Amplitudo gelombang: karakteristik, rumus, cara menghitungnya dan berolahraga
Amplitudo gelombang adalah perpindahan maksimum yang dialami oleh suatu titik gelombang sehubungan dengan posisi kesetimbangan. Gelombang muncul di mana-mana dan dalam banyak hal di dunia yang mengelilingi kita: di lautan, dalam bunyi dan dawai instrumen yang menghasilkannya, dalam cahaya, di permukaan bumi dan banyak lagi.
Salah satu cara untuk menghasilkan gelombang dan mempelajari perilakunya adalah dengan mengamati getaran tali yang memiliki ujung yang tetap. Ketika menghasilkan gangguan di ujung yang lain, setiap partikel tali berosilasi dan bersamanya energi gangguan ditransmisikan dalam bentuk suksesi pulsa di seluruh.
Ketika energi merambat, tali yang seharusnya elastis sempurna mengasumsikan bentuk sinusoidal khas dengan punggung bukit dan lembah yang ditunjukkan pada gambar di bawah di bagian selanjutnya.
Karakteristik dan arti dari amplitudo gelombang
Amplitudo A adalah jarak antara puncak dan sumbu referensi atau level 0. Jika lebih disukai, antara lembah dan sumbu referensi. Jika gangguan pada string sedikit, amplitudo A kecil. Sebaliknya, jika gangguannya intens, amplitudo akan lebih besar.
Nilai amplitudo juga merupakan ukuran energi yang dibawa gelombang. Sangat intuitif bahwa amplitudo besar dikaitkan dengan energi yang lebih besar.
Bahkan, energi sebanding dengan kuadrat amplitudo, yang dinyatakan secara matematis adalah:
Saya αA2
Di mana saya adalah intensitas gelombang, pada gilirannya terkait dengan energi.
Jenis gelombang yang diproduksi dalam tali contoh termasuk dalam kategori gelombang mekanis. Fitur penting adalah bahwa setiap partikel dalam string selalu sangat dekat dengan posisi kesetimbangannya.
Partikel-partikel tidak bergerak atau bergerak melalui tali. Mereka berosilasi naik dan turun. Ini ditunjukkan dalam diagram di atas dengan panah hijau, namun gelombang, bersama dengan energinya, bergerak dari kiri ke kanan (panah biru).
Gelombang yang merambat di air memberikan bukti yang diperlukan untuk meyakinkan diri sendiri tentang hal ini. Mengamati pergerakan daun yang jatuh di kolam, sangat dihargai bahwa daun itu hanya terombang-ambing menyertai pergerakan air. Tidak terlalu jauh, kecuali jelas, bahwa ada kekuatan lain yang menyediakan gerakan lain.
Model gelombang yang ditunjukkan pada gambar terdiri dari pola berulang di mana jarak antara dua puncak adalah panjang gelombang λ . Jika diinginkan, panjang gelombang juga memisahkan dua titik identik dari gelombang, bahkan jika mereka 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 mewakili gelombang dalam ruang atau waktu.
Jika kita menyebut sumbu vertikal pada gambar "y" dan sumbu horizontal kita menyebutnya "t", maka perilaku gelombang dalam waktu dinyatakan oleh:
y = A cos (ωt + δ)
Untuk gerakan ideal ini, setiap partikel tali berosilasi dengan gerakan harmonis sederhana, yang berasal berkat gaya yang berbanding lurus dengan perpindahan yang dilakukan oleh partikel.
Dalam persamaan yang diusulkan, A, ω dan δ adalah parameter yang menggambarkan gerakan, di mana A adalah amplitudo yang ditentukan di atas sebagai perpindahan maksimum yang dialami oleh partikel sehubungan dengan sumbu referensi.
Argumen cosine disebut fase gerak dan δ adalah konstanta fase, yang merupakan fase ketika t = 0. Baik fungsi cosinus dan fungsi sinus sesuai untuk menggambarkan gelombang, karena keduanya hanya berbeda satu sama lain π / 2
Biasanya mungkin untuk memilih t = 0 dengan δ = 0 untuk menyederhanakan ekspresi, memperoleh:
y = A cos (ωt)
Karena gerakannya berulang-ulang baik dalam ruang maupun dalam waktu, ada waktu karakteristik yaitu periode T, yang didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan partikel untuk menjalankan osilasi lengkap.
Deskripsi gelombang dalam waktu: parameter karakteristik
Sekarang, baik sinus dan cosinus mengulang nilainya ketika fase meningkat dengan nilai 2π, sehingga:
ωT = 2π → ω = 2π / T
A called disebut frekuensi sudut gerakan dan memiliki dimensi kebalikan waktu, menjadi unit-unitnya dalam sistem internasional radian / detik atau kedua-1.
Akhirnya kita dapat mendefinisikan frekuensi gerakan f, sebagai kebalikan atau kebalikan dari periode. Mewakili dalam jumlah bubungan per unit waktu, dalam hal ini:
f = 1 / T
ω = 2πf
Baik f dan ω memiliki dimensi dan satuan yang sama. Selain yang kedua-1, yang disebut Hertz atau hertz, adalah umum untuk mendengar tentang revolusi per detik atau revolusi per menit .
Kecepatan gelombang v, yang harus ditekankan bahwa itu tidak sama dengan yang dialami oleh partikel, dapat dengan mudah dihitung jika panjang gelombang λ dan frekuensi f diketahui:
v = λf
Jika osilasi yang dialami oleh partikel adalah dari jenis harmonik sederhana, frekuensi sudut dan frekuensi hanya bergantung pada sifat partikel berosilasi dan karakteristik sistem. Amplitudo gelombang tidak mempengaruhi parameter ini.
Misalnya, saat memainkan not pada gitar, not akan selalu memiliki nada yang sama walaupun dimainkan dengan intensitas yang lebih besar atau lebih kecil, sehingga huruf C akan selalu terdengar seperti huruf C, meskipun terdengar lebih keras atau lebih lembut pada nada komposisi, baik pada piano atau pada gitar.
Di alam, gelombang yang diangkut dalam media material di segala arah dilemahkan karena energi menghilang. Untuk alasan ini, amplitudo berkurang dengan kebalikan dari jarak r ke sumber, yang memungkinkan untuk menegaskan bahwa:
Aα1 / r
Latihan yang ditentukan
Gambar menunjukkan fungsi y (t) untuk dua gelombang, di mana y berada dalam meter dan t dalam detik. Untuk setiap orang temukan:
a) Amplitudo
b) Periode
c) Frekuensi
d) Persamaan setiap gelombang dalam hal sinus atau cosinus.
Jawaban
a) Ukur langsung dari grafik, dengan bantuan grid: gelombang biru: A = 3, 5 m; Gelombang Fuchsia: A = 1, 25 m
b) Grafik juga dibaca, menentukan pemisahan antara dua puncak atau lembah berurutan: gelombang biru: T = 3, 3 detik; gelombang fuchsia 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 biru, dimungkinkan untuk mewakilinya dengan fungsi sinus. Atau cosine yang tergeser π / 2.
