LIMA PARAMETER GELOMBANG

Kita awali dengan mendiskusikan gelombang secara umum. Misalnya, apa yang terjadi ketika kerikil dilemparkan ke kolam?

Gambar 1

Seperti ditunjukkan pada Gambar 1, ketika kerikil dilemparkan, air mulai bergelombang naik dan turun. Bagian air dimana tempat kerikil masuk "merasakan" bagian air di sekelilingnya akan naik dan turun. Air di setiap tempat hanya bergerak naik dan turun, tapi gelombang juga bergerak ke luar dari titik tempat kerikil memasuki air. Tak ada air yang pindah keluar, yang pindah keluar adalah usikan di permukaan kolam. Gerakan keluar dari gangguan tersebut mengangkut energi dari satu tempat (di mana kerikil memasuki air) ke tempat lain di sekelilingnya. Contoh ini menggambarkan bahwa gelombang adalah sebuah mekanisme yang dapat membawa energi dari satu lokasi ke lokasi lain.

Pada gelombang mekanik, hal ini diperlihatkan ketika energi yang dirambatkan melalui gelombang air mampu memindahkan gabus yang semula terapung tenang di atas permukaan air. Olengnya kapal di laut yang sering kali disebabkan oleh ombak laut membuktikan adanya sejumlah energi yang dibawa oleh gelombang. Panas Matahari yang terasa di Bumi juga disebabkan karena gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh Matahari yang merambatkan atau meradiasikan energi panas ke Bumi.

Parameter Gelombang

Jadi, kita telah belajar sedikit tentang gelombang, kan? Kita sudah mempelajari bahwa gelombang berasal dari getaran, yang berosilasi berupa gerakan di sepanjang bidang lintasan dengan posisi tetap. Sebuah getaran dapat menyebabkan usikan untuk melakukan rambatan melalui suatu media, mengangkut energi tanpa mengangkut materi. Inilah yang dinamakan gelombang. Tapi bagaimana agar kita bisa dengan benar berbicara tentang gelombang? Bagaimana kita membandingkan antara satu sama lain? Bisakah kita mengukur ukuran dan kecepatan gelombang? Bagaimana kita tahu berapa banyak energi yang dibawanya?

Gambar 2

Untuk mengetahui itu semua, kita harus melihat parameter gelombang utama: yaitu cara kita mengukur gelombang. Kita akan belajar bagaimana ciri gelombang berdasarkan periode (T), frekuensi (f), amplitudo (A), cepat rambat (v), dan panjang gelombang (λ). Setelah kita mengenal cara yang tepat untuk menggunakan parameter ini, kita akan dapat mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana gelombang yang bervariasi itu bekerja.

Gambar 3

Mari kita mulai dengan mengingat gambaran gelombang. Gelombang ditarik melalui serangkaian sumbu X dan Y. Kita plot garis tengah gelombang tersebut sebagai fungsi waktu dan kita anggap porsi gelombang antara dua puncak atau palung disebut siklus gelombang. Dari Gambar 3, kita dapat melihat bahwa gelombang merambat melalui puncak dan palung dalam mode periodik. Artinya, satu siklus gelombang selalu membutuhkan jumlah waktu yang sama. Misalkan, jumlah waktu yang dibutuhkan tepat dua detik. Dua detik itulah yang disebut periode gelombang.

Periode dan Frekuensi

Periode adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menyelesaikan satu siklus. Kita ukur dalam satuan detik, dan kita melambangkannya dengan huruf kapital T. Anda dapat menganggap periode sebagai waktu yang dibutuhkan suatu partikel pada sebuah medium untuk gerak rambatannya. Jika kita ibaratkan dengan gelombang air, semua partikel di dalam air akan bergerak naik dan turun sebagai gelombang melalui medium. Waktu yang diperlukan untuk satu molekul air untuk bergerak ke atas, bergerak kembali ke bawah, dan kemudian kembali ke posisi semula, disebut periode.

Gambar 4

Dengan mengetahui periode gelombang saja mungkin akan dirasa cukup, tapi kita seringkali perlu berbicara tentang gelombang dalam hal seberapa sering siklus gelombang itu datang menuju titik tertentu. Dengan kata lain, kita ingin mengetahui frekuensi gelombang. Frekuensi gelombang adalah jumlah siklus yang diselesaikan dalam waktu tertentu. Simbol untuk frekuensi adalah huruf kecil f  dan kita ukur dalam siklus per detik, yang sama dengan unit Hertz. Contohnya, gelombang dengan frekuensi 20 Hz menyelesaikan 20 siklus gelombang setiap detiknya.

Gambar 5

Mungkin Anda akan sedikit kesulitan membedakan frekuensi dan periode. Ini adalah kesalahan umum yang sering terjadi. Frekuensi dan periode sebenarnya berlawanan. Periode diukur dalam detik per siklus, sedangkan frekuensi diukur dalam siklus per detik. 

Gambar 6

Kita bayangkan kembali, periode suatu gelombang dengan jangka waktu 2 detik. Karena gelombang menyelesaikan satu siklus setiap dua detik, maka frekuensinya adalah 0,5 Hz. Jadi Anda bisa bayangkan, periode dan frekuensi adalah resiprokal satu sama lain.

Gambar 7

Kita dapat mewakili hubungan antara keduanya dengan persamaan sederhana. Semakin besar periode gelombang, maka siklus gelombang yang semakin kecil bisa tertampung dalam waktu satu detik, sehingga semakin rendah frekuensi yang didapat. Demikian juga gelombang dengan frekuensi yang lebih besar, bisa lebih menampung siklus gelombang untuk setiap detiknya, yang berarti periode setiap siklus akan menjadi lebih kecil. Apapun jenis gelombang yang Anda amati, periode dan frekuensi akan selalu berbanding terbalik satu sama lain.

Gambar 8

Amplitudo dan Energi

Jadi, sekarang kita tahu bagaimana mengukur gelombang berdasarkan siklus dan waktu, tapi bagaimana dengan tinggi gelombang? Bisakah kita mengukur seberapa tinggi puncak atau seberapa rendah palung yang dicapai suatu gelombang? Yang sedang kita cari sekarang disebut dengan amplitudo. Amplitudo adalah jarak antara garis tengah dan puncak atau palung dari suatu gelombang. Dengan mengetahuinya, kita dapat mengukur seberapa banyak energi yang diangkut oleh gelombang. Dengan kata lain, semakin besar amplitudo, semakin banyak energi gelombang yang dibawa.

Gambar 9

Simbol untuk amplitudo adalah huruf kapital A. Hati-hati untuk tidak membuat kesalahan dengan berpikir amplitudo adalah jarak dari puncak ke palung. Ini hanya jarak dari titik tengah di sepanjang garis hitam lurus. Mari kita ambil contoh gelombang air raksasa. Perhatikan Gambar 9. Kita bisa melihat bahwa puncak mencapai setengah meter di atas titik tengah, dan palung mencapai setengah meter di bawahnya. Tidak peduli apakah kita melihat puncak atau palungnya, amplitudo untuk gelombang ini adalah 0,5 meter.

Gambar 10

Cepat Rambat dan Panjang Gelombang

Jika gelombang membawa energi dan energi gelombang digambarkan oleh amplitudonya, maka apakah itu berarti gelombang amplitudo tinggi bergerak lebih cepat daripada gelombang amplitudo rendah? Anda mungkin tergoda untuk berpikir begitu. Namun kecepatan atau cepat rambat gelombang tidak ada hubungannya dengan amplitudo puncak dan palung.

Cepat rambat suatu gelombang dapat diukur berdasarkan jarak gelombang itu bergerak dalam kurun waktu tertentu. Biasanya diukur dalam meter per detik. Ingat, frekuensi memberitahu kita berapa banyak siklus yang diselesaikan suatu gelombang per detiknya. Tapi bagaimana kita tahu berapa jaraknya untuk setiap siklus penuh?

Gambar 11

Jarak untuk setiap siklus gelombang disebut dengan panjang gelombang (wavelength). Panjang gelombang bisa didapat dengan mengukur jarak antara dua puncak berurutan. Simbol untuk panjang gelombang adalah huruf Yunani lambda (λ).

Gambar 12

Jadi, bisakah sekarang kita temukan cepat rambat dari suatu gelombang? Tentu bisa. Kita dapat mengukur panjang gelombang berdasarkan jarak antara dua puncak berurutan, dan frekuensi berdasarkan satuan waktu. Panjang gelombang dinyatakan dengan persamaan meter per siklus, sedangkan untuk frekuensi dinyatakan dengan siklus per detik. Dengan mengalikan kedua persamaan tersebut, kita mendapatkan persamaan meter per detik.

Gambar 13

Simbol untuk cepat rambar adalah huruf kecil v. Akhirnya kita dapat simpulkan persamaan yang telah kita temukan; cepat rambat gelombang (v) = panjang gelombang (λ) x frekuensi (f).