Gelombang Longitudinal: Pengertian dan contoh

Gelombang longitudinal adalah gelombang di mana perpindahan melalui media berada dalam arah yang sama dengan perpindahan gelombang, terlepas dari arah.

Ada berbagai jenis beberapa gelombang, termasuk gelombang longitudinal. Jenis gelombang ini terjadi ketika partikel bergerak menengah di arah yang sama dengan gelombang itu sendiri. Untuk penjelasan lebih jauh lagi silahkan simak uraian di bawah ini semoga bermanfaat!

Gelombang ini Memiliki arah getarnya yang berimpit atau searah dengan arah rambat gelombang. Suatu gelombang longitudinal tidak menyatakan suatu deretan bukit atau lembah gelombang. tetapi suatu deretan rapatan dan renggangan. Rapatan dan renggangan gelombang longitudinal dapat dilihat pada sebuah kawat spiral yang dibentangkan mendatar.

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang memiliki arah getaran yang sama dengan arah rambatan. Artinya arah gerakan medium gelombang sama atau berlawanan arah dengan perambatan gelombang.

Gelombang longitudinal mekanis juga disebut sebagai gelombang mampatan atau gelombang kompresi. Contoh-contoh gelombang longitudinal adalah gelombang suara dan gelombang-P seismik yang disebabkan oleh gempa dan ledakan.

Persamaan Maxwell mengindikasikan gelombang elektromagnetik berbentuk gelombang transversal dalam ruang hampa, namun gelombang elektromagnetik dalam medium plasma bisa berbentuk transversal, longitudinal, atau campuran keduanya.

w

Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang dapat merambat melalui gas, zat padat, maupun zat cair dengan kecepatan yang tergantung pada sifat elastis dan sifat inersia medium rambat. Manusia hanya dapat mendengar  gelombang bunyi dengan frekuensi antara 20 Hz sampai dengan 20 KHz.

Gelombang bunyi dengan frekuensi di bawah 20 Hz disebut gelombang  infrasonik, misalnya gempa bumi. Gelombang bunyi yang melebihi frekuensi 20  KHz disebut gelombang ultrasonik.

Gelombang longitudinal, juga dikenal sebagai gelombang yang memiliki arah yang sama atau berlawanan dengan arah sebagai transfer energi. gelombang mengikuti jalan yang sama atau jalur yang berlawanan sebagai jalur transfer energi. Jadi, jika energi sedang ditransfer dari kanan ke kiri, maka gelombang akan baik perjalanan kiri ke kanan atau kanan ke kiri. Gelombang longitudinal memerlukan media untuk dapat berjalan.

Suatu gelombang longitudinal dapat juga dikatakn getaran yang bergerak dalam media secara paralel atau sejajar ke arah gerakan. Ketika satu partikel getaran terganggu, melewatkan gangguan ke partikel berikutnya, serta mengangkut energi gelombang. Ketika energi sedang diangkut, medium partikel bisa tergeser dengan gerakan kiri dan kanan.

Misalnya, jika gelombang longitudinal bergerak ke Timur melalui media, gangguan akan bergetar secara paralel pada arah kiri-ke-kanan bergantian bukan gerakan naik-turun sebuah gelombang transversal.

Gelombang longitudinal dapat dipecah menjadi dua kategori, yaitu non-elektromagnetik dan elektromagnetik. Perbedaan utama antara keduanya adalah bahwa gelombang elektromagnetik dapat memancarkan energi melalui ruang hampa, sementara gelombang non-elektromagnetik tidak bisa.

Gelombang non elektromagnetik antara lain adalah tekanan dan gelombang suara. Gelombang plasma yang dianggap sebagai gelombang longitudinal elektromagnetik.

Pengertian

Gelombang longitudinal juga disebut gelombang kompresi atau gelombang kompresibilitas, karena mereka menyebabkan kompresi dan penghalusan ketika bepergian melalui media, dan gelombang tekanan menyebabkan peningkatan dan penurunan tekanan.

Contoh pertama yang menggambarkan kasus gelombang longitudinal adalah gelombang suara. Jika pusat suara adalah titik fokus yang menghasilkan gelombang, bagian depan gelombang menjauh dari fokus, mentransmisikan suara melalui media propagasi, seperti udara.

Di sisi lain, setiap partikel dari muka gelombang apa pun berosilasi dalam arah rambat, awalnya didorong ke arah rambat karena peningkatan tekanan yang disebabkan oleh fokus, kembali ke posisi sebelumnya karena penurunan tekanan. disebabkan oleh perpindahan mereka. Dengan cara ini, lapisan udara (depan) yang berurutan mendorong satu sama lain untuk mentransmisikan suara, dan untuk alasan ini gelombang suara adalah gelombang longitudinal, dan membutuhkan media material untuk bergerak (padat, cair atau gas).

Jenis utama gelombang lainnya adalah gelombang transversal, di mana perpindahan melalui medium berada pada sudut yang tepat terhadap arah propagasi. Beberapa gelombang transversal bersifat mekanis, yang berarti bahwa gelombang membutuhkan media untuk dilalui. Gelombang mekanis transversal juga disebut “gelombang T” atau “gelombang geser”.

Contoh gelombang longitudinal

Contoh ini termasuk dalam konsep gelombang longitudinal: gelombang suara (getaran dalam tekanan, perpindahan partikel dan kecepatan partikel yang diperbanyak dalam media elastis) dan gelombang seismik tipe-P (dibuat oleh gempa bumi dan ledakan).

Dalam gelombang longitudinal, perpindahan media sejajar dengan propagasi gelombang, yang berarti bahwa gelombang yang merambat dalam panjang pegas (mainan Slinky), di mana jarak antara loop meningkat dan menurun, adalah visualisasi yang baik. Gelombang suara di udara adalah gelombang tekanan longitudinal.

1. Gelombang suara

Dalam kasus gelombang suara longitudinal harmonik, hubungan antara perpindahan, waktu dan frekuensi dapat dijelaskan dengan rumus

gelombang longitudinal

dimana:

  • “y” mewakili perpindahan titik dalam gelombang suara bergerak;
  • “x” menunjukkan jarak yang ditempuh titik ini dari sumber gelombang;
  • “t” mewakili waktu yang telah berlalu;
  • “A0” mewakili amplitudo osilasi,
  • “c” mewakili kecepatan gelombang;
  • “ω” mewakili frekuensi sudut gelombang.

Besaran x / c adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menempuh jarak x.

Frekuensi biasa dari gelombang (f) diberikan oleh:

frekuensi gelombang

Panjang gelombang, yang dapat dihitung sebagai rasio kecepatan terhadap frekuensi biasa:

panjang gelombang

Jarak antara dua titik berurutan di sepanjang sumbu rambat yang menghadirkan tekanan yang sama.

Untuk gelombang suara, amplitudo gelombang adalah perbedaan antara tekanan udara yang belum diubah dan tekanan maksimum yang disebabkan oleh gelombang.

Kecepatan rambat suara tergantung pada jenis, suhu dan komposisi medium yang dilewatinya.

2. Gelombang kompresi

Dalam media elastis dengan kekakuan tertentu, osilasi harmonik dari gelombang tekanan memiliki bentuk:

gelombang kompresi

dimana:

  • u0 adalah amplitudo perpindahan,
  • k adalah bilangan gelombang,
  • x adalah jarak sepanjang sumbu propagasi,
  • ω adalah frekuensi sudut,
  • t adalah waktunya
  • φ adalah perbedaan fase.

Gaya pemulih, yang bekerja dengan mengembalikan media ke posisi semula, diberikan oleh besaran kompresibilitas.

Elektromagnetisme

Persamaan Maxwell mengarah pada prediksi gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa, yang transversal (di mana medan listrik dan medan magnet bervariasi secara tegak lurus dalam arah rambat). Namun, gelombang itu bisa ada dalam plasma atau ruang terbatas, yang disebut gelombang plasma, yang dapat longitudinal, transversal, atau campuran dari keduanya. Selain itu, gelombang plasma juga bisa ada di medan magnet yang bebas dari gaya.

Pada awal perkembangan elektromagnetisme, ada beberapa ilmuwan seperti Alexandru Proca (1897-1955), yang dikenal karena mengembangkan persamaan medan kuantum relatif yang menyandang namanya (persamaan Proca) hingga yang masif.

Dalam beberapa dekade terakhir, beberapa ahli teori elektromagnetik yang diperluas, seperti Jean-Pierre Vigier dan Bo Lehnert dari Royal Swedish Society, telah menggunakan persamaan Proca dalam upaya untuk menunjukkan massa foton sebagai komponen elektromagnetik longitudinal dari persamaan Maxwel, menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik longitudinal bisa ada dalam vakum terpolarisasi.

Setelah beberapa upaya oleh Heaviside untuk menggeneralisasi persamaan Maxwell, Heaviside menyimpulkan bahwa gelombang elektromagnetik tidak ditemukan dalam bentuk gelombang longitudinal di “ruang bebas” atau di media homogen. Tapi persamaan Maxwell mengarah ke munculnya gelombang longitudinal dalam beberapa keadaan, misalnya, gelombang plasma atau gelombang terpandu. Pada dasarnya berbeda dari gelombang “ruang bebas”, seperti yang dipelajari Hertz dalam eksperimen UHF-nya, adalah gelombang Zenneck. Mode longitudinal dari rongga resonansi adalah pola gelombang berdiri tertentu yang dibentuk oleh gelombang yang terkurung dalam rongga. Mode longitudinal kemudian sesuai dengan panjang gelombang gelombang yang diperkuat oleh interferensi konstruktif setelah banyak refleksi dari permukaan reflektif rongga.

Baru-baru ini, Haifeng Wang bersama dengan ilmuwan lain telah mengusulkan suatu metode yang dapat menghasilkan gelombang longitudinal elektromagnetik (cahaya) di ruang bebas, dan gelombang ini dapat merambat tanpa divergensi.

Fisika modern – apa yang dipelajari juga cabangnya
Tegangan normal: terdiri dari apa, bagaimana cara menghitungnya, contoh
Permitivitas listrik – apa itu, rumus, percobaan
Kalor sensibel: konsep, rumus, dan latihan yang diselesaikan