ / T

Pemisahan atau jarak vertikal antara lembah dan puncak gelombang adalah dua kali amplitudo osilasi, yaitu jarak dari lembah ke pusat osilasi vertikal adalah amplitudo A gelombang.

Lembah dan punggung bukit dalam gelombang harmonis

Gelombang dikatakan harmonis jika bentuknya dijelaskan oleh fungsi matematika sinus atau kosinus. Secara umum, gelombang harmonik dituliskan sebagai:

y (x, t) = A cos (k⋅x ± ω⋅t)

Dalam persamaan ini, variabel y mewakili deviasi atau perpindahan terhadap posisi kesetimbangan (y = 0) pada posisi x pada waktu t.

Parameter A adalah amplitudo osilasi, kuantitas selalu positif yang mewakili deviasi dari lembah gelombang ke pusat osilasi (y = 0). Dalam gelombang harmonik, deviasi y, dari lembah ke puncak, adalah A / 2.

Nomor gelombang

Parameter lain yang muncul pada rumus gelombang harmonik, khususnya pada argumen fungsi sinus, adalah bilangan gelombang k dan frekuensi sudut ω.

Bilangan gelombang k terkait dengan panjang gelombang λ dengan ekspresi berikut:

k = 2π / λ

Frekuensi sudut

Frekuensi sudut ω terkait dengan periode T dengan:

ω = 2π / T

Perhatikan bahwa ± muncul dalam argumen fungsi sinus, yaitu, dalam beberapa kasus tanda positif diterapkan dan di kasus lain tanda negatif.

Jika sebuah gelombang merambat ke arah x positif, maka tanda minus (-) harus diterapkan. Sebaliknya, dalam gelombang yang merambat ke arah negatif, tanda positif (+) diterapkan.

Kecepatan gelombang harmonik

Kecepatan rambat gelombang harmonik dapat dituliskan sebagai fungsi frekuensi sudut dan bilangan gelombang sebagai berikut:

v = ω / k

Mudah untuk menunjukkan bahwa ungkapan ini benar-benar ekuivalen dengan yang kita berikan sebelumnya dalam hal panjang gelombang dan periode.

Lembah contoh: tali jemuran

Seorang anak bermain ombak dengan tali jemuran, yang salah satu ujungnya dilepaskannya dan membuatnya berosilasi dalam gerakan vertikal dengan kecepatan 1 osilasi per detik.

Selama proses ini, anak tetap diam di tempat yang sama dan hanya menggerakkan lengannya ke atas dan ke bawah dan sebaliknya.

Sementara bocah laki-laki itu menghasilkan ombak, kakak laki-lakinya mengambil fotonya dengan ponselnya. Jika Anda membandingkan besarnya ombak dengan mobil yang diparkir di belakang tali, Anda melihat bahwa jarak vertikal antara lembah dan punggung bukit sama dengan tinggi jendela mobil (44 cm).

Pada foto juga terlihat bahwa jarak antara dua lembah yang berurutan adalah sama dengan jarak antara tepi belakang pintu belakang dan tepi depan pintu depan (2,6 m).

Fungsi gelombang harmonik untuk string

Dengan data tersebut, sang kakak mengusulkan untuk mencari fungsi gelombang harmonik dengan asumsi momen awal (t = 0) momen saat tangan adiknya berada di titik tertinggi.

Ini juga akan mengasumsikan bahwa sumbu x dimulai (x = 0) di tempat tangan, dengan arah maju positif dan melewati tengah osilasi vertikal. Dengan informasi ini Anda dapat menghitung parameter gelombang harmonik:

Amplitudo setengah dari ketinggian dari lembah ke punggung bukit, yaitu:

A = 44cm / 2 = 22cm = 0,22m

Nomor gelombangnya adalah

k = 2π / (2,6 m) = 2,42 rad / m

Saat anak mengangkat dan menurunkan tangannya dalam waktu satu detik maka frekuensi sudut akan menjadi

ω = 2π / (1 dtk) = 6,28 rad / dtk

Singkatnya, rumus gelombang harmonik adalah

y (x, t) = 0,22m cos (2,42⋅x - 6,28 ⋅t)

Kecepatan rambat gelombang akan menjadi

v = 6,28 rad / s / 2,42 rad / m = 15,2 m / s

Posisi lembah di atas tali

Lembah pertama satu detik setelah memulai gerakan tangan akan berada pada jarak d dari anak dan diberikan oleh hubungan berikut:

y (d, 1s) = -0.22m = 0.22m cos (2.42⋅d - 6.28 ⋅1)

Artinya itu

cos (2.42⋅d - 6.28) = -1

Artinya

2,42⋅d - 6,28 = -π

2.42⋅d = π

d = 1,3 m (posisi lembah terdekat pada t = 1s)

Referensi

1. Giancoli, D. Fisika. Prinsip dengan Aplikasi. Edisi ke-6. Prentice Hall. 80-90
2. Resnick, R. (1999). Fisik. Volume 1. Edisi ketiga dalam bahasa Spanyol. Mexico. Editorial Compañía Continental SA de CV 100-120.
3. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7. Edisi. Mexico. Editor Pembelajaran Cengage. 95-100.
4. Senar, gelombang berdiri dan harmonisa. Diperoleh dari: newt.phys.unsw.edu.au

Gelombang dan Gelombang Harmonik Mekanik Sederhana. Diperoleh dari: physicskey.com.