Gelombang permukaan. Gelombang akustik permukaan

Gelombang dalam rantai diskrit. Polarisasi gelombang. Kecepatan gelombang geser. Kepadatan energi kinetik air mengalir.

Ombak.

Sejak lama, gambaran visual gelombang selalu dikaitkan dengan gelombang di permukaan air. Namun gelombang air merupakan fenomena yang jauh lebih kompleks dibandingkan proses gelombang lainnya, seperti perambatan suara dalam medium isotropik yang homogen. Oleh karena itu, wajar jika kita memulai kajian gerak gelombang bukan dengan gelombang di atas air, melainkan dengan kasus yang lebih sederhana.

Gelombang dalam rantai diskrit.

Cara termudah adalah dengan membayangkan gelombang merambat sepanjang rantai pendulum yang terhubung tanpa akhir (Gbr. 192). Kita mulai dengan rantai tak terhingga sehingga kita dapat mempertimbangkan gelombang yang merambat ke satu arah dan tidak memikirkan kemungkinan pantulan gelombang tersebut dari ujung rantai.

Beras. 192. Gelombang dalam rantai bandul yang dihubungkan Jika bandul yang terletak di awal rantai dibuat gerak osilasi harmonis dengan frekuensi co dan amplitudo A tertentu, maka gerak osilasi tersebut akan merambat sepanjang rantai. Perambatan getaran dari suatu tempat ke tempat lain disebut dengan proses gelombang atau gelombang. Jika tidak ada redaman, pendulum lain dalam rantai akan mengulangi osilasi paksa pendulum pertama dengan jeda fase tertentu. Keterlambatan ini disebabkan oleh fakta bahwa perambatan osilasi sepanjang rantai terjadi pada kecepatan tertentu yang terbatas. Kecepatan rambat getaran bergantung pada kekakuan pegas yang menghubungkan pendulum dan seberapa kuat ikatan antar pendulum. Jika pendulum pertama dalam rantai bergerak menurut hukum tertentu, perpindahannya dari posisi setimbang merupakan fungsi waktu tertentu, maka perpindahan pendulum, jauh dari awal rantai sebesar jarak, pada setiap saat waktu akan sama persis dengan perpindahan pendulum pertama pada momen waktu sebelumnya yang dijelaskan oleh suatu fungsi. Misalkan pendulum pertama mengalami osilasi harmonik dan perpindahannya dari posisi setimbang diberikan oleh persamaan. Masing-masing pendulum rantai dicirikan oleh jarak letaknya dari awal rantai. Oleh karena itu, perpindahannya dari posisi setimbang selama perjalanan gelombang secara alami dilambangkan dengan. Kemudian, sesuai dengan apa yang dikatakan di atas, kita mendapatkan gelombang yang dijelaskan oleh persamaan tersebut disebut monokromatik. Ciri khas gelombang monokromatik adalah masing-masing pendulum melakukan osilasi sinusoidal dengan frekuensi tertentu. Perambatan gelombang sepanjang rantai pendulum disertai dengan perpindahan energi dan momentum. Namun perpindahan massa tidak terjadi dalam kasus ini: setiap pendulum, yang berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan, rata-rata tetap di tempatnya.

Polarisasi gelombang. Tergantung pada arah osilasi pendulum, mereka berbicara tentang gelombang dengan polarisasi yang berbeda. Jika pendulum berosilasi sepanjang arah rambat gelombang, seperti pada Gambar. 192, maka gelombang disebut memanjang, jika melintasinya disebut melintang. Biasanya, gelombang dengan polarisasi berbeda merambat dengan kecepatan berbeda. Rantai pendulum berpasangan adalah contoh sistem mekanis dengan parameter yang disamakan.

Contoh lain dari sistem dengan parameter yang disatukan di mana gelombang dapat merambat adalah rantai bola yang dihubungkan oleh pegas cahaya (Gbr. 193). Dalam sistem seperti itu, sifat inert terkonsentrasi pada bola, dan sifat elastis pada pegas. Ketika gelombang merambat, energi kinetik getaran terlokalisasi pada bola, dan energi potensial terlokalisasi pada pegas. Sangat mudah untuk membayangkan bahwa rantai bola yang dihubungkan oleh pegas dapat dianggap sebagai model sistem satu dimensi dengan parameter terdistribusi, misalnya tali elastis. Dalam sebuah tali, setiap elemen yang panjangnya mempunyai massa, sifat inert, dan kekakuan, sifat elastis. Gelombang dalam tali yang diregangkan. Mari kita perhatikan gelombang monokromatik transversal yang merambat dalam tali yang diregangkan tak terhingga. Pra-tarik pada tali diperlukan karena tali fleksibel yang tidak dikencangkan, tidak seperti batang padat, hanya elastis terhadap deformasi tarik, tetapi tidak terhadap kompresi. Gelombang monokromatik pada tali digambarkan dengan ekspresi yang sama seperti gelombang pada rantai pendulum. Namun, sekarang peran pendulum terpisah dimainkan oleh setiap elemen dawai, oleh karena itu variabel dalam persamaan yang mencirikan posisi kesetimbangan pendulum mengambil nilai kontinu. Perpindahan setiap elemen string dari posisi setimbangnya selama perjalanan gelombang merupakan fungsi dari dua variabel waktu dan posisi setimbang elemen tersebut. Jika kita menetapkan elemen string tertentu dalam rumus, maka fungsinya, ketika diperbaiki, memberikan perpindahan elemen string yang dipilih bergantung pada waktu. Pencampuran ini merupakan osilasi harmonik dengan frekuensi dan amplitudo. Fase awal getaran elemen dawai ini bergantung pada posisi kesetimbangannya. Semua elemen dawai, ketika melewati gelombang monokromatik, melakukan getaran harmonik dengan frekuensi dan amplitudo yang sama, tetapi fasenya berbeda.

Panjang gelombang.

Jika kita memperbaikinya dalam rumus dan mempertimbangkan seluruh string pada saat yang sama, maka fungsi tersebut, jika diperbaiki, memberikan gambaran sesaat tentang perpindahan semua elemen string, seperti foto gelombang instan. Dalam “foto” ini kita akan melihat sinusoida yang membeku (Gbr. 194). Periode gelombang sinus ini, jarak antara punuk atau palung yang berdekatan, disebut panjang gelombang. Dari rumus tersebut kita dapat mengetahui bahwa panjang gelombang berhubungan dengan frekuensi dan cepat rambat gelombang serta perbandingan periode osilasi. Gambaran perambatan gelombang dapat dibayangkan jika sinusoida “beku” ini digerakkan sepanjang sumbu dengan kecepatan tertentu.

Beras. 194. Perpindahan titik-titik tali yang berbeda pada saat yang sama. Beras. 195. Gambar perpindahan titik-titik tali pada suatu waktu. Dua “jepretan” gelombang yang berurutan pada waktu tertentu ditunjukkan pada Gambar. 195. Terlihat bahwa panjang gelombang sama dengan jarak yang ditempuh setiap punuk selama periode osilasi sesuai dengan rumus.

Kecepatan gelombang geser.

Mari kita tentukan kecepatan rambat gelombang transversal monokromatik dalam sebuah tali. Kita asumsikan bahwa amplitudonya kecil dibandingkan dengan panjang gelombang. Biarkan gelombang berjalan ke kanan dengan kecepatan u. Mari kita beralih ke kerangka acuan baru, bergerak sepanjang tali dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan gelombang u. Kerangka acuan ini juga bersifat inersia dan oleh karena itu hukum Newton berlaku di dalamnya. Dari kerangka acuan ini, gelombang tampak seperti gelombang sinus yang membeku, dan materi dawai meluncur sepanjang gelombang sinus ini ke kiri: setiap elemen dawai yang diberi warna sebelumnya akan tampak mengalir di sepanjang gelombang sinus. ke kiri dengan kecepatan.

Beras. 196. Untuk menghitung cepat rambat gelombang pada suatu dawai. Mari kita perhatikan dalam kerangka acuan ini sebuah elemen string yang panjangnya jauh lebih kecil dari panjang gelombang saat ia berada di puncak sinusoidal (Gbr. 196). Mari kita terapkan hukum kedua Newton pada unsur ini. Gaya yang bekerja pada elemen dari bagian tali yang berdekatan ditunjukkan pada lingkaran yang disorot pada Gambar. 196. Karena gelombang transversal dianggap, di mana perpindahan elemen tali tegak lurus terhadap arah rambat gelombang, maka komponen gaya tarik horizontal. tekanannya konstan di sepanjang senar. Karena panjang bagian yang dipertimbangkan, arah gaya tarik yang bekerja pada elemen yang dipilih hampir horizontal, dan modulusnya dapat dianggap sama. Resultan gaya-gaya ini diarahkan ke bawah dan sama besar. Kecepatan elemen yang ditinjau sama dengan dan diarahkan ke kiri, dan bagian kecil dari lintasan sinusoidalnya di dekat punuk dapat dianggap sebagai busur jari-jari lingkaran. Oleh karena itu, percepatan elemen string ini ke bawah dan sama besar. Massa elemen tali dapat direpresentasikan sebagai massa jenis bahan tali, dan luas penampang, yang karena kecilnya deformasi selama rambat gelombang, dapat dianggap sama dengan tidak adanya gelombang. Berdasarkan hukum kedua Newton. Ini adalah kecepatan rambat yang diinginkan dari gelombang monokromatik transversal dengan amplitudo kecil dalam tali yang diregangkan. Terlihat bahwa ia hanya bergantung pada tegangan mekanis tali yang diregangkan dan massa jenisnya, serta tidak bergantung pada amplitudo dan panjang gelombang. Ini berarti bahwa gelombang transversal dengan panjang berapa pun merambat dalam tali yang diregangkan dengan kecepatan yang sama. Jika, misalnya, dua gelombang monokromatik dengan amplitudo yang sama dan frekuensi yang sama merambat secara bersamaan dalam sebuah string, maka “foto instan” dari gelombang monokromatik ini dan gelombang yang dihasilkan akan memiliki bentuk seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 197.

Apabila punuk gelombang yang satu bertepatan dengan punuk gelombang lainnya, pencampuran gelombang yang dihasilkan adalah maksimum. Karena sinusoidal yang berhubungan dengan masing-masing gelombang berjalan sepanjang sumbu z dengan kecepatan yang sama dan, kurva yang dihasilkan berjalan dengan kecepatan yang sama tanpa mengubah bentuknya. Ternyata hal ini berlaku untuk gangguan gelombang dalam bentuk apa pun: gelombang transversal jenis apa pun merambat dalam tali yang diregangkan tanpa mengubah bentuknya. Tentang dispersi gelombang. Jika kecepatan rambat gelombang monokromatik tidak bergantung pada panjang gelombang atau frekuensi, maka dikatakan tidak ada dispersi. Kelestarian bentuk gelombang apapun selama perambatannya merupakan konsekuensi dari tidak adanya dispersi. Tidak ada dispersi untuk gelombang jenis apa pun yang merambat dalam media elastis kontinu. Keadaan ini sangat memudahkan untuk mengetahui cepat rambat gelombang longitudinal.

Kecepatan gelombang longitudinal.

Mari kita perhatikan, misalnya, sebuah batang elastis panjang yang luasnya di mana gangguan memanjang dengan ujung depan yang curam merambat. Misalkan suatu saat bagian depan ini, yang bergerak dengan kecepatan tinggi, mencapai suatu titik yang koordinatnya berada di sebelah kanan bagian depan; semua titik batang tersebut masih diam. Setelah jangka waktu tertentu, bagian depan akan bergerak ke kanan sejauh tertentu (Gbr. 198). Di dalam lapisan ini, semua partikel bergerak dengan kecepatan yang sama. Setelah jangka waktu tersebut, partikel-partikel batang yang saat itu berada pada muka gelombang akan bergerak sepanjang batang dalam jarak tertentu. Mari kita terapkan hukum kekekalan momentum pada massa batang yang terlibat dalam proses gelombang seiring waktu. Mari kita nyatakan gaya yang bekerja pada massa melalui deformasi elemen batang menggunakan hukum Hooke. Panjang elemen batang yang dipilih adalah sama, dan perubahan panjangnya di bawah pengaruh gaya adalah sama. Oleh karena itu, dengan menggunakan pengganti nilai ini, kita memperoleh Kecepatan gelombang suara longitudinal dalam batang elastis hanya bergantung pada modulus dan kepadatan Young. Sangat mudah untuk melihat bahwa di sebagian besar logam, kecepatan ini kira-kira. Cepat rambat gelombang longitudinal pada medium elastis selalu lebih besar daripada cepat rambat gelombang transversal. Mari kita bandingkan, misalnya, kecepatan gelombang longitudinal dan gelombang transversal kamu(dalam tali fleksibel yang diregangkan. Karena pada deformasi kecil konstanta elastis tidak bergantung pada gaya yang diterapkan, kecepatan gelombang longitudinal dalam tali yang diregangkan tidak bergantung pada pretensinya dan ditentukan oleh rumus. Untuk membandingkan kecepatan ini dengan kecepatan gelombang transversal yang ditemukan sebelumnya kamu kita nyatakan gaya tarik tali yang termasuk dalam rumus melalui deformasi relatif tali akibat pratarik ini. Mengganti nilai ke dalam rumus, kita memperoleh Jadi, cepat rambat gelombang transversal pada tali tegang ut ternyata jauh lebih kecil daripada cepat rambat gelombang longitudinal, sehingga regangan relatif tali e jauh lebih kecil daripada gelombang kesatuan energi Ketika gelombang merambat, energi ditransfer tanpa perpindahan materi. Energi gelombang dalam medium elastis terdiri dari energi kinetik partikel-partikel zat yang berosilasi dan energi potensial deformasi elastis medium. gelombang longitudinal pada batang elastis. Pada waktu tertentu, energi kinetik didistribusikan secara tidak merata ke seluruh volume batang, karena beberapa titik batang pada saat itu diam, sementara yang lain, sebaliknya, bergerak dengan kecepatan maksimum. Hal yang sama berlaku untuk energi potensial, karena pada saat ini beberapa elemen batang tidak mengalami deformasi, sementara yang lain mengalami deformasi maksimum. Oleh karena itu, ketika mempertimbangkan energi gelombang, wajar jika kita memasukkan kepadatan energi kinetik dan energi potensial. Kerapatan energi gelombang di setiap titik medium tidak tetap, tetapi berubah secara berkala seiring dengan lewatnya gelombang: energi menyebar seiring dengan gelombang.

Mengapa, ketika gelombang transversal merambat pada tali yang diregangkan, komponen longitudinal gaya tegangan tali pada seluruh tali adalah sama dan tidak berubah seiring dengan perjalanan gelombang?

Apa itu gelombang monokromatik? Bagaimana hubungan panjang gelombang monokromatik dengan frekuensi dan kecepatan rambat? Dalam hal apa gelombang disebut memanjang dan dalam hal apa disebut transversal? Tunjukkan dengan menggunakan penalaran kualitatif bahwa kecepatan rambat gelombang semakin besar, semakin besar gaya yang cenderung mengembalikan bagian medium yang terganggu ke keadaan setimbang, dan semakin kecil, semakin besar inersia bagian tersebut. Sifat medium apa yang menentukan cepat rambat gelombang longitudinal dan cepat rambat gelombang transversal? Bagaimana kecepatan gelombang-gelombang tersebut dalam tali yang diregangkan berhubungan satu sama lain?

Kerapatan energi kinetik gelombang berjalan.

Mari kita perhatikan rapat energi kinetik dalam gelombang elastis monokromatik yang dijelaskan oleh persamaan. Mari kita pilih sebuah elemen kecil pada batang di antara bidang-bidang sedemikian rupa sehingga panjangnya dalam keadaan tidak berubah bentuk jauh lebih kecil daripada panjang gelombangnya. Maka kecepatan semua partikel batang pada elemen ini selama rambat gelombang dapat dianggap sama. Dengan menggunakan rumus tersebut, kita mencari kecepatan, dengan menganggapnya sebagai fungsi waktu dan dengan mempertimbangkan nilai yang mencirikan posisi elemen batang yang bersangkutan sebagai tetap. Massa elemen batang yang dipilih, oleh karena itu energi kinetiknya pada momen waktu adalah Dengan menggunakan persamaan tersebut, kita mencari massa jenis energi kinetik pada suatu titik pada momen waktu. Kepadatan energi potensial. Mari kita lanjutkan menghitung kepadatan energi potensial gelombang. Karena panjang elemen batang yang dipilih kecil dibandingkan dengan panjang gelombang, maka deformasi elemen yang disebabkan oleh gelombang dapat dianggap homogen. Oleh karena itu, energi regangan potensial dapat ditulis sebagai pemanjangan elemen batang yang bersangkutan akibat gelombang yang lewat. Untuk menemukan perpanjangan ini, Anda perlu mempertimbangkan posisi bidang yang membatasi elemen yang dipilih pada titik waktu tertentu. Posisi sesaat suatu bidang, yang posisi kesetimbangannya dicirikan oleh suatu koordinat, ditentukan oleh suatu fungsi yang dianggap sebagai fungsi pada suatu titik tetap. Oleh karena itu, perpanjangan elemen batang yang dipertimbangkan, seperti dapat dilihat dari Gambar. 199, sama dengan Perpanjangan relatif elemen ini adalah Jika dalam ekspresi ini kita menuju ke limit di, maka itu berubah menjadi turunan fungsi terhadap variabel di tetap. Dengan menggunakan rumus yang kita peroleh

Beras. 199. Menghitung perpanjangan relatif batang Sekarang persamaan energi potensial berbentuk dan rapat energi potensial pada suatu titik pada suatu waktu adalah Energi gelombang berjalan. Karena kecepatan rambat gelombang longitudinal, sisi kanan rumusnya bertepatan. Ini berarti bahwa dalam gelombang elastik longitudinal yang merambat, massa jenis energi kinetik dan energi potensial adalah sama pada setiap saat di setiap titik dalam medium. Ketergantungan kerapatan energi gelombang pada koordinat pada waktu tertentu ditunjukkan pada Gambar. 200. Perhatikan bahwa, berbeda dengan osilasi lokal (osilator), di mana energi kinetik dan potensial berubah dalam antifase, dalam gelombang berjalan, osilasi energi kinetik dan potensial terjadi dalam fase yang sama. Energi kinetik dan energi potensial pada setiap titik medium secara bersamaan mencapai nilai maksimum dan sekaligus menjadi nol. Kesetaraan nilai sesaat massa jenis energi kinetik dan energi potensial merupakan sifat umum gelombang merambat dari gelombang yang merambat pada arah tertentu. Dapat dilihat bahwa hal ini juga berlaku untuk gelombang transversal pada tali fleksibel yang diregangkan. Beras. 200. Perpindahan partikel medium dan rapat energi dalam gelombang berjalan

Sampai saat ini, kita telah membahas gelombang yang merambat dalam suatu sistem yang mempunyai ekstensi tak terhingga hanya dalam satu arah: dalam rantai pendulum, dalam tali, dalam batang. Namun gelombang juga dapat merambat dalam medium yang berdimensi tak terhingga ke segala arah. Dalam medium kontinu seperti itu, gelombang datang dalam berbagai jenis tergantung pada metode eksitasinya. Gelombang pesawat. Jika, misalnya, suatu gelombang timbul sebagai akibat osilasi harmonik pada suatu bidang tak hingga, maka dalam medium homogen ia merambat dalam arah tegak lurus bidang tersebut. Dalam gelombang seperti itu, perpindahan semua titik medium yang terletak pada suatu bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat terjadi dengan cara yang persis sama. Jika energi gelombang tidak diserap dalam medium, maka amplitudo osilasi titik-titik dalam medium di semua tempat adalah sama dan perpindahannya diberikan oleh rumus. Gelombang seperti ini disebut gelombang bidang.

Gelombang bulat.

Jenis gelombang bola yang berbeda diciptakan dalam media elastis isotropik homogen oleh bola yang berdenyut. Gelombang seperti itu merambat dengan kecepatan yang sama ke segala arah. Permukaan gelombangnya, permukaan fase konstan, adalah bola konsentris. Dengan tidak adanya penyerapan energi dalam medium, mudah untuk menentukan ketergantungan amplitudo gelombang bola pada jarak ke pusat. Karena aliran energi gelombang, sebanding dengan kuadrat amplitudo, adalah sama melalui bola mana pun, amplitudo gelombang berkurang berbanding terbalik dengan jarak dari pusat. Persamaan gelombang bola memanjang berbentuk dimana adalah amplitudo osilasi pada jarak dari pusat gelombang.

Bagaimana energi yang dipindahkan oleh gelombang berjalan bergantung pada frekuensi dan amplitudo gelombang?

Apa itu gelombang bidang? Gelombang bola? Bagaimana amplitudo gelombang bidang dan gelombang bola bergantung pada jarak?

Jelaskan mengapa pada gelombang berjalan energi kinetik dan energi potensial berubah dalam satu fasa.

Gelombang elastik merambat sepanjang batas bebas suatu zat padat atau sepanjang batas zat padat dengan media lain

Animasi

Keterangan

Keberadaan gelombang permukaan (SW) merupakan akibat interaksi gelombang elastis memanjang dan (atau) transversal ketika gelombang tersebut dipantulkan dari batas datar antara media yang berbeda pada kondisi batas tertentu untuk komponen perpindahan. PV dalam benda padat terdiri dari dua kelas: dengan polarisasi vertikal, di mana vektor perpindahan getaran partikel medium terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap permukaan batas, dan dengan polarisasi horizontal, di mana vektor perpindahan partikel medium berada. medium sejajar dengan permukaan batas.

Kasus khusus PV yang paling umum adalah sebagai berikut.

1) Gelombang Rayleigh (atau gelombang Rayleigh), merambat sepanjang batas benda padat dengan ruang hampa atau media gas yang cukup dijernihkan. Energi gelombang ini terlokalisasi pada lapisan permukaan dengan ketebalan l sampai 2l, dimana l adalah panjang gelombang. Partikel dalam gelombang Rayleigh bergerak sepanjang elips, sumbu semi mayor w tegak lurus terhadap batas, dan sumbu semi minor u sejajar dengan arah rambat gelombang (Gbr. 1a).

Gelombang Rayleigh elastis permukaan pada batas bebas benda padat

Beras. 1a

Sebutan:

Kecepatan fase gelombang Rayleigh adalah c R » 0,9c t , dengan c t adalah kecepatan fase gelombang transversal bidang.

2) Gelombang teredam tipe Rayleigh pada batas benda padat dengan zat cair, dengan syarat kecepatan fasa dalam zat cair adalah L< с R в твердом теле (что справедливо почти для всех реальных сред). Эта волна непрерывно излучает энергию в жидкость, образуя в ней отходящую от границы неоднородную волну (рис. 1б).

Gelombang teredam elastis permukaan tipe Rayleigh pada batas benda padat dan zat cair

Beras. 1b

Sebutan:

x adalah arah rambat gelombang;

kamu,w - komponen perpindahan partikel;

kurva menggambarkan perkembangan perubahan amplitudo perpindahan terhadap jarak dari batas;

garis miring adalah bagian depan gelombang keluar.

Kecepatan fase gelombang ini sama dengan R, hingga persentase, dan koefisien atenuasi pada panjang gelombang al ~ 0,1. Distribusi kedalaman perpindahan dan tegangan sama seperti pada gelombang Rayleigh.

3) Gelombang kontinu dengan polarisasi vertikal, merambat sepanjang batas zat cair dan zat padat dengan kecepatan kurang dari L (dan, karenanya, lebih kecil dari kecepatan gelombang memanjang dan transversal dalam zat padat). Struktur PV ini sangat berbeda dengan gelombang Rayleigh. Ini terdiri dari gelombang yang sangat tidak homogen dalam cairan, yang amplitudonya perlahan berkurang seiring dengan jarak dari batas, dan dua gelombang longitudinal dan transversal yang sangat tidak homogen dalam zat padat (Gbr. 1c).

PV tidak teredam pada antarmuka padat-cair

Beras. 1c

Sebutan:

x adalah arah rambat gelombang;

kamu,w - komponen perpindahan partikel;

kurva menggambarkan perkembangan perubahan amplitudo perpindahan dengan jarak dari batas.

Energi gelombang dan pergerakan partikel terlokalisasi terutama di dalam cairan.

4) Gelombang Stoneley merambat sepanjang batas datar dua media padat yang modulus elastisitas dan massa jenisnya tidak jauh berbeda. Gelombang seperti itu (Gbr. 1d) seolah-olah terdiri dari dua gelombang Rayleigh - satu di setiap medium.

Permukaan gelombang Stoneley elastis pada antarmuka dua media padat

Beras. 1g

Sebutan:

x adalah arah rambat gelombang;

kamu,w - komponen perpindahan partikel;

kurva menggambarkan perkembangan perubahan amplitudo perpindahan dengan jarak dari batas.

Komponen perpindahan vertikal dan horizontal pada masing-masing medium berkurang seiring dengan bertambahnya jarak dari batas sehingga energi gelombang terkonsentrasi pada dua lapisan batas dengan ketebalan ~l. Kecepatan fase gelombang Stoneley lebih kecil dari nilai kecepatan fase gelombang longitudinal dan transversal pada kedua media yang berdekatan.

5) Gelombang cinta - SW dengan polarisasi horizontal, yang dapat merambat pada batas setengah ruang padat dengan lapisan padat (Gbr. 1e).

Gelombang Cinta elastis permukaan pada batas “setengah ruang padat – lapisan padat”

Beras. 1d

Sebutan:

x adalah arah rambat gelombang;

kurva menggambarkan perkembangan perubahan amplitudo perpindahan dengan jarak dari batas.

Gelombang ini murni transversal: hanya mempunyai satu komponen perpindahan v, dan deformasi elastis pada gelombang Love adalah geser murni. Perpindahan pada lapisan (indeks 1) dan setengah ruang (indeks 2) dijelaskan dengan ekspresi:

v 1 = (A ¤ cos(s 1 h)) cos(s 1 (h - z))sin(w t - kx) ;

v 2 = A H exp(s 2 z) sin(wt - kx ),

dimana t adalah waktu;

w - frekuensi melingkar;

s 1 = ( kt1 2 - k 2 )1/2 ;

s 2 = (k 2 - kt2 2 )1/2;

k adalah bilangan gelombang gelombang Cinta;

k t1, k t2 - bilangan gelombang gelombang transversal masing-masing di lapisan dan di setengah ruang;

h - ketebalan lapisan;

A adalah konstanta sembarang.

Dari ekspresi untuk v 1 dan v 2 jelas bahwa perpindahan pada lapisan terdistribusi sepanjang kosinus, dan di ruang setengah perpindahan tersebut berkurang secara eksponensial terhadap kedalaman. Gelombang cinta dicirikan oleh dispersi kecepatan. Pada ketebalan lapisan yang kecil, kecepatan fase gelombang Love cenderung terhadap kecepatan fase gelombang transversal massal di setengah ruang. Untuk w h ¤ c t2 >>1, Gelombang cinta ada dalam bentuk beberapa modifikasi yang masing-masing berhubungan dengan gelombang normal dengan orde tertentu.

Gelombang pada permukaan bebas suatu zat cair atau pada antarmuka antara dua zat cair yang tidak dapat bercampur juga dianggap sebagai gelombang gelombang. PV semacam itu muncul di bawah pengaruh pengaruh eksternal, misalnya angin, yang menghilangkan permukaan cairan dari keadaan setimbang. Namun dalam kasus ini, gelombang elastis tidak mungkin ada. Tergantung pada sifat gaya pemulih, 3 jenis PV dibedakan: gravitasi, terutama disebabkan oleh gravitasi; kapiler, terutama disebabkan oleh gaya tegangan permukaan; gravitasi-kapiler (lihat deskripsi FE “Gelombang permukaan dalam cairan”).

Karakteristik waktu

Waktu inisiasi (log ke -3 hingga -1);

Seumur hidup (log tc dari -1 hingga 3);

Waktu degradasi (log td dari -1 ke 1);

Waktu pengembangan optimal (log tk dari 0 hingga 1).

Diagram:

Implementasi teknis dari efeknya

Gelombang Rayleigh dapat diperoleh pada permukaan bebas benda padat yang cukup luas (batas padat-udara). Untuk melakukan ini, pemancar gelombang elastis (membujur, melintang) ditempatkan pada permukaan benda (Gbr. 2), meskipun, pada prinsipnya, sumber gelombang juga dapat ditempatkan di dalam medium pada kedalaman tertentu (gempa bumi model sumber).

Generasi gelombang Rayleigh pada batas bebas benda padat

Beras. 2

Menerapkan efek

Karena PV seismik melemah terhadap jarak, PV, terutama Rayleigh dan Love, digunakan dalam geofisika untuk menentukan struktur kerak bumi. Dalam deteksi cacat ultrasonik, PV digunakan untuk pengujian non-destruktif komprehensif pada permukaan dan lapisan permukaan sampel. Dalam acoustoelectronics (AE), dengan menggunakan PV, dimungkinkan untuk membuat sirkuit mikroelektronik untuk memproses sinyal listrik. Keuntungan PV pada perangkat AE adalah kerugian konversi yang rendah selama eksitasi dan penerimaan PV, ketersediaan muka gelombang, yang memungkinkan Anda menangkap sinyal dan mengontrol perambatan gelombang di titik mana pun dalam pipa suara, dll.

Contoh perangkat AE pada PV: resonator (Gbr. 3).

Struktur resonansi pada gelombang akustik permukaan

Beras. 3

Sebutan:

1 - konverter;

2 - sistem reflektor (elektroda atau alur logam).

Faktor kualitas hingga 104, kerugian rendah (kurang dari 5 dB), rentang frekuensi 30 - 1000 MHz. Prinsip operasi. PV berdiri dibuat antara reflektor 2, yang dihasilkan dan diterima oleh konverter 1.

literatur

1. USG / Ed. AKU P. Golyamina.- M.: Ensiklopedia Soviet, 1979.- Hal.400.

2. Brekhovskikh L.M., Goncharov V.V. Pengantar mekanika kontinum - M.: Nauka, 1982.

Kata kunci

amplitudo
gelombang permukaan
Gelombang Rayleigh
Gelombang cinta
Gelombang Stoneley
gelombang terpolarisasi vertikal
gelombang terpolarisasi horizontal
panjang gelombang
kecepatan gelombang
dispersi kecepatan
frekuensi

Bagian ilmu alam:

Gelombang akustik permukaan(SAW) - gelombang elastis yang merambat sepanjang permukaan benda padat atau sepanjang batas dengan media lain. Surfaktan dibagi menjadi dua jenis: dengan polarisasi vertikal dan dengan polarisasi horizontal ( Gelombang cinta).

Kasus khusus gelombang permukaan yang paling umum adalah sebagai berikut:

Gelombang Rayleigh(atau Rayleigh), dalam pengertian klasik, merambat sepanjang batas setengah ruang elastis dengan ruang hampa atau media gas yang cukup dijernihkan.
pada antarmuka padat-cair.
, berjalan sepanjang batas benda cair dan benda padat
Gelombang Stoneleigh, merambat sepanjang batas datar dua media padat, yang modulus elastisitas dan massa jenisnya tidak jauh berbeda.
Gelombang cinta- gelombang permukaan dengan polarisasi horizontal (tipe SH), yang dapat merambat dalam struktur lapisan elastis pada setengah ruang elastis.

YouTube ensiklopedis

1 / 3

✪ Gelombang seismik

✪ Gelombang longitudinal dan transversal. Gelombang suara. Pelajaran 120

✪ Kuliah tujuh: Gelombang

Subtitle

Pada video kali ini saya ingin membahas sedikit tentang gelombang seismik. Mari kita tuliskan topiknya. Pertama, mereka sangat menarik dan, kedua, sangat penting untuk memahami struktur bumi. Anda telah melihat video saya tentang lapisan bumi, dan berkat gelombang seismik kita menyimpulkan lapisan apa yang terdiri dari planet kita. Meskipun gelombang seismik biasanya dikaitkan dengan gempa bumi, sebenarnya gelombang seismik adalah gelombang apa pun yang merambat di sepanjang tanah. Energi tersebut bisa berasal dari gempa bumi, ledakan kuat, apa pun yang dapat mengirimkan banyak energi langsung ke tanah dan batu. Jadi, ada dua jenis utama gelombang seismik. Dan kami akan lebih fokus pada salah satunya. Yang pertama adalah gelombang permukaan. Mari kita tuliskan. Yang kedua adalah gelombang tubuh. Gelombang permukaan hanyalah gelombang yang merambat melintasi permukaan sesuatu. Dalam kasus kami, di permukaan bumi. Di sini, dalam ilustrasi, Anda dapat melihat seperti apa bentuk gelombang permukaan. Mirip dengan riak yang terlihat di permukaan air. Ada dua jenis gelombang permukaan: Gelombang Rayleigh dan Gelombang Love. Saya tidak akan menjelaskan secara detail, namun di sini Anda dapat melihat gelombang Rayleigh bergerak naik turun. Di sinilah bumi bergerak naik turun. Itu bergerak ke bawah sini. Ini dia. Dan kemudian - turun lagi. Itu terlihat seperti gelombang yang melintasi bumi. Gelombang cinta, pada gilirannya, bergerak ke samping. Artinya, di sini gelombang tidak bergerak ke atas dan ke bawah, tetapi jika dilihat ke arah gelombangnya bergerak ke kiri. Di sini ia bergerak ke kanan. Di sini - ke kiri. Di sini - lagi ke kanan. Dalam kedua kasus tersebut, pergerakan gelombang tegak lurus terhadap arah pergerakannya. Terkadang gelombang seperti ini disebut gelombang transversal. Dan seperti yang saya katakan, mereka seperti gelombang di air. Gelombang tubuh jauh lebih menarik karena, pertama, merupakan gelombang tercepat. Selain itu, gelombang inilah yang digunakan untuk mempelajari struktur bumi. Gelombang tubuh terdiri dari dua jenis. Ada gelombang P, atau gelombang primer. Dan gelombang S, atau gelombang sekunder. Mereka dapat dilihat di sini. Gelombang seperti itu adalah energi yang bergerak di dalam tubuh. Dan tidak hanya pada permukaannya saja. Nah, pada gambar yang saya unduh dari Wikipedia ini, Anda bisa melihat bagaimana sebuah batu besar dipukul dengan palu. Dan saat palu menghantam batu... Biar saya gambar ulang lebih besar. Di sini saya akan memiliki sebuah batu dan saya akan memukulnya dengan palu. Ini akan menekan batu yang terkena. Kemudian energi dari tumbukan tersebut akan mendorong molekul-molekul tersebut, sehingga akan menabrak molekul-molekul di sebelahnya. Dan molekul-molekul ini akan menabrak molekul-molekul di belakangnya, dan molekul-molekul tersebut, pada gilirannya, akan menabrak molekul-molekul di sebelahnya. Ternyata bagian batu yang terkompresi ini bergerak seperti gelombang. Ini adalah molekul yang terkompresi, mereka akan menabrak molekul di dekatnya dan kemudian batu di sini akan menjadi lebih padat. Molekul pertama, yang memulai seluruh pergerakan, akan kembali ke tempatnya. Oleh karena itu, kompresi telah bergerak, dan akan bergerak lebih jauh. Hasilnya adalah gelombang kompresi. Anda memukulnya dengan palu dan Anda mendapatkan perubahan kepadatan yang bergerak searah dengan gelombang. Dalam kasus kita, molekul bergerak maju mundur sepanjang sumbu yang sama. Sejajar dengan arah gelombang. Ini adalah gelombang P. Gelombang P dapat merambat di udara. Pada dasarnya, gelombang suara adalah gelombang kompresi. Mereka dapat bergerak dalam cairan dan padatan. Dan, bergantung pada lingkungan, mereka bergerak dengan kecepatan berbeda. Di udara mereka bergerak dengan kecepatan 330 m/s, yang tidak terlalu lambat untuk kehidupan sehari-hari. Dalam zat cair mereka bergerak dengan kecepatan 1.500 m/s. Dan pada granit, yang menyusun sebagian besar permukaan bumi, mereka bergerak dengan kecepatan 5.000 m/s. Biarkan saya menuliskan ini. 5.000 meter, atau 5 km/s di granit. Dan saya akan menggambar gelombang S sekarang, karena gelombang ini terlalu kecil. Jika Anda memukul area ini dengan palu, kekuatan tumbukan akan memindahkan batu ke samping untuk sementara. Ini akan sedikit berubah bentuk dan akan menarik bagian batu yang berdekatan dengannya. Batuan yang berada di atas ini kemudian akan ditarik ke bawah, dan batu yang semula tertabrak akan kembali naik. Dan setelah sekitar satu milidetik, lapisan batu di atasnya berubah bentuk sedikit ke kanan. Dan kemudian, seiring berjalannya waktu, deformasi akan bergerak ke atas. Perhatikan bahwa dalam kasus ini gelombang juga bergerak ke atas. Namun pergerakan material tidak lagi sejajar sumbu seperti pada gelombang P, melainkan tegak lurus. Gelombang tegak lurus ini disebut juga getaran transversal. Pergerakan partikel tegak lurus terhadap sumbu gerak gelombang. Ini adalah gelombang S. Mereka bergerak sedikit lebih lambat dari gelombang P. Oleh karena itu, jika terjadi gempa, gelombang P akan dirasakan terlebih dahulu. Dan kemudian, pada kira-kira 60% kecepatan gelombang P, gelombang S akan datang. Jadi, untuk memahami struktur bumi, penting untuk diingat bahwa gelombang S hanya dapat bergerak pada benda padat. Mari kita tuliskan ini. Bisa dibilang Anda melihat gelombang transversal di atas air. Tapi ada gelombang permukaan. Dan kita sedang membahas gelombang tubuh. Gelombang yang merambat dalam volume air. Agar lebih mudah membayangkannya, saya akan menimba air, misalkan di sini ada kolam. Dalam konteksnya. Sesuatu seperti itu. Ya, saya bisa menggambarnya dengan lebih baik. Jadi inilah pemandangan kolam renangnya, dan saya harap Anda dapat memahami apa yang terjadi di dalamnya. Dan jika saya mengompres sebagian air, misalnya dengan memukulnya dengan benda yang sangat besar, maka air akan cepat terkompres. Gelombang P akan dapat bergerak karena molekul air akan menabrak molekul di sebelahnya, yang selanjutnya akan menabrak molekul di belakangnya. Dan kompresi ini, gelombang P ini, akan bergerak ke arah tumbukan saya. Hal ini menunjukkan bahwa gelombang P dapat bergerak baik di dalam cairan maupun di udara, misalnya. Bagus. Dan ingatlah bahwa kita berbicara tentang gelombang bawah air. Bukan tentang permukaan. Gelombang kita bergerak mengikuti volume air. Misalkan kita mengambil palu dan memukul air dengan volume tertentu dari samping. Dan ini hanya akan menciptakan gelombang kompresi ke arah ini. Dan tidak ada lagi. Gelombang transversal tidak akan timbul karena gelombang tersebut tidak mempunyai elastisitas yang memungkinkan bagian-bagiannya berosilasi dari sisi ke sisi. Gelombang S memerlukan elastisitas yang hanya terdapat pada benda padat. Berikut ini kita akan menggunakan sifat-sifat gelombang P yang dapat merambat di udara, zat cair, dan benda padat, serta sifat-sifat gelombang S untuk mengetahui bahan penyusun bumi. Terjemahan oleh komunitas Amara.org

Gelombang Rayleigh

Gelombang Rayleigh teredam

Gelombang tipe Rayleigh teredam pada antarmuka padat-cair.

Gelombang kontinu dengan polarisasi vertikal

Gelombang kontinu dengan polarisasi vertikal, mengalir sepanjang batas zat cair dan zat padat dengan kecepatan suara dalam medium tertentu.

Melambai(Gelombang, gelombang, laut) - terbentuk karena adhesi partikel cairan dan udara; meluncur di sepanjang permukaan air yang halus, mula-mula udara menimbulkan riak, dan baru kemudian, dengan bekerja pada permukaan miringnya, secara bertahap timbul agitasi massa air. Pengalaman menunjukkan bahwa partikel air tidak bergerak maju; hanya bergerak secara vertikal. Gelombang laut merupakan pergerakan air di permukaan laut yang terjadi pada interval tertentu.

Titik tertinggi gelombang disebut sisir atau puncak gelombang, dan titik terendahnya adalah tunggal. Tinggi gelombang adalah jarak dari puncak ke dasarnya, dan panjang ini adalah jarak antara dua punggung bukit atau telapak kaki. Waktu antara dua puncak atau lembah disebut periode ombak.

Penyebab utama

Rata-rata tinggi gelombang saat terjadi badai di lautan mencapai 7-8 meter, biasanya dapat meregang hingga panjang - hingga 150 meter dan hingga 250 meter saat terjadi badai.

Dalam kebanyakan kasus, gelombang laut dibentuk oleh angin. Kekuatan dan ukuran gelombang tersebut bergantung pada kekuatan angin, serta durasi dan “percepatannya” - panjang jalur yang dilalui angin di atas air. permukaan. Terkadang ombak yang menghantam pantai bisa berasal dari jarak ribuan kilometer dari bibir pantai. Namun masih banyak faktor lain yang menyebabkan terjadinya gelombang laut: gaya pasang surut Bulan dan Matahari, fluktuasi tekanan atmosfer, letusan gunung berapi bawah laut, gempa bumi bawah air, dan pergerakan kapal laut.

Gelombang yang diamati di badan air lain dapat terdiri dari dua jenis:

1) Angin diciptakan oleh angin, menjadi stabil setelah angin berhenti bekerja dan disebut gelombang besar, atau gelombang besar; Gelombang angin tercipta karena adanya aksi angin (pergerakan massa udara) pada permukaan air, yaitu injeksi. Alasan terjadinya osilasi gelombang menjadi mudah dipahami jika kita memperhatikan pengaruh angin yang sama pada permukaan ladang gandum. Ketidakstabilan arus angin yang menimbulkan gelombang terlihat jelas.

2) Gelombang gerakan, atau gelombang berdiri, terbentuk sebagai akibat dari getaran kuat di dasar bumi selama gempa bumi atau tereksitasi, misalnya, oleh perubahan tekanan atmosfer yang tajam. Gelombang ini disebut juga gelombang tunggal.

Berbeda dengan pasang surut dan arus, gelombang tidak menggerakkan massa air. Ombaknya bergerak, tapi airnya tetap di tempatnya. Perahu yang terombang-ambing di atas ombak tidak akan hanyut bersama ombak. Dia akan dapat bergerak sedikit di sepanjang lereng yang miring hanya karena gaya gravitasi bumi. Partikel air dalam gelombang bergerak sepanjang cincin. Semakin jauh cincin-cincin ini dari permukaan, semakin kecil jadinya dan akhirnya hilang sama sekali. Berada di kapal selam di kedalaman 70-80 meter, Anda tidak akan merasakan pengaruh gelombang laut bahkan saat badai paling parah di permukaan.

Jenis gelombang laut

Gelombang dapat menempuh jarak yang sangat jauh tanpa berubah bentuk dan hampir tidak kehilangan energi, lama setelah angin yang menyebabkan gelombang tersebut mereda. Menembus pantai, gelombang laut melepaskan energi yang sangat besar yang terkumpul selama perjalanan. Kekuatan gelombang pecah yang terus menerus mengubah bentuk pantai dengan berbagai cara. Gelombang yang menyebar dan bergulung-gulung menyapu pantai dan oleh karena itu disebut konstruktif. Ombak yang menerjang pantai lambat laun menghancurkannya dan menghanyutkan pantai yang melindunginya. Itu sebabnya mereka dipanggil destruktif.

Ombak yang rendah, lebar, dan membulat menjauhi pantai disebut gelombang besar. Gelombang menyebabkan partikel air menggambarkan lingkaran dan cincin. Ukuran cincin berkurang seiring dengan kedalaman. Saat gelombang mendekati pantai yang landai, partikel air di dalamnya menggambarkan bentuk oval yang semakin pipih. Mendekati pantai, gelombang laut tidak bisa lagi menutup bentuk ovalnya, dan gelombang pun pecah. Di perairan dangkal, partikel air tidak dapat lagi menutup bentuk ovalnya, dan gelombang pecah. Tanjung terbentuk dari batuan yang lebih keras dan terkikis lebih lambat dibandingkan bagian pantai sekitarnya. Gelombang laut yang curam dan tinggi menggerogoti tebing berbatu di dasarnya, menciptakan ceruk. Tebing terkadang runtuh. Terasnya yang diratakan ombak, hanyalah sisa-sisa bebatuan yang hancur diterpa laut. Terkadang air naik melalui retakan vertikal pada batuan ke atas dan keluar ke permukaan, membentuk corong. Kekuatan destruktif ombak memperlebar retakan pada batuan sehingga membentuk gua. Ketika gelombang mengikis batu di kedua sisinya hingga bertemu di saat putus, maka terbentuklah lengkungan. Ketika bagian atas lengkungan jatuh ke laut, pilar-pilar batu tetap ada. Fondasinya rusak dan pilar-pilarnya runtuh, membentuk batu-batu besar. Kerikil dan pasir yang ada di pantai merupakan hasil erosi.

Gelombang destruktif secara bertahap mengikis pantai dan membawa pasir dan kerikil dari pantai. Membawa seluruh beban air dan material yang terbawa arus ke lereng dan tebing, gelombang menghancurkan permukaannya. Mereka memeras air dan udara ke dalam setiap celah, setiap celah, seringkali dengan energi ledakan, secara bertahap memisahkan dan melemahkan bebatuan. Pecahan batu yang pecah digunakan untuk penghancuran lebih lanjut. Bahkan bebatuan yang paling keras pun perlahan-lahan hancur, dan daratan di tepi pantai berubah karena pengaruh gelombang. Ombak mampu menghancurkan pantai dengan kecepatan yang luar biasa. Di Lincolnshire, Inggris, erosi (kehancuran) meningkat dengan kecepatan 2 m2 per tahun. Sejak tahun 1870, ketika mercusuar terbesar di Amerika Serikat dibangun di Cape Hatteras, laut telah menghanyutkan pantai sejauh 426 m ke daratan.

Tsunami

Tsunami Ini adalah gelombang kekuatan destruktif yang sangat besar. Hal ini disebabkan oleh gempa bumi bawah laut atau letusan gunung berapi dan dapat melintasi lautan lebih cepat daripada pesawat jet: 1000 km/jam. Di perairan dalam, ukurannya bisa kurang dari satu meter, namun saat mendekati pantai, mereka melambat dan tumbuh hingga 30-50 meter sebelum akhirnya roboh, membanjiri pantai dan menyapu semua yang dilewatinya. 90% dari seluruh tsunami yang tercatat terjadi di Samudera Pasifik.

Alasan paling umum.

Sekitar 80% kasus timbulnya tsunami adalah hal tersebut gempa bumi bawah air. Selama gempa bumi di bawah air, terjadi perpindahan vertikal dasar secara timbal balik: sebagian dasar tenggelam, dan sebagian lagi naik. Pergerakan osilasi terjadi secara vertikal di permukaan air, cenderung kembali ke permukaan semula – rata-rata permukaan laut – dan menimbulkan serangkaian gelombang. Tidak semua gempa bawah laut disertai tsunami. Tsunamigenik (yaitu menimbulkan gelombang tsunami) biasanya merupakan gempa bumi yang sumbernya dangkal. Permasalahan dalam mengenali potensi tsunami suatu gempa bumi belum terselesaikan, dan layanan peringatan dipandu oleh besarnya gempa bumi. Tsunami paling kuat terjadi di zona subduksi. Selain itu, guncangan bawah air juga perlu beresonansi dengan osilasi gelombang.

Tanah longsor. Tsunami jenis ini lebih sering terjadi dibandingkan perkiraan pada abad ke-20 (sekitar 7% dari seluruh tsunami). Seringkali gempa bumi menyebabkan tanah longsor dan juga menimbulkan gelombang. Pada tanggal 9 Juli 1958, gempa bumi di Alaska menyebabkan tanah longsor di Teluk Lituya. Massa batuan es dan tanah runtuh dari ketinggian 1.100 m, terbentuklah gelombang yang mencapai ketinggian lebih dari 524 m di seberang pantai teluk. Kasus seperti ini cukup jarang terjadi dan tidak dianggap sebagai standar. . Namun tanah longsor bawah air lebih sering terjadi di delta sungai, yang tidak kalah berbahayanya. Gempa bumi dapat menyebabkan tanah longsor dan, misalnya, di Indonesia, dimana sedimentasi lapisan sangat besar, tsunami tanah longsor sangatlah berbahaya, karena terjadi secara teratur, menyebabkan gelombang lokal setinggi lebih dari 20 meter.

Letusan gunung berapi menyumbang sekitar 5% dari seluruh kejadian tsunami. Letusan besar di bawah air mempunyai dampak yang sama seperti gempa bumi. Pada ledakan gunung berapi besar, tidak hanya gelombang yang dihasilkan dari ledakan tersebut, tetapi air juga mengisi rongga-rongga material letusan atau bahkan kaldera sehingga menghasilkan gelombang yang panjang. Contoh klasiknya adalah tsunami yang terjadi setelah letusan gunung Krakatau pada tahun 1883. Tsunami besar dari gunung berapi Krakatau terlihat di pelabuhan-pelabuhan di seluruh dunia dan menghancurkan lebih dari 5.000 kapal dan menewaskan sekitar 36.000 orang.

Tanda-tanda tsunami.

Tiba-tiba cepat penarikan air dari pantai dalam jarak yang cukup jauh dan pengeringan dasar laut. Semakin jauh laut surut, gelombang tsunami bisa semakin tinggi. Orang-orang yang berada di tepi pantai dan tidak mengetahuinya bahaya, mungkin karena penasaran atau untuk mengumpulkan ikan dan kerang. Dalam hal ini, Anda harus meninggalkan pantai sesegera mungkin dan menjauh darinya - aturan ini harus diikuti ketika, misalnya, di Jepang, di pantai Samudra Hindia Indonesia, atau Kamchatka. Pada kasus teletsunami, gelombang biasanya mendekat tanpa air surut.
Gempa bumi. Episentrum gempa biasanya berada di lautan. Di pesisir pantai, gempa biasanya jauh lebih lemah, dan sering kali tidak terjadi gempa sama sekali. Di daerah rawan tsunami, ada aturan jika terasa gempa sebaiknya menjauh dari pantai sekaligus mendaki bukit, sehingga bersiap terlebih dahulu menghadapi datangnya gelombang.
Penyimpangan yang tidak biasa es dan benda mengambang lainnya, pembentukan retakan pada es cepat.
Kesalahan terbalik yang besar di tepi es dan terumbu yang tidak bergerak, terbentuknya kerumunan dan arus.

gelombang nakal

gelombang nakal(Gelombang jelajah, gelombang monster, gelombang aneh - gelombang anomali) - Gelombang raksasa yang timbul di lautan, tingginya lebih dari 30 meter, mempunyai tingkah laku yang tidak biasa pada gelombang laut.

10-15 tahun yang lalu, para ilmuwan menganggap cerita para pelaut tentang gelombang pembunuh raksasa yang muncul entah dari mana dan menenggelamkan kapal hanya sebagai cerita rakyat maritim. Untuk waktu yang lama ombak yang mengembara dianggap fiksi, karena tidak cocok dengan model matematika apa pun yang ada pada saat itu untuk menghitung kejadian dan perilakunya, karena gelombang dengan ketinggian lebih dari 21 meter tidak mungkin ada di lautan planet Bumi.

Salah satu deskripsi pertama gelombang monster berasal dari tahun 1826. Tingginya lebih dari 25 meter dan terlihat di Samudera Atlantik dekat Teluk Biscay. Tidak ada yang percaya pesan ini. Dan pada tahun 1840, navigator Dumont d'Urville mengambil risiko muncul di pertemuan Masyarakat Geografis Perancis dan menyatakan bahwa dia telah melihat gelombang setinggi 35 meter dengan matanya sendiri. Mereka yang hadir menertawakannya. Namun ada cerita tentang gelombang hantu yang sangat besar. yang tiba-tiba muncul di tengah lautan meski dengan badai kecil, dan kecuramannya menyerupai dinding air yang tipis, menjadi semakin banyak.

Bukti sejarah gelombang jahat

Jadi, pada tahun 1933, kapal Angkatan Laut AS Ramapo terjebak badai di Samudera Pasifik. Selama tujuh hari kapal diombang-ambingkan ombak. Dan pada pagi hari tanggal 7 Februari, sebuah benteng yang sangat tinggi tiba-tiba merayap dari belakang. Pertama, kapal dilempar ke jurang yang dalam, lalu diangkat hampir vertikal ke atas gunung air berbusa. Para awak kapal yang beruntung bisa selamat mencatat tinggi gelombang mencapai 34 meter. Ia bergerak dengan kecepatan 23 m/detik atau 85 km/jam. Sejauh ini, gelombang ini dianggap sebagai gelombang jahat tertinggi yang pernah diukur.

Selama Perang Dunia II, pada tahun 1942, kapal Queen Mary membawa 16 ribu personel militer Amerika dari New York ke Inggris (omong-omong, ini merupakan rekor jumlah orang yang diangkut dalam satu kapal). Tiba-tiba muncul gelombang setinggi 28 meter. “Dek atas berada pada ketinggian biasanya, dan tiba-tiba - tiba-tiba! - tiba-tiba turun,” kenang Dr. Norval Carter, yang berada di kapal naas itu. Kapal miring pada sudut 53 derajat - jika sudutnya lebih besar tiga derajat, kematian tidak bisa dihindari. Kisah "Ratu Mary" menjadi dasar film Hollywood "Poseidon".

Namun, pada tanggal 1 Januari 1995, di anjungan minyak Dropner di Laut Utara lepas pantai Norwegia, gelombang setinggi 25,6 meter yang disebut gelombang Dropner pertama kali terekam oleh instrumen. Proyek Gelombang Maksimum memungkinkan kami untuk melihat kembali penyebab matinya kapal kargo kering yang mengangkut kontainer dan kargo penting lainnya. Penelitian lebih lanjut mencatat selama tiga minggu di seluruh dunia lebih dari 10 gelombang raksasa tunggal, yang tingginya melebihi 20 meter. Proyek baru ini disebut Wave Atlas, yang menyediakan kompilasi peta gelombang monster yang diamati di seluruh dunia serta pemrosesan dan penambahan selanjutnya.

Penyebab

Ada beberapa hipotesis tentang penyebab gelombang ekstrim. Banyak di antara mereka yang tidak mempunyai akal sehat. Penjelasan paling sederhana didasarkan pada analisis superposisi sederhana gelombang dengan panjang berbeda. Namun perkiraan menunjukkan bahwa kemungkinan terjadinya gelombang ekstrim dalam skema seperti itu terlalu kecil. Hipotesis penting lainnya menunjukkan kemungkinan memfokuskan energi gelombang pada beberapa struktur arus permukaan. Namun, struktur ini terlalu spesifik untuk mekanisme pemfokusan energi untuk menjelaskan terjadinya gelombang ekstrem secara sistematis. Penjelasan yang paling dapat diandalkan mengenai terjadinya gelombang ekstrim harus didasarkan pada mekanisme internal gelombang permukaan nonlinier tanpa melibatkan faktor eksternal.

Menariknya, gelombang tersebut dapat berupa puncak dan palung, yang dikonfirmasi oleh para saksi mata. Penelitian lebih lanjut melibatkan efek nonlinier pada gelombang angin, yang dapat mengarah pada pembentukan kelompok gelombang kecil (paket) atau gelombang individu (soliton) yang dapat menempuh jarak jauh tanpa mengubah strukturnya secara signifikan. Paket serupa juga telah diamati berkali-kali dalam praktiknya. Ciri-ciri kelompok gelombang tersebut, yang membenarkan teori ini, adalah bahwa mereka bergerak secara independen dari gelombang lain dan memiliki lebar yang kecil (kurang dari 1 km), dengan ketinggian yang menurun tajam di bagian tepinya.

Namun, sifat gelombang anomali tersebut belum dapat diklarifikasi sepenuhnya.

2. Gelombang mekanik.

3. Sumber gelombang mekanik.

4. Titik sumber gelombang.

5. Gelombang transversal.

6. Gelombang memanjang.

7. Gelombang depan.

9. Gelombang periodik.

10. Gelombang harmonik.

11. Panjang gelombang.

12. Kecepatan penyebaran.

13. Ketergantungan cepat rambat gelombang pada sifat mediumnya.

14. Prinsip Huygens.

15. Pemantulan dan pembiasan gelombang.

16. Hukum pemantulan gelombang.

17. Hukum pembiasan gelombang.

18. Persamaan gelombang bidang.

19. Energi dan intensitas gelombang.

20. Prinsip superposisi.

21. Osilasi yang koheren.

22. Gelombang koheren.

23. Interferensi gelombang. a) kondisi interferensi maksimum, b) kondisi interferensi minimum.

24. Interferensi dan hukum kekekalan energi.

25. Difraksi gelombang.

26. Prinsip Huygens – Fresnel.

27. Gelombang terpolarisasi.

29. Volume suara.

30. Nada suara.

31. Timbre suara.

32. USG.

33. Infrasonik.

34. Efek Doppler.

1.Melambai - Ini adalah proses perambatan getaran kuantitas fisik apa pun di ruang angkasa. Misalnya, gelombang suara dalam gas atau cairan mewakili perambatan fluktuasi tekanan dan kepadatan di media tersebut. Gelombang elektromagnetik adalah proses perambatan osilasi kekuatan medan magnet listrik di ruang angkasa.

Energi dan momentum dapat berpindah dalam ruang melalui perpindahan materi. Setiap benda yang bergerak mempunyai energi kinetik. Oleh karena itu, ia mentransfer energi kinetik dengan mengangkut materi. Benda yang sama, ketika dipanaskan, bergerak di ruang angkasa, mentransfer energi panas, mentransfer materi.

Partikel-partikel medium elastis saling berhubungan. Gangguan, mis. penyimpangan dari posisi kesetimbangan satu partikel diteruskan ke partikel tetangga, mis. energi dan momentum berpindah dari satu partikel ke partikel tetangganya, sementara setiap partikel tetap berada di dekat posisi kesetimbangannya. Dengan demikian, energi dan momentum berpindah sepanjang rantai dari satu partikel ke partikel lainnya dan tidak terjadi perpindahan materi.

Jadi, proses gelombang merupakan proses perpindahan energi dan momentum dalam ruang tanpa adanya perpindahan materi.

2. Gelombang mekanik atau gelombang elastis– gangguan (osilasi) yang merambat dalam medium elastis. Media elastis tempat merambatnya gelombang mekanik adalah udara, air, kayu, logam, dan zat elastis lainnya. Gelombang elastis disebut gelombang suara.

3. Sumber gelombang mekanik- benda yang melakukan gerak osilasi ketika berada dalam medium elastis, misalnya menggetarkan garpu tala, senar, pita suara.

4. Sumber gelombang titik – sumber gelombang yang besarnya dapat diabaikan dibandingkan dengan jarak rambat gelombang.

5. Gelombang transversal – gelombang yang partikel mediumnya berosilasi dengan arah tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Misalnya gelombang pada permukaan air merupakan gelombang transversal, karena getaran partikel air terjadi pada arah tegak lurus arah permukaan air, dan gelombang merambat sepanjang permukaan air. Gelombang transversal merambat sepanjang tali, salah satu ujungnya tetap, ujung lainnya berosilasi pada bidang vertikal.

Gelombang transversal hanya dapat merambat sepanjang antarmuka antara media yang berbeda.

6. Gelombang memanjang – gelombang yang terjadi osilasi searah dengan rambat gelombang. Gelombang longitudinal terjadi pada pegas heliks panjang jika salah satu ujungnya mengalami gangguan periodik yang diarahkan sepanjang pegas. Gelombang elastis yang berjalan sepanjang pegas mewakili rangkaian kompresi dan ekstensi yang merambat (Gbr. 88)

Gelombang longitudinal hanya dapat merambat di dalam medium elastis, misalnya di udara, di dalam air. Pada zat padat dan zat cair, gelombang transversal dan longitudinal dapat merambat secara bersamaan, karena benda padat dan zat cair selalu dibatasi oleh suatu permukaan – antarmuka antara dua media. Misalnya, jika ujung batang baja dipukul dengan palu, maka deformasi elastis akan mulai menyebar di dalamnya. Gelombang transversal akan merambat sepanjang permukaan batang, dan gelombang longitudinal (kompresi dan penghalusan medium) akan merambat di dalamnya (Gbr. 89).

7. Muka gelombang (permukaan gelombang)– kedudukan geometri titik-titik yang berosilasi dalam fase yang sama. Pada permukaan gelombang, fase-fase titik-titik osilasi pada momen waktu yang ditinjau mempunyai nilai yang sama. Jika sebuah batu dilempar ke dalam telaga yang tenang, maka gelombang melintang yang berbentuk lingkaran akan mulai merambat ke seluruh permukaan telaga dari tempat jatuhnya, dengan pusat di tempat jatuhnya batu tersebut. Dalam contoh ini, muka gelombang berbentuk lingkaran.

Pada gelombang bola, muka gelombang berbentuk bola. Gelombang seperti itu dihasilkan oleh sumber titik.

Pada jarak yang sangat jauh dari sumber, kelengkungan muka gelombang dapat diabaikan dan muka gelombang dianggap datar. Dalam hal ini gelombang disebut bidang.

8. Balok – lurus garis normal terhadap permukaan gelombang. Pada gelombang bola, sinar diarahkan sepanjang jari-jari bola dari pusat tempat sumber gelombang berada (Gbr. 90).

Pada gelombang bidang, sinar diarahkan tegak lurus permukaan depan (Gbr. 91).

9. Gelombang periodik. Ketika berbicara tentang gelombang, yang kami maksud adalah gangguan tunggal yang merambat di ruang angkasa.

Jika sumber gelombang melakukan osilasi terus menerus, maka gelombang elastis yang merambat satu demi satu muncul dalam medium. Gelombang seperti ini disebut periodik.

10. Gelombang harmonik– gelombang yang dihasilkan oleh osilasi harmonik. Jika sumber gelombang melakukan osilasi harmonik, maka sumber gelombang tersebut menghasilkan gelombang harmonik - gelombang di mana partikel-partikelnya bergetar menurut hukum harmonik.

11. Panjang gelombang. Biarkan gelombang harmonik merambat sepanjang sumbu OX, dan osilasi di dalamnya terjadi searah sumbu OY. Gelombang ini bersifat transversal dan dapat digambarkan sebagai gelombang sinus (Gbr. 92).

Gelombang seperti itu dapat diperoleh dengan menimbulkan getaran pada bidang vertikal ujung bebas kabel.

Panjang gelombang adalah jarak antara dua titik terdekat A dan B, berosilasi dalam fase yang sama (Gbr. 92).

12. Kecepatan rambat gelombang– besaran fisis yang secara numerik sama dengan kecepatan rambat getaran di ruang angkasa. Dari Gambar. 92 maka waktu selama osilasi merambat dari titik ke titik A ke titik DI DALAM, yaitu. pada jarak tertentu panjang gelombangnya sama dengan periode osilasi. Oleh karena itu, kecepatan rambat gelombang adalah sama dengan

13. Ketergantungan kecepatan rambat gelombang pada sifat-sifat medium. Frekuensi osilasi pada saat terjadinya gelombang hanya bergantung pada sifat-sifat sumber gelombang dan tidak bergantung pada sifat-sifat mediumnya. Kecepatan rambat gelombang bergantung pada sifat mediumnya. Oleh karena itu, panjang gelombang berubah ketika melintasi antarmuka antara dua media berbeda. Cepat rambat gelombang bergantung pada hubungan antara atom dan molekul medium. Ikatan antara atom dan molekul dalam cairan dan padatan jauh lebih erat dibandingkan dalam gas. Oleh karena itu, cepat rambat gelombang bunyi dalam zat cair dan padat jauh lebih besar dibandingkan dalam gas. Di udara cepat rambat bunyi pada kondisi normal adalah 340, di air 1500, dan di baja 6000.

Kecepatan rata-rata gerak termal molekul dalam gas menurun dengan menurunnya suhu dan, sebagai akibatnya, kecepatan rambat gelombang dalam gas menurun. Dalam medium yang lebih padat dan karenanya lebih inert, kecepatan gelombangnya lebih rendah. Jika bunyi merambat di udara, kecepatannya bergantung pada massa jenis udara. Dimana kepadatan udara lebih besar, kecepatan suara lebih kecil. Dan sebaliknya, dimana kepadatan udara lebih kecil, kecepatan suara lebih besar. Akibatnya, ketika suara merambat, muka gelombang terdistorsi. Di atas rawa atau di atas danau, terutama pada malam hari, kepadatan udara di dekat permukaan akibat uap air lebih besar dibandingkan pada ketinggian tertentu. Oleh karena itu, cepat rambat bunyi di dekat permukaan air lebih kecil dibandingkan pada ketinggian tertentu. Akibatnya muka gelombang membelok sedemikian rupa sehingga bagian atas muka gelombang semakin membelok ke arah permukaan danau. Ternyata energi gelombang yang merambat di sepanjang permukaan danau dan energi gelombang yang merambat membentuk sudut terhadap permukaan danau bertambah. Oleh karena itu, pada malam hari suara tersebut merambat jauh ke seberang danau. Bahkan percakapan pelan terdengar di seberang sungai.

14. Prinsip Huygens– setiap titik di permukaan yang dicapai gelombang pada saat tertentu merupakan sumber gelombang sekunder. Menggambar permukaan yang bersinggungan dengan bagian depan semua gelombang sekunder, kita memperoleh muka gelombang pada saat berikutnya.

Mari kita perhatikan, misalnya, gelombang merambat sepanjang permukaan air dari suatu titik TENTANG(Gbr.93) Biarkan pada saat waktu T bagian depannya berbentuk lingkaran berjari-jari R terpusat pada suatu titik TENTANG. Pada saat berikutnya, setiap gelombang sekunder akan mempunyai bagian depan berbentuk lingkaran dengan jari-jari dimana V– kecepatan rambat gelombang. Menggambar permukaan yang bersinggungan dengan muka gelombang sekunder, kita memperoleh muka gelombang pada saat itu (Gbr. 93)

Jika suatu gelombang merambat dalam medium kontinu, maka muka gelombangnya berbentuk bola.

15. Pemantulan dan pembiasan gelombang. Ketika gelombang jatuh pada antarmuka antara dua media yang berbeda, setiap titik pada permukaan ini, menurut prinsip Huygens, menjadi sumber gelombang sekunder yang merambat di kedua sisi permukaan. Oleh karena itu, ketika melintasi antarmuka antara dua media, gelombang dipantulkan sebagian dan sebagian lagi melewati permukaan ini. Karena Karena medianya berbeda, maka cepat rambat gelombang di dalamnya pun berbeda. Oleh karena itu, ketika melintasi antarmuka antara dua media, arah rambat gelombang berubah, yaitu. terjadi pembiasan gelombang. Mari kita perhatikan, berdasarkan prinsip Huygens, proses dan hukum pemantulan dan pembiasan.

16. Hukum Refleksi Gelombang. Biarkan gelombang bidang jatuh pada antarmuka datar antara dua media berbeda. Mari kita pilih luas antara dua sinar dan (Gbr. 94)

Sudut datang - sudut antara sinar datang dan tegak lurus antarmuka pada titik datang.

Sudut pantul adalah sudut antara sinar pantul dan tegak lurus antarmuka pada titik datang.

Pada saat berkas mencapai antarmuka di titik , titik tersebut akan menjadi sumber gelombang sekunder. Muka gelombang pada saat ini ditandai dengan ruas garis lurus AC(Gbr.94). Akibatnya, pada saat ini berkas masih harus menempuh jalur menuju antarmuka TIDAK. Biarkan sinar menempuh jalur ini tepat pada waktunya. Sinar datang dan sinar pantul merambat pada satu sisi antarmuka, sehingga kecepatannya sama dan setara V. Kemudian .

Selama ini gelombang sekunder dari titik tersebut A akan pergi sesuai keinginannya. Karena itu . Segitiga siku-siku sama besar karena... - sisi miring dan kaki biasa. Dari persamaan segitiga mengikuti persamaan sudut. Tapi juga, yaitu. .

Sekarang mari kita rumuskan hukum pemantulan gelombang: sinar datang, sinar pantul , tegak lurus terhadap antarmuka antara dua media, dikembalikan pada titik datangnya, keduanya terletak pada bidang yang sama; sudut datang sama dengan sudut pantul.

17. Hukum pembiasan gelombang. Biarkan gelombang bidang melewati antarmuka datar antara dua media. Lebih-lebih lagi sudut datangnya berbeda dari nol (Gbr. 95).

Sudut bias adalah sudut antara sinar bias dan tegak lurus antarmuka, yang dikembalikan pada titik datang.

Mari kita nyatakan juga kecepatan rambat gelombang pada media 1 dan 2. Pada saat berkas mencapai antarmuka di titik tersebut A, titik ini akan menjadi sumber gelombang yang merambat pada medium kedua - sinar, dan sinar tersebut masih harus merambat ke permukaan permukaan. Misalkan waktu yang dibutuhkan sinar untuk melakukan perjalanan TIDAK, Kemudian . Dalam waktu yang sama, pada medium kedua sinar akan menempuh lintasan . Karena , lalu dan .

Segitiga dan persegi panjang yang mempunyai sisi miring yang sama, dan =, adalah sudut-sudut yang sisi-sisinya saling tegak lurus. Untuk sudut dan kami menulis persamaan berikut

Mengingat itu , , kita dapatkan

Sekarang mari kita rumuskan hukum pembiasan gelombang: Sinar datang, sinar bias, dan garis tegak lurus antarmuka antara dua media, yang dipugar pada titik datang, terletak pada bidang yang sama; perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias adalah nilai konstan untuk dua media tertentu dan disebut indeks bias relatif untuk dua media tertentu.

18. Persamaan gelombang bidang. Partikel medium terletak pada jarak tertentu S dari sumber gelombang mulai berosilasi hanya ketika gelombang mencapainya. Jika V adalah kecepatan rambat gelombang, maka osilasi akan dimulai dengan penundaan waktu

Jika sumber gelombang berosilasi menurut hukum harmonik, maka untuk partikel yang terletak pada jarak tertentu S dari sumbernya kita tuliskan hukum osilasi dalam bentuk

Mari kita perkenalkan besaran yang disebut bilangan gelombang. Ini menunjukkan berapa banyak panjang gelombang yang cocok pada jarak yang sama dengan satuan panjang. Sekarang hukum osilasi suatu partikel medium yang terletak pada jarak tertentu S dari sumbernya akan kami tulis di formulir

Persamaan ini menentukan perpindahan suatu titik osilasi sebagai fungsi waktu dan jarak dari sumber gelombang dan disebut persamaan gelombang bidang.

19. Energi dan intensitas gelombang. Setiap partikel yang dijangkau gelombang bergetar dan karenanya memiliki energi. Biarkan gelombang dengan amplitudo merambat dalam volume tertentu dari media elastis A dan frekuensi siklik. Artinya energi getaran rata-rata pada volume tertentu adalah sama

Di mana M - massa volume media yang dialokasikan.

Kerapatan energi rata-rata (rata-rata terhadap volume) adalah energi gelombang per satuan volume medium

Dimana massa jenis mediumnya.

Intensitas gelombang– besaran fisis yang secara numerik sama dengan energi yang dipindahkan gelombang per satuan waktu melalui satuan luas bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang (melalui satuan luas muka gelombang), mis.

Daya gelombang rata-rata adalah rata-rata total energi yang dipindahkan gelombang per satuan waktu melalui suatu permukaan yang mempunyai luas S. Kita memperoleh kekuatan gelombang rata-rata dengan mengalikan intensitas gelombang dengan luas S

20.Prinsip superposisi (overlay). Jika gelombang dari dua sumber atau lebih merambat dalam medium elastis, maka, seperti yang ditunjukkan oleh pengamatan, gelombang-gelombang tersebut melewati satu sama lain tanpa mempengaruhi satu sama lain sama sekali. Dengan kata lain gelombang-gelombang tersebut tidak saling berinteraksi. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa dalam batas deformasi elastis, kompresi dan tegangan dalam satu arah tidak mempengaruhi sifat elastis dalam arah lain.

Jadi, setiap titik dalam medium di mana dua atau lebih gelombang datang mengambil bagian dalam osilasi yang disebabkan oleh masing-masing gelombang. Dalam hal ini, perpindahan yang dihasilkan suatu partikel medium pada suatu waktu sama dengan jumlah geometri perpindahan yang disebabkan oleh setiap proses osilasi yang dihasilkan. Inilah inti dari prinsip superposisi atau superposisi getaran.

Hasil penambahan osilasi tergantung pada amplitudo, frekuensi dan beda fasa dari proses osilasi yang dihasilkan.

21. Osilasi yang koheren – osilasi dengan frekuensi yang sama dan beda fasa konstan terhadap waktu.

22.Gelombang yang koheren– gelombang dengan frekuensi yang sama atau panjang gelombang yang sama, perbedaan fasanya pada suatu titik tertentu dalam ruang tetap konstan terhadap waktu.

23.Interferensi gelombang– fenomena peningkatan atau penurunan amplitudo gelombang yang dihasilkan ketika dua atau lebih gelombang koheren ditumpangkan.

A) . Interferensi kondisi maksimum. Biarkan gelombang dari dua sumber yang koheren bertemu pada satu titik A(Gbr.96).

Perpindahan partikel medium pada suatu titik A, yang disebabkan oleh masing-masing gelombang secara terpisah, akan kita tuliskan sesuai persamaan gelombang dalam bentuk

Dimana dan , , adalah amplitudo dan fase osilasi yang disebabkan oleh gelombang pada suatu titik A, dan merupakan jarak titik, adalah selisih antara jarak tersebut atau selisih jalur gelombang.

Karena perbedaan arah gelombang, gelombang kedua tertunda dibandingkan gelombang pertama. Artinya fase osilasi pada gelombang pertama lebih maju dari fase osilasi pada gelombang kedua, yaitu. . Perbedaan fase mereka tetap konstan sepanjang waktu.

Untuk langsung ke intinya A partikel berosilasi dengan amplitudo maksimum, puncak kedua gelombang atau lembahnya harus mencapai titik tersebut A serentak dalam fasa yang sama atau dengan beda fasa sama dengan , dimana N - bilangan bulat, dan - adalah periode fungsi sinus dan kosinus,

Oleh karena itu, di sini kita tuliskan kondisi interferensi maksimum dalam bentuk

Dimana bilangan bulat.

Jadi, ketika gelombang koheren ditumpangkan, amplitudo osilasi yang dihasilkan maksimum jika perbedaan jalur gelombang sama dengan bilangan bulat panjang gelombang.

B) Kondisi minimum interferensi. Amplitudo osilasi yang dihasilkan pada suatu titik A Minimal jika puncak dan lembah dua gelombang koheren tiba pada titik ini secara bersamaan. Artinya seratus gelombang akan sampai pada titik ini dalam antifase, yaitu. beda fasanya sama dengan atau , dimana merupakan bilangan bulat.

Kita memperoleh kondisi minimum interferensi dengan melakukan transformasi aljabar:

Jadi, amplitudo osilasi ketika dua gelombang koheren ditumpangkan adalah minimal jika perbedaan jalur gelombang sama dengan jumlah setengah gelombang ganjil.

24. Interferensi dan hukum kekekalan energi. Ketika gelombang berinterferensi di tempat interferensi minimum, energi osilasi yang dihasilkan lebih kecil daripada energi gelombang interferensi. Namun pada tempat interferensi maksimum, energi osilasi yang dihasilkan melebihi jumlah energi gelombang interferensi sampai-sampai energi pada tempat interferensi minimum mengalami penurunan.

Ketika gelombang mengganggu, energi osilasi didistribusikan kembali di ruang angkasa, tetapi hukum kekekalan dipatuhi dengan ketat.

25.Difraksi gelombang– fenomena gelombang yang membelok di sekitar suatu rintangan, mis. penyimpangan dari perambatan gelombang garis lurus.

Difraksi terutama terlihat ketika ukuran penghalang lebih kecil atau sebanding dengan panjang gelombangnya. Misalkan ada sebuah layar dengan lubang pada jalur rambat gelombang bidang, yang diameternya sebanding dengan panjang gelombang (Gbr. 97).

Menurut prinsip Huygens, setiap titik lubang menjadi sumber gelombang yang sama. Ukuran lubang tersebut sangat kecil sehingga semua sumber gelombang sekunder letaknya berdekatan satu sama lain sehingga semuanya dapat dianggap sebagai satu titik – satu sumber gelombang sekunder.

Jika suatu penghalang ditempatkan pada jalur gelombang, yang ukurannya sebanding dengan panjang gelombang, maka tepinya, menurut prinsip Huygens, menjadi sumber gelombang sekunder. Tetapi ukuran obstruksinya sangat kecil sehingga ujung-ujungnya dapat dianggap berhimpitan, yaitu. hambatan itu sendiri adalah sumber titik gelombang sekunder (Gbr. 97).

Fenomena difraksi mudah diamati ketika gelombang merambat di permukaan air. Ketika gelombang mencapai batang tipis yang tidak bergerak, gelombang tersebut menjadi sumber gelombang (Gbr. 99).

25. Prinsip Huygens-Fresnel. Jika dimensi lubang jauh melebihi panjang gelombang, maka gelombang yang melewati lubang merambat dalam garis lurus (Gbr. 100).

Jika ukuran penghalang secara signifikan melebihi panjang gelombang, maka zona bayangan akan terbentuk di belakang penghalang tersebut (Gbr. 101). Eksperimen ini bertentangan dengan prinsip Huygens. Fisikawan Perancis Fresnel melengkapi prinsip Huygens dengan gagasan koherensi gelombang sekunder. Setiap titik di mana gelombang datang menjadi sumber gelombang yang sama, yaitu. gelombang koheren sekunder. Oleh karena itu, gelombang tidak ada hanya di tempat-tempat di mana kondisi interferensi minimum terpenuhi untuk gelombang sekunder.

26. Gelombang terpolarisasi– gelombang transversal di mana semua partikel berosilasi pada bidang yang sama. Jika ujung bebas tali pusat berosilasi pada satu bidang, maka gelombang terpolarisasi bidang merambat sepanjang tali. Jika ujung bebas kabel berosilasi ke arah yang berbeda, maka gelombang yang merambat sepanjang kabel tidak terpolarisasi. Jika suatu penghalang berupa celah sempit ditempatkan pada jalur gelombang tak terpolarisasi, maka setelah melewati celah tersebut gelombang menjadi terpolarisasi, karena slot memungkinkan getaran kabel melewatinya.

Jika celah kedua ditempatkan pada jalur gelombang terpolarisasi yang sejajar dengan celah pertama, maka gelombang akan bebas melewatinya (Gbr. 102).

Jika celah kedua ditempatkan tegak lurus dengan celah pertama, maka penyebaran sapi akan terhenti. Alat yang menyaring getaran yang terjadi pada satu bidang tertentu disebut polarizer (celah pertama). Alat yang menentukan bidang polarisasi disebut penganalisis.

27.Suara - Ini adalah proses perambatan kompresi dan penghalusan dalam media elastis, misalnya dalam gas, cairan atau logam. Perambatan kompresi dan penghalusan terjadi sebagai akibat tumbukan molekul.

28. Volume suara Inilah kekuatan gelombang suara pada gendang telinga manusia yang disebabkan oleh tekanan suara.

Tekanan suara – Ini adalah tekanan tambahan yang terjadi pada gas atau cairan ketika gelombang suara merambat. Tekanan bunyi bergantung pada amplitudo getaran sumber bunyi. Jika kita mengeluarkan bunyi garpu tala dengan pukulan ringan, kita mendapatkan volume yang sama. Namun jika garpu tala dipukul lebih keras maka amplitudo getarannya akan semakin besar dan bunyinya akan semakin nyaring. Jadi, kerasnya bunyi ditentukan oleh amplitudo getaran sumber bunyi, yaitu. amplitudo fluktuasi tekanan suara.

29. Nada suara ditentukan oleh frekuensi osilasi. Semakin tinggi frekuensi bunyi maka semakin tinggi pula nadanya.

Getaran bunyi yang terjadi menurut hukum harmonik dianggap sebagai nada musik. Biasanya bunyi merupakan bunyi yang kompleks, yaitu kumpulan getaran dengan frekuensi yang sama.

Nada dasar suatu bunyi kompleks adalah nada yang sesuai dengan frekuensi terendah dalam kumpulan frekuensi bunyi tertentu. Nada-nada yang berhubungan dengan frekuensi-frekuensi lain dari bunyi kompleks disebut nada tambahan.

30. timbre suara. Suara dengan nada dasar yang sama berbeda dalam timbre, yang ditentukan oleh serangkaian nada tambahan.

Setiap orang memiliki timbre uniknya sendiri. Oleh karena itu, kita selalu dapat membedakan suara seseorang dengan suara orang lain, meskipun nada dasarnya sama.

31.USG. Telinga manusia merasakan suara yang frekuensinya berkisar antara 20 Hz hingga 20.000 Hz.

Bunyi dengan frekuensi diatas 20.000 Hz disebut ultrasonografi. Ultrasonografi bergerak dalam bentuk sinar sempit dan digunakan dalam sonar dan deteksi cacat. USG dapat digunakan untuk mengetahui kedalaman dasar laut dan mendeteksi cacat di berbagai bagian.

Misalnya, jika rel tidak retak, maka gelombang ultrasonik yang dipancarkan dari salah satu ujung rel, dipantulkan dari ujung lainnya, hanya akan menghasilkan satu gema. Jika terdapat retakan, maka USG akan terpantul dari retakan tersebut dan instrumen akan merekam beberapa gema. Ultrasonografi digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan gerombolan ikan. Kelelawar bernavigasi di luar angkasa menggunakan ultrasound.

32. Infrasonik– suara dengan frekuensi di bawah 20Hz. Suara-suara ini dirasakan oleh beberapa hewan. Sumbernya sering kali adalah getaran kerak bumi saat gempa bumi.

33. efek Doppler adalah ketergantungan frekuensi gelombang yang dirasakan pada pergerakan sumber atau penerima gelombang.

Biarkan perahu berhenti di permukaan danau dan biarkan ombak menerpa sisinya dengan frekuensi tertentu. Jika perahu mulai bergerak melawan arah rambat gelombang, maka frekuensi gelombang yang mengenai sisi perahu akan semakin besar. Selain itu, semakin tinggi kecepatan perahu, semakin tinggi pula frekuensi gelombang yang menerpa sisinya. Sebaliknya, ketika perahu bergerak searah dengan rambat gelombang, frekuensi tumbukan akan semakin berkurang. Alasan ini dapat dengan mudah dipahami dari Gambar. 103.

Semakin tinggi kecepatan lalu lintas yang datang, semakin sedikit waktu yang dihabiskan untuk menempuh jarak antara dua punggung bukit terdekat, yaitu. semakin pendek periode gelombang dan semakin besar frekuensi gelombang relatif terhadap perahu.

Jika pengamat diam, tetapi sumber gelombang bergerak, maka frekuensi gelombang yang dirasakan pengamat bergantung pada pergerakan sumber.

Biarkan seekor bangau berjalan melintasi danau dangkal menuju pengamat. Setiap kali dia menginjakkan kakinya di air, ombak menyebar dari tempat ini. Dan setiap kali jarak antara gelombang pertama dan terakhir berkurang, yaitu. Sejumlah besar punggung bukit dan cekungan terletak pada jarak yang lebih pendek. Oleh karena itu, bagi pengamat yang tidak bergerak ke arah mana bangau berjalan, frekuensinya meningkat. Dan sebaliknya, untuk pengamat diam yang terletak pada titik berlawanan secara diametral pada jarak yang lebih jauh, jumlah puncak dan lembahnya sama. Oleh karena itu, bagi pengamat ini frekuensinya berkurang (Gbr. 104).