5.1 - Asas Gelombang

Penghasilan Gelombang dan Pemindahan Tenaga

• Ayunan dan getaran ialah gerakan berulang di sekitar kedudukan keseimbangan mengikut suatu lintasan tertutup.
• Sistem berayun atau bergetar menghasilkan gelombang. Ayunan ladung pada permukaan air menghasilkan gelombang air; getaran tala bunyi menghasilkan gelombang bunyi dalam udara.
• Perambatan gelombang memindahkan tenaga tanpa memindahkan jirim medium dari satu tempat ke tempat lain.
• Reben yang diikat pada spring slinki bergetar di sekitar kedudukan tetap sementara gelombang merambat sepanjang spring. Reben tidak bergerak bersama tenaga itu.
• Profil gelombang ialah rupa bentuk medium semasa gelombang merambat melaluinya.

Pengelasan Gelombang

Jenis	Ciri-ciri
Gelombang progresif	Profilnya merambat dengan masa. Contohnya, gelombang air yang merambat keluar dari sumber getaran.
Gelombang pegun	Profilnya tidak merambat dengan masa. Terhasil apabila dua gelombang progresif yang serupa dan bergerak dalam arah bertentangan bertembung. Contoh terdapat pada tali gitar, ukulele, seruling dan gendang.
Gelombang mekanik	Memerlukan medium; terdiri daripada getaran zarah medium. Contoh: gelombang air, bunyi dan seismik.
Gelombang elektromagnet	Tidak memerlukan medium; terdiri daripada ayunan medan elektrik dan medan magnet yang berserenjang antara satu sama lain. Contoh: gelombang radio, cahaya dan sinar gama.

Gelombang Melintang dan Gelombang Membujur

Jenis	Getaran dan corak gelombang
Gelombang melintang	Getaran berserenjang dengan arah perambatan. Corak terdiri daripada puncak dan lembangan berturutan. Contoh: gelombang radio, cahaya dan air.
Gelombang membujur	Getaran selari dengan arah perambatan. Corak terdiri daripada mampatan dan renggangan berturutan. Contohnya ialah gelombang bunyi.

• Gerakan spring slinki ke sisi menghasilkan gelombang melintang; gerakan ke depan dan ke belakang menghasilkan gelombang membujur.
• Gempa bumi menghasilkan gelombang-S yang melintang dan gelombang-P yang membujur. Lajunya berbeza; beza masa ketibaan membantu menentukan pusat gempa bumi.

Kuantiti Gelombang dan Laju Gelombang

Kuantiti	Maksud
Amplitud, $A$	Sesaran maksimum suatu zarah dari kedudukan keseimbangan.
Tempoh, $T$	Masa untuk suatu zarah membuat satu ayunan lengkap, atau untuk suatu sumber menghasilkan satu gelombang lengkap.
Frekuensi, $f$	Bilangan ayunan lengkap, atau gelombang yang dihasilkan oleh suatu sumber, dalam satu saat.
Panjang gelombang, $\lambda$	Jarak antara dua titik sefasa yang berturutan.
Laju gelombang, $v$	Jarak yang dilalui oleh profil gelombang sesaat.

• Kedudukan keseimbangan ialah kedudukan asal zarah sebelum berayun; sesaran menerangkan jaraknya dari kedudukan tersebut.
• Satu panjang gelombang ialah jarak antara dua puncak atau dua lembangan berturutan bagi gelombang melintang, atau dua mampatan atau dua renggangan berturutan bagi gelombang membujur.
• Dalam satu tempoh, profil gelombang merambat sejauh satu panjang gelombang:

Graf Sesaran

• Graf sesaran–masa memberikan amplitud dan tempoh; hitung frekuensi menggunakan $f=1/T$.
• Graf sesaran–jarak memberikan amplitud dan panjang gelombang.
• Amplitud diukur dari garis keseimbangan ke puncak atau lembangan. Pemisahan dua titik sepadan yang berturutan memberikan $T$ pada paksi masa dan $\lambda$ pada paksi jarak.
• Gabungkan maklumat kedua-dua graf untuk menghitung $v=f\lambda$.
• Bagi graf gelombang tali yang ditunjukkan, $A=3\text{ cm}$, $T=0.50\text{ s}$ dan $\lambda =16\text{ cm}$:

Pengukuran Gelombang dalam Tangki Riak

• Tangki riak terdiri daripada takung air lut sinar, penjana gelombang, penggetar, stroboskop digital xenon, cermin dan skrin kaca, dengan bekalan kuasa serta unit kawalan.
• Penggetar satah menghasilkan gelombang satah; penggetar sfera menghasilkan gelombang membulat.
• Stroboskop menyebabkan imej gelombang kelihatan pegun apabila frekuensinya dilaraskan supaya sepadan dengan frekuensi gelombang.
• Ukur $\lambda$ sebagai jarak antara dua jalur cerah berturutan pada skrin. Gunakan frekuensi gelombang dan $v=f\lambda$ untuk menentukan laju gelombang.
• Stroboskop tangan boleh digunakan jika stroboskop digital xenon tidak tersedia.