GELOMBANG PERMUKAAN: CIRI, JENIS DAN CONTOH - FIZIKAL - 2026

Gelombang permukaan adalah di mana zarah-zarah yang bergetar bergerak dalam dua dimensi, seperti gelombang yang dihasilkan ketika batu dijatuhkan ke kolam atau tasik.

Gelombang jenis ini berlaku di antara muka antara dua media yang berbeza, seperti lautan dan udara, atau di antara permukaan Bumi dan udara. Ini adalah gelombang di mana zarah mengalami melintang yang digabungkan dengan anjakan membujur, iaitu dua dimensi.

Gambar 1. Gelombang permukaan di kolam. Sumber: Pixabay.

Contohnya, zarah-zarah air di permukaan laut - gelombang - bergerak dalam lintasan bulat. Ketika ombak pecah di pantai, perpindahan membujur mendominasi dan oleh itu rumput laut atau sekeping kayu yang terapung dilihat bergerak dengan lancar dari depan ke belakang.

Gelombang juga bergerak di permukaan Bumi dengan cara yang serupa dengan gelombang lautan. Mereka bergerak dengan kelajuan lebih rendah daripada gelombang yang bergerak secara dalaman melalui isipadu bumi, tetapi mereka mampu menyebabkan gema di bangunan dengan lebih mudah.

Oleh kerana gelombang menghasilkan getaran dan membawa tenaga, ia mempunyai kesan merosakkan semasa gempa bumi.

Gambar 2. Gelombang permukaan di lautan. Zarah-zarah air bergerak mengikut arah jam semasa pergerakan gelombang dari kiri ke kanan. Pada titik tertinggi mereka berada di puncak gelombang, sementara titik terendah disebut saluran. Sumber tokoh kiri: F. Zapata. Sumber tokoh kanan: Giambattista, A. 2010. Fizik. Ke-2. Edisi. Bukit McGraw.

Jenis gelombang permukaan

Segala jenis gelombang, baik dangkal atau tidak, adalah penyelesaian persamaan gelombang, yang diterapkan pada hampir semua jenis gerakan gelombang, tidak hanya mekanikal, seperti contoh yang dijelaskan, tetapi juga gelombang elektromagnetik, yang merupakan pelbagai jenis gelombang kerana melintang.

Persamaan gelombang, yang diperoleh dengan mempertimbangkan undang-undang kedua Newton, ditulis seperti ini:

Dalam persamaan di atas, u adalah fungsi gelombang yang bergantung pada tiga koordinat spasial x, y, dan z ditambah masa t: u = u (x, y, z, t). Selanjutnya v adalah halaju gangguan. Persamaan gelombang dapat dinyatakan dalam sistem koordinat lain bergantung pada geometri yang diperlukan.

Untuk mencari penyelesaian untuk persamaan, ia disesuaikan dengan keadaan masalah, di mana, sebagai contoh, geometri dibatasi dan sifat-sifat medium di mana pergerakan gangguan dibuat.

Terdapat banyak jenis gelombang permukaan, seperti:

-Gelombang graviti (gelombang graviti) seperti gelombang lautan yang dijelaskan pada awalnya, di mana graviti memberikan daya pemulihan yang memungkinkan pergerakan melintang.

- Permukaan membengkak di kolam, berikut adalah ketegangan permukaan air yang diberikan sebagai kekuatan pemulihan.

-Gelombang elastik permukaan yang bergerak di permukaan Bumi semasa gempa bumi.

-Gelombang elektromagnetik, yang walaupun melintang, dapat dipandu dengan betul untuk bergerak di permukaan.

-Beberapa jenis gelombang yang dihasilkan dalam rentetan gitar ketika tali dipukul dengan kuat.

Gelombang elastik dangkal di permukaan bumi

Rajah 3. Gelombang permukaan di permukaan bumi. Pergerakan zarah adalah gabungan anjakan melintang dan membujur. Sumber: Giambattista, A. 2010. Fizik. Ke-2. Edisi. Bukit McGraw.

Semasa menyelesaikan persamaan gelombang, penyelesaiannya, seperti yang telah kita katakan, sesuai dengan pelbagai jenis gelombang. Apabila gangguan bergerak dalam medium padat seperti kerak bumi, adalah mungkin untuk membuat beberapa andaian mengenainya yang mempermudah prosesnya.

Atas sebab ini, media dianggap elastik, homogen dan isotropik, yang bermaksud bahawa sifatnya sama tanpa mengira kedudukan atau arah.

Dengan ini, dua penyelesaian untuk persamaan gelombang dalam medium elastik sesuai dengan gelombang permukaan:

- Gelombang Rayleigh, dinamakan Lord Rayleigh (1842-1919), ahli fizik Inggeris yang pertama kali menggambarkannya.

-Waves of Love, oleh Augustus Love, ahli geofizik dan matematik Inggeris (1863-1940) yang mengembangkan teori gelombang ini dalam karya-karyanya mengenai keanjalan.

Dalam seismik, gelombang ini disebut gelombang L, untuk membedakannya dari gelombang P dan gelombang S, keduanya dianggap gelombang volume (gelombang badan) yang juga merupakan penyelesaian bagi persamaan gelombang dengan keadaan yang dijelaskan di atas. Gelombang P adalah membujur dan gelombang S melintang.

Contoh gelombang permukaan

Gelombang Rayleigh

Dalam gelombang Rayleigh, zarah-zarah muka gelombang bergetar di satah menegak, oleh itu ia dikatakan terpolarisasi secara menegak. Zarah-zarah bergerak dalam elips, tidak seperti gelombang di permukaan lautan, yang gerakannya berbentuk bulat, seperti yang dikatakan pada awalnya (walaupun dekat pantai mereka agak elips).

Paksi utama elips adalah menegak dan paksi kecil mengikuti arah perambatan, seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Di sana juga diperhatikan bahwa gerakannya mundur, yaitu, dilakukan dalam arah lawan jam.

Rajah 4. Gelombang Rayleigh. Sumber: Lowrie, W. 2007. Asas Geofizik. Ke-2. Edisi. Akhbar Universiti Cambridge.

Perbezaan penting lain dengan gelombang air adalah bahawa gelombang Rayleigh hanya dapat menyebarkan di media pepejal, kerana ada daya ricih yang tidak terjadi pada cecair.

Amplitud perpindahan zarah menurun secara eksponensial dengan kedalaman, kerana gelombang terbatas ke permukaan, walaupun dalam gempa dengan intensiti tinggi, gelombang dapat mengelilingi Bumi beberapa kali sebelum memudar sepenuhnya .

Gelombang Cinta

Dalam gelombang Cinta, zarah-zarah tersebut terpolarisasi secara mendatar dan mempunyai amplitud gerakan yang besar selari dengan permukaan. Mereka bergerak pada kelajuan yang sedikit lebih perlahan daripada gelombang Rayleigh, walaupun kecepatan dalam jenis gelombang ini bergantung pada panjang gelombang (gelombang penyebaran).

Agar gelombang ini menyebar, mesti ada lapisan berkelajuan rendah yang ditumpangkan pada sekurang-kurangnya satu lapisan berkelajuan tinggi di tengah. Seperti gelombang Rayleigh, gelombang cinta yang dihasilkan semasa gempa bumi dapat mengelilingi Bumi beberapa kali sebelum menyebarkan tenaga mereka.

Gambar 5. Gelombang Cinta. Sumber: Wikimedia Commons. Nicoguaro

Gulungan tanah

Adalah umum untuk menemukan varian gelombang Rayleigh ini, yang disebut landasan, dalam catatan eksplorasi seismik. Ia dianggap kebisingan dan mesti dielakkan, kerana kerana amplitudnya yang luar biasa, kadang-kadang menutupi pantulan yang anda ingin lihat.

Gelombang laut

Pada kedalaman yang besar, gelombang lautan adalah gelombang membujur, seperti gelombang suara. Ini bermaksud bahawa arah penyebarannya sama dengan arah zarah bergetar.

Walau bagaimanapun, gelombang, berhampiran permukaan, mempunyai komponen membujur dan melintang, menyebabkan zarah-zarah tersebut mengikuti jalan yang hampir bulat (lihat gambar 2 kanan).

Rajah 6. Gelombang laut adalah gelombang permukaan. Sumber: Pixabay.

Rujukan

1. Figueroa, D. 2005. Gelombang dan Fizik Kuantum. Siri Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Disunting oleh D. Figueroa.
2. Giambattista, A. 2010. Fizik. Bukit McGraw.
3. Lowrie, W. 2007. Asas Geofizik. Ke-2. Edisi. Akhbar Universiti Cambridge.
4. Wikipedia. Gelombang Cinta. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Gelombang Rayleigh. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Gelombang permukaan. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.