GELOMBANG MEMBUJUR: CIRI, PERBEZAAN, CONTOH - FIZIKAL - 2025

The gelombang membujur dimanifestasikan dalam cara bahan di mana zarah selari berayun ke arah gelombang bergerak. seperti yang akan dilihat pada gambar berikut. Ini adalah keistimewaannya.

Gelombang bunyi, gelombang tertentu yang muncul semasa gempa bumi dan gelombang yang dihasilkan dalam keadaan licin atau pegas ketika diberi dorongan kecil ke arah paksinya yang sama, adalah contoh yang baik dari kelas gelombang ini.

Rajah 1. Suara adalah gelombang membujur yang menghasilkan tekanan dan pengembangan berturut-turut di udara. Sumber: Wikimedia Commons. Pluke

Suara dihasilkan apabila objek (seperti garpu penalaan figur, alat muzik atau pita suara) dibuat untuk bergetar dalam media yang mampu menyebarkan gangguan melalui getaran molekulnya. Udara adalah medium yang sesuai, tetapi juga cecair dan pepejal.

Gangguan berulang kali mengubah tekanan dan ketumpatan medium. Dengan cara ini, gelombang menghasilkan pemampatan dan pengembangan (jarang berlaku) dalam molekul medium, kerana tenaga bergerak pada kelajuan tertentu v .

Perubahan tekanan ini dirasakan oleh telinga melalui getaran pada gendang telinga, yang mana jaringan saraf bertanggungjawab untuk berubah menjadi arus elektrik kecil. Setelah sampai ke otak, ia menafsirkannya sebagai bunyi.

Dalam gelombang membujur corak yang berulang terus disebut kitaran, dan jangka masa adalah tempoh gelombang. Terdapat juga amplitud, yang merupakan intensitas maksimum dan yang diukur sesuai dengan besarnya yang diambil sebagai rujukan, dalam hal suara itu dapat menjadi variasi tekanan dalam medium.

Parameter penting lain ialah panjang gelombang: jarak antara dua pemampatan atau pengembangan yang berturut-turut, lihat gambar 1. Dalam Sistem Antarabangsa, panjang gelombang diukur dalam meter. Akhirnya terdapat kelajuannya (dalam meter / saat untuk Sistem Antarabangsa), yang menunjukkan seberapa pantas tenaga menyebar.

Bagaimana gelombang membujur muncul di gelombang laut?

Dalam badan air, gelombang dihasilkan oleh pelbagai sebab (perubahan tekanan, angin, interaksi graviti dengan bintang lain). Dengan cara ini, gelombang laut dapat dikelaskan kepada:

- Gelombang angin

- Pasang surut

- Tsunami

Huraian gelombang ini cukup kompleks. Pada garis umum, di perairan dalam gelombang bergerak secara membujur, menghasilkan tekanan dan pengembangan medium secara berkala, seperti yang dijelaskan pada awalnya.

Namun, di permukaan laut, benda-benda sedikit berbeza, kerana gelombang permukaan yang disebut mendominasi di sana, yang menggabungkan ciri-ciri gelombang membujur dan gelombang melintang. Oleh itu, gelombang yang bergerak di kedalaman persekitaran akuatik sangat berbeza dengan gelombang yang bergerak di permukaan.

Log yang terapung di permukaan laut mempunyai sejenis pergerakan berpusing atau berputar dengan lembut. Sesungguhnya, ketika gelombang pecah di pantai, komponen gelombang membujur mendominasi, dan ketika log bertindak balas terhadap pergerakan molekul air yang mengelilinginya, ia juga diperhatikan datang dan pergi ke permukaan.

Rajah 2. Gelombang laut di permukaan adalah gelombang yang sebahagiannya mempunyai ciri gelombang membujur dan sebahagian melintang. Sumber: Sumber: Vargklo di en.wikipedia

Hubungan antara kedalaman dan panjang gelombang

Faktor-faktor yang menentukan jenis gelombang yang dihasilkan adalah: kedalaman air dan panjang gelombang gelombang laut. Sekiranya kedalaman air pada titik tertentu disebut d, dan panjang gelombang λ, gelombang berubah dari longitudinal ke dangkal apabila:

Di permukaan, molekul air memperoleh pergerakan putaran yang hilang ketika kedalaman meningkat. Geseran jisim air dengan bahagian bawah menyebabkan orbit ini menjadi elips, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.

Di pantai, perairan di dekat pantai lebih gelisah kerana di sana ombak pecah, zarah-zarah air diperlahankan di dasar dan ini menyebabkan lebih banyak air terkumpul di tebing. Di perairan yang lebih dalam, di sisi lain, dirasakan bagaimana gelombang melembutkan.

Ketika d >> λ / 2 kita mempunyai gelombang air dalam atau gelombang pendek, orbit bulat atau elips menurun dalam ukuran dan gelombang membujur mendominasi. Dan jika d << λ / 2 gelombang berasal dari permukaan air atau gelombang panjang.

Perbezaan dengan gelombang ricih

Kedua-dua gelombang membujur dan melintang tergolong dalam kategori gelombang mekanikal, yang memerlukan medium bahan untuk penyebarannya.

Perbezaan utama yang dibuat antara keduanya disebutkan pada awalnya: dalam gelombang melintang zarah-zarah medium bergerak tegak lurus ke arah perambatan gelombang, sementara dalam gelombang membujur mereka berayun ke arah yang sama diikuti oleh gangguan. Tetapi terdapat lebih banyak ciri khas:

Lebih banyak perbezaan antara gelombang melintang dan membujur

- Dalam gelombang melintang, puncak dan lembah dibezakan, yang pada longitudinal setara dengan pemampatan dan pengembangan.

- Perbezaan lain ialah gelombang membujur tidak terpolarisasi kerana arah laju gelombang sama dengan pergerakan zarah berayun.

- Gelombang melintang boleh merebak dalam medium apa pun dan bahkan dalam keadaan hampagas, seperti gelombang elektromagnetik. Sebaliknya, di dalam bendalir, tanpa kekakuan, zarah tidak mempunyai pilihan lain melainkan melintasi satu sama lain dan bergerak seperti gangguan yang berlaku, iaitu secara membujur.

Akibatnya, gelombang yang berasal di tengah-tengah massa lautan dan atmosfera membujur, kerana gelombang melintang memerlukan media dengan ketegaran yang cukup untuk membenarkan pergerakan tegak lurus.

- Gelombang membujur menyebabkan variasi tekanan dan ketumpatan pada medium yang melaluinya. Sebaliknya, gelombang melintang tidak mempengaruhi medium dengan cara ini.

Persamaan Antara Gelombang Longitudinal dan Melintang

Mereka mempunyai bahagian yang sama: titik, amplitud, frekuensi, kitaran, fasa, dan kelajuan. Semua gelombang mengalami pantulan, pembiasan, difraksi, gangguan, dan kesan Doppler dan membawa tenaga melalui medium.

Walaupun puncak dan lembah adalah khas dari gelombang melintang, tekanan dalam gelombang membujur adalah serupa dengan puncak dan pengembangan ke lembah, sedemikian rupa sehingga kedua gelombang mengakui keterangan matematik yang sama mengenai gelombang sinus atau gelombang sinus.

Contoh gelombang membujur

Gelombang suara adalah gelombang membujur yang paling biasa dan merupakan antara gelombang yang paling banyak dikaji, kerana ia adalah asas komunikasi dan ekspresi muzik, alasan pentingnya mereka dalam kehidupan orang. Sebagai tambahan, gelombang bunyi mempunyai aplikasi penting dalam perubatan, baik dalam diagnosis dan rawatan.

Teknik ultrasound terkenal untuk mendapatkan gambar perubatan, dan juga untuk rawatan batu ginjal, antara lain aplikasi. Ultrasound dihasilkan oleh kristal piezoelektrik yang mampu mewujudkan gelombang tekanan membujur ketika medan elektrik diterapkan (ia juga menghasilkan arus ketika tekanan diterapkan).

Untuk benar-benar melihat seperti apa bentuk gelombang membujur, tidak lebih baik daripada pegas gegelung atau slinkys. Dengan memberikan dorongan kecil ke mata air, segera memerhatikan bagaimana tekanan dan pengembangan diperpanjang secara bergantian sepanjang giliran.

- Gelombang seismik

Gelombang membujur juga merupakan sebahagian daripada pergerakan seismik. Gempa bumi terdiri daripada pelbagai jenis gelombang, antaranya adalah gelombang P atau gelombang primer dan gelombang S atau sekunder. Yang pertama membujur, sementara yang kedua zarah medium bergetar dalam arah melintang ke anjakan gelombang.

Dalam gempa bumi, kedua gelombang membujur (gelombang P primer) dan gelombang melintang (gelombang S sekunder) dan jenis lain, seperti gelombang Rayleigh dan gelombang Cinta, dihasilkan di permukaan.

Sebenarnya, gelombang membujur adalah satu-satunya yang diketahui bergerak melalui pusat Bumi. Oleh kerana mereka hanya bergerak dalam media cair atau gas, para saintis berpendapat bahawa inti Bumi terdiri terutamanya dari besi cair.

- Latihan aplikasi

Gelombang P dan gelombang S yang dihasilkan semasa gempa bergerak dengan kelajuan yang berbeza di Bumi, sehingga waktu kedatangan mereka di stesen seismografi berbeza (lihat gambar 3). Berkat ini, adalah mungkin untuk menentukan jarak ke pusat gempa, dengan triangulasi, menggunakan data dari tiga atau lebih stesen.

Gambar 3. Gelombang seismik P dan S tiba di seismograf dengan masa yang berbeza, kerana kelajuannya berbeza. Sumber: Wikimedia Commons.

Anggap bahawa v _P = 8 km / s adalah kelajuan gelombang P, sementara kelajuan gelombang S adalah v _S = 5 km / s. Gelombang P tiba 2 minit sebelum gelombang S. pertama. Bagaimana mengira jarak dari pusat gempa?

Balas

Biarkan D menjadi jarak antara pusat gempa dan stesen seismologi. Dengan data yang diberikan, masa perjalanan t _P dan t _S setiap gelombang dapat dijumpai:

v _P = D / t _P

v _S = D / t _S

Perbezaannya ialah Δt = t _S - t _P :

Δt = D / v _S - D / v _P = D (1 / v _S - 1 / v _P )

Menyelesaikan nilai D:

D = Δt / (1 / v _S - 1 / v _P ) = (Δt. V _P. V _C ) / (v _P - v _C )

Mengetahui bahawa 2 minit = 120 saat dan menggantikan nilai yang selebihnya:

D = 120 s. (8 km / s. 5 km / s) / (8 - 5 km / s) = 1600 km.

Rujukan

1. Perbezaan antara Gelombang Melintang dan Longitudinal. Dipulihkan dari: physicsabout.com.
2. Figueroa, D. 2005. Gelombang dan Fizik Kuantum. Siri Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 7. Disunting oleh Douglas Figueroa. Universiti Simon Bolivar. 1-58.
3. Infrasound dan Ultrasound. Dipulihkan dari: lpi.tel.uva.es
4. Rex, A. 2011. Asas Fizik. Pearson. 263-286.
5. Russell, D. Gerakan Longitudinal dan Melintang. Diperolehi dari: acs.psu.edu.
6. Gelombang Air. Diperolehi dari: labman.phys.utk.edu.