Daftar isi
Gelombang mekanik hanya dapat diproduksi di media yang memiliki elastisitas dan kelembaban.
Lalu apa itu gelombang mekanik? Berikut ini pembahasannya.
Pengertian Gelombang Mekanik
Gelombang mekanik adalah gelombang yang merupakan osilasi materi, dan mentransfer energi melalui medium.
Meskipun gelombang dapat bergerak dalam jarak yang jauh, pergerakan medium transmisi – material – terbatas.
Oleh karena itu, bahan berisolasi tidak bergerak jauh dari posisi keseimbangan awalnya.
Gelombang mekanis mengangkut energi. Energi ini merambat ke arah yang sama dengan gelombang.
Segala jenis gelombang (mekanik atau elektromagnetik) memiliki energi tertentu.
Gelombang mekanik membutuhkan input energi awal. Setelah energi awal ini ditambahkan, gelombang bergerak melalui medium sampai semua energinya ditransfer.
Sebaliknya, gelombang elektromagnetik tidak membutuhkan medium, tetapi masih dapat melewatinya.
Salah satu sifat penting dari gelombang mekanik adalah bahwa amplitudo diukur dengan cara yang tidak biasa, perpindahan dibagi dengan panjang gelombang (berkurang).
Ketika ini sebanding dengan kesatuan, efek nonlinier yang signifikan seperti generasi harmonik dapat terjadi, dan, jika cukup besar, dapat mengakibatkan efek kacau.
Sebagai contoh, gelombang pada permukaan badan air pecah ketika amplitudo berdimensi ini melebihi 1, menghasilkan busa pada permukaan dan pencampuran turbulen.
Sejarah Penemuan Teori Mekanik
Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger adalah seorang fisikawan Austria-Irlandia pemenang Hadiah Nobel yang mengembangkan sejumlah hasil mendasar dalam teori kuantum.
Persamaan Schrödinger menemukan cara untuk menghitung fungsi gelombang suatu sistem dan bagaimana perubahannya secara dinamis dalam waktu.
Selain itu, ia adalah penulis banyak karya pada berbagai aspek fisika,seperti:
- Mekanika statistik dan termodinamika
- Fisika dielektrik
- Teori warna
- Elektrodinamika
- Relativitas umum
- Kosmologi.
Dalam bukunya “What Is Life?” Schrödinger membahas masalah genetika, melihat fenomena kehidupan dari sudut pandang fisika.
Ia menaruh perhatian besar pada aspek filosofis sains, konsep, etika, dan filosofis kuno dan oriental.
Dia juga menulis tentang filsafat dan biologi teoretis. Ia juga dikenal karena eksperimen pikiran “kucing Schrödinger” -nya.
Pada Januari 1926, Schrödinger menerbitkan di Annalen der Physik kertas “Quantisierung als Eigenwertproblem” (Kuantisasi sebagai Masalah Nilai Eigen) pada mekanika gelombang dan mempresentasikan apa yang sekarang dikenal sebagai persamaan Schrödinger.
Dalam makalah ini, ia memberikan “derivasi” dari persamaan gelombang untuk sistem waktu-independen dan menunjukkan bahwa ia memberikan nilai eigen energi yang benar untuk atom seperti hidrogen.
Makalah ini telah dinyatakan secara universal sebagai salah satu pencapaian terpenting abad kedua puluh dan menciptakan revolusi di sebagian besar bidang mekanika kuantum dan tentu saja dari semua fisika dan kimia.
Makalah kedua diajukan hanya empat minggu kemudian yang memecahkan masalah osilator harmonik, rotor kaku, dan masalah molekul diatomik dan memberikan derivasi baru dari persamaan Schrödinger.
Makalah ketiga, yang diterbitkan pada bulan Mei, menunjukkan kesetaraan pendekatannya dengan Heisenberg dan memberikan pengobatan efek Stark.
Makalah keempat dalam seri ini menunjukkan bagaimana memperlakukan masalah di mana sistem berubah seiring waktu, seperti dalam masalah hamburan.
Dalam makalah ini ia memperkenalkan solusi kompleks untuk persamaan Gelombang untuk mencegah terjadinya persamaan diferensial urutan keempat dan keenam.
Ini bisa dibilang momen ketika mekanika kuantum beralih dari bilangan real ke bilangan kompleks.
Ketika ia memperkenalkan bilangan kompleks untuk menurunkan urutan persamaan diferensial, sesuatu yang ajaib terjadi, dan semua mekanika gelombang berada di kakinya.
Dia akhirnya mengurangi urutan menjadi satu. Makalah-makalah ini adalah pencapaian utamanya dan sekaligus diakui memiliki signifikansi yang besar oleh komunitas fisika.
Schrödinger tidak sepenuhnya nyaman dengan implikasi teori kuantum.
Dia menulis tentang interpretasi probabilitas mekanika kuantum, dengan mengatakan: “Saya tidak suka itu, dan saya minta maaf saya ada hubungannya dengan itu.” (Hanya untuk mengolok-olok interpretasi mekanika kuantum Kopenhagen, ia menyusun eksperimen pikiran terkenal yang disebut paradoks kucing Schrödinger.)
Ciri-ciri Gelombang Mekanik
Berikut ini adalah ciri-ciri gelombang mekanik:
- Memerlukan medium untuk menjalar
- Persamaan hukum Newton
- Gelombang longitudinal dan transversal.
Jenis-jenis Gelombang Mekanik
Ada tiga jenis gelombang mekanis: gelombang transversal, gelombang longitudinal, dan gelombang permukaan.
- Gelombang transversal
Ini adalah bentuk gelombang di mana partikel medium bergetar tentang posisi rata-rata tegak lurus terhadap arah gerakan.
Cahaya juga memiliki sifat-sifat gelombang transversal, meskipun itu adalah gelombang elektromagnetik.
- Gelombang Longitudinal
Gelombang longitudinal menyebabkan medium bergetar sejajar dengan arah gelombang. Ini terdiri dari beberapa kompresi dan penghalusan.
Fraksi langka adalah jarak terjauh dalam gelombang longitudinal dan kompresi adalah jarak terdekat bersama.
Kecepatan gelombang longitudinal meningkat dalam indeks bias yang lebih tinggi, karena kedekatan atom-atom dalam medium yang sedang dikompresi. Suara adalah bentuk gelombang longitudinal.
- Gelombang Permukaan
Gelombang jenis ini bergerak di sepanjang permukaan atau antarmuka antara dua media.
Contoh gelombang permukaan adalah gelombang di kolam, atau di lautan, danau, atau badan air lainnya.
Ada dua jenis gelombang permukaan, yaitu gelombang Rayleigh dan gelombang Love.
Gelombang Rayleigh, juga dikenal sebagai ground roll, adalah gelombang yang bergerak sebagai riak dengan gerakan yang mirip dengan gelombang di permukaan air.
Gelombang Rayleigh jauh lebih lambat daripada gelombang tubuh, sekitar 90% dari kecepatan gelombang curah untuk media elastis homogen yang khas.
Gelombang Rayleigh dapat kehilangan energi hanya dalam dua dimensi dan karenanya sangat merusak daripada gelombang curah konvensional, seperti gelombang P dan gelombang S, yang kehilangan energi di ketiga arah.
Gelombang Love adalah gelombang permukaan yang memiliki gelombang horizontal yang bergeser atau melintang ke arah rambat.
Biasanya bergerak sedikit lebih cepat daripada gelombang Rayleigh, sekitar 90% dari kecepatan gelombang tubuh, dan memiliki amplitudo terbesar.
Rumus menghitung Gelombang Mekanik
- Rumus 1
T = t/n
f = n/t
- Rumus 2
T = 1/f
f = 1/T
Keterangan :
T adalah periode (s)
t adalah waktu (s)
n adalah banyaknya gelombang (kali)
f adalah frekuensi (Hz).
Untuk menentukan cepat rambat gelombang digunakan persamaan:
v = λ.f atau v = λ/T
Keterangan :
λ adalah panjang gelombang (m)
v adalah cepat rambat gelombang (m/s).
Contoh Penerapan Gelombang Mekanik
Beberapa contoh paling umum dari gelombang mekanik adalah gelombang air, gelombang bunyi, dan gelombang seismik.
- Gelombang Bunyi atau Suara
Suara merupakan salah satu gelombang mekanik yang merambat melalui perubahan tekanan udara yang ada didalam ruangan dan apabila kita berada di ruangan tanpa adanya udara maka suara tidak akan bisa dirambatkan.
- Gelombang Air
Ombak yang terlihat di pantai karena memerlukan air untuk menjadi mediumnya jika tidak ada air maka gelombang tidak akan bisa tercipta.
Jadi, kenapa ombak selalu bergerak itu memang dikarenakan adanya gelombang mekanik di pantai.
- Gelombang Seismik
Bisa juga dicontohkan dengan tali atau juga per sebagai medium, jika tidak ada medium tali atau per maka gelombang mekanik juga tidak akan bisa tercipta.
Contoh soal dan Pembahasan
Soal 1
Diketahui :
T = t/n
T = 8/2
T = 4 s
Jawaban :
- Frekuensi Getaran
f = 1/T
f = ¼
f = 0.25 Hz
- Panjang Gelombang
λ = s/n
λ = 16 cm/2
λ = 8 cm
- Cepat Rambat Gelombang
v = f×λ v = 0.25×8 v = 2 m/s.
Soal 2
Diketahui :
t = 8s
n = 2 kali
λ = 4 cm
Jawaban :
T = t/n
T = 8/2
T = 4s
Jadi periode gelombang tersebut adalah 4s.
f = 1/T
f = ¼
f = 0.25 Hz
Jadi frekuensi gelombang tersebut adalah 0.25Hz.
V = λf = λ/T
V = 4 0.25
V = 1 cm/s
V = 0.01 m/s
Jadi cepat rambat gelombang tersebut adalah 0.01 m/s atau 1cm/s.