APAKAH LEMBAH DALAM FIZIK? (DENGAN CONTOH) - FIZIKAL - 2026

The lembah dalam fizik adalah nama yang digunakan dalam kajian fenomena gelombang, untuk menunjukkan minimum atau nilai terendah dalam gelombang. Oleh itu, lembah dianggap sebagai cekungan atau kemurungan.

Dalam hal gelombang bulat yang terbentuk di permukaan air ketika titisan atau batu jatuh, kemurungan adalah lembah gelombang dan tonjolan adalah rabung.

Gambar 1. Lembah dan rabung dalam gelombang bulat. Sumber: pixabay

Contoh lain ialah gelombang yang dihasilkan dalam tali tegang, salah satu ujungnya dibuat untuk berayun secara menegak, sementara ujungnya tetap tetap. Dalam hal ini, gelombang yang dihasilkan menyebar dengan kecepatan tertentu, memiliki bentuk sinusoidal dan juga terdiri dari lembah dan rabung.

Contoh di atas merujuk kepada gelombang melintang, kerana lembah dan rabung berjalan melintang atau tegak lurus dengan arah perambatan.

Walau bagaimanapun, konsep yang sama dapat diterapkan pada gelombang membujur seperti suara di udara, yang mana ayunan berlaku pada arah perambatan yang sama. Di sini lembah gelombang akan menjadi tempat di mana ketumpatan udara minimum dan puncak di mana udara lebih padat atau termampat.

Parameter gelombang

Jarak antara dua lembah, atau jarak antara dua rabung, disebut panjang gelombang dan dilambangkan dengan huruf Yunani λ. Satu titik gelombang berubah dari berada di lembah menjadi puncak ketika ayunan merebak.

Rajah 2. Pengayun gelombang. Sumber: wikimedia commons

Masa yang berlalu dari lembah-puncak-lembah, berada dalam kedudukan tetap, disebut tempoh ayunan dan waktu ini dilambangkan dengan modal t: T.

Dalam jangka masa T gelombang memanjangkan panjang gelombang λ, itulah sebabnya dikatakan bahawa kelajuan v dengan gelombang maju:

v = λ / T

Pemisahan atau jarak menegak antara lembah dan puncak gelombang adalah dua kali amplitud ayunan, iaitu jarak dari lembah ke pusat ayunan menegak adalah amplitud A gelombang.

Lembah dan rabung dalam gelombang harmonik

Gelombang adalah harmonik jika bentuknya dijelaskan oleh fungsi matematik sinus atau kosinus. Secara amnya, gelombang harmonik ditulis sebagai:

y (x, t) = A cos (k⋅x ± ω⋅t)

Dalam persamaan ini pemboleh ubah y mewakili penyimpangan atau anjakan berkenaan dengan kedudukan keseimbangan (y = 0) pada kedudukan x pada waktu t.

Parameter A adalah amplitud ayunan, kuantiti positif selalu yang mewakili penyimpangan dari lembah gelombang ke pusat ayunan (y = 0). Dalam gelombang harmonik, penyimpangan y, dari lembah ke puncak, adalah A / 2.

Nombor gelombang

Parameter lain yang muncul dalam formula gelombang harmonik, khususnya dalam argumen fungsi sinus, adalah nombor gelombang k dan frekuensi sudut ω.

Nombor gelombang k berkaitan dengan panjang gelombang λ dengan ungkapan berikut:

k = 2π / λ

Kekerapan sudut

Frekuensi sudut ω berkaitan dengan tempoh T oleh:

ω = 2π / T

Perhatikan bahawa ± muncul dalam argumen fungsi sinus, iaitu, dalam beberapa kes tanda positif diterapkan dan pada yang lain tanda negatif.

Sekiranya gelombang merambat ke arah positif x, maka tanda minus (-) harus diterapkan. Jika tidak, iaitu, dalam gelombang yang merambat ke arah negatif, tanda positif (+) diterapkan.

Kelajuan gelombang harmonik

Kelajuan penyebaran gelombang harmonik dapat ditulis sebagai fungsi frekuensi sudut dan bilangan gelombang seperti berikut:

v = ω / k

Sangat mudah untuk menunjukkan bahawa ungkapan ini sama dengan yang kita berikan sebelumnya dari segi panjang gelombang dan tempoh.

Contoh Lembah: tali jemuran

Seorang kanak-kanak bermain ombak dengan tali jemuran, di mana dia melepaskan satu hujungnya dan membuatnya berayun dengan gerakan menegak pada kadar 1 ayunan sesaat.

Semasa proses ini, anak tetap diam di tempat yang sama dan hanya menggerakkan lengannya ke atas dan ke bawah dan sebaliknya.

Semasa budak itu menghasilkan gelombang, kakaknya mengambil gambarnya dengan telefon bimbitnya. Apabila anda membandingkan ukuran riak dengan kereta yang diparkir tepat di belakang tali, anda dapati bahawa pemisahan menegak antara lembah dan rabung sama dengan ketinggian tingkap kereta (44 cm).

Dalam foto itu juga dapat dilihat bahawa pemisahan antara dua lembah berturut-turut adalah sama dengan antara tepi pintu belakang belakang dan tepi depan pintu depan (2.6 m).

Fungsi gelombang harmonik untuk tali

Dengan data ini, kakak mencadangkan untuk mencari fungsi gelombang harmonik dengan anggapan sebagai momen awal (t = 0) saat tangan adiknya berada di titik tertinggi.

Ia juga akan menganggap bahawa paksi-x bermula (x = 0) di tempat tangan, dengan arah hadapan positif dan melewati tengah ayunan menegak. Dengan maklumat ini, anda dapat mengira parameter gelombang harmonik:

Amplitudanya adalah setengah ketinggian dari lembah ke rabung, iaitu:

A = 44cm / 2 = 22cm = 0.22m

Nombor gelombang adalah

k = 2π / (2.6 m) = 2.42 rad / m

Semasa kanak-kanak mengangkat dan menurunkan tangannya dalam masa satu saat maka frekuensi sudut akan menjadi

ω = 2π / (1 s) = 6.28 rad / s

Ringkasnya, formula untuk gelombang harmonik adalah

y (x, t) = 0.22m cos (2.42⋅x - 6.28 8t)

Kelajuan penyebaran gelombang akan

v = 6.28 rad / s / 2.42 rad / m = 15.2 m / s

Kedudukan lembah di tali

Lembah pertama sesaat setelah memulakan pergerakan tangan akan berada pada jarak d dari anak dan diberikan oleh hubungan berikut:

y (d, 1s) = -0.22m = 0.22m cos (2.42⋅d - 6.28 ⋅1)

Yang bermaksud

cos (2.42⋅d - 6.28) = -1

Maksudnya

2.42⋅d - 6.28 = -π

2.42⋅d = π

d = 1.3 m (kedudukan lembah terdekat pada t = 1s)

Rujukan

1. Giancoli, D. Fizik. Prinsip dengan Aplikasi. Edisi ke-6. Dewan Prentice. 80-90
2. Resnick, R. (1999). Fizikal. Jilid 1. Edisi ketiga dalam bahasa Sepanyol. Mexico. Compañía Editorial Continental SA de CV 100-120.
3. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. 7hb. Edisi. Mexico. Penyunting Pembelajaran Cengage. 95-100.
4. Rentetan, gelombang berdiri dan harmonik. Dipulihkan dari: newt.phys.unsw.edu.au

Gelombang dan Gelombang Harmonik Mudah Mekanikal. Dipulihkan dari: physicskey.com.