Sifat Gelombang — Panjang Gelombang, Frekuensi, Amplitudo & Cepat Rambat

Sifat gelombang adalah besaran-besaran dasar yang memberi tahu kita apa yang sedang dilakukan oleh suatu gelombang. Empat yang paling penting adalah panjang gelombang, frekuensi, amplitudo, dan cepat rambat gelombang.

Jika Anda hanya membutuhkan versi singkatnya, gunakan ini:

• panjang gelombang adalah jarak untuk satu kali pengulangan gelombang
• frekuensi adalah banyaknya pengulangan yang melewati suatu titik setiap detik
• amplitudo adalah simpangan maksimum dari titik setimbang
• cepat rambat gelombang adalah seberapa cepat gangguan merambat

Untuk gelombang periodik, besaran-besaran ini dihubungkan oleh

$$v = f\lambda$$

dengan $v$ adalah cepat rambat gelombang, $f$ adalah frekuensi, dan $\lambda$ adalah panjang gelombang. Hubungan ini mengaitkan gelombang berulang dengan jelas, tetapi tidak menyatakan bahwa amplitudo menentukan cepat rambat.

Arti Setiap Besaran

Panjang Gelombang

Panjang gelombang, ditulis sebagai $\lambda$, adalah panjang ruang untuk satu siklus penuh. Pada gelombang transversal, Anda sering dapat membacanya sebagai jarak dari satu puncak ke puncak berikutnya. Pada gelombang longitudinal, ini adalah jarak antara dua rapatan atau dua renggangan yang bersesuaian.

Karena ini adalah jarak, satuannya adalah meter.

Frekuensi

Frekuensi, ditulis sebagai $f$, menunjukkan seberapa sering gelombang berulang di satu titik. Jika $5$ puncak melewati suatu titik tetap setiap detik, maka frekuensinya adalah $5\ \mathrm{Hz}$.

Frekuensi diukur dalam hertz, dengan $1\ \mathrm{Hz} = 1\ \text{siklus per detik}$.

Amplitudo

Amplitudo adalah simpangan maksimum dari posisi setimbang. Pada tali, amplitudo adalah seberapa jauh tali bergerak ke atas atau ke bawah dari posisi diam. Pada gelombang bunyi, makna fisiknya berbeda, tetapi idenya tetap sama, yaitu ukuran gangguannya.

Amplitudo yang lebih besar berarti osilasi yang lebih besar. Dalam banyak model gelombang dasar, ini juga berarti energi yang dibawa lebih besar, tetapi amplitudo tidak sama dengan energi.

Cepat Rambat Gelombang

Cepat rambat gelombang adalah seberapa cepat gangguan bergerak melalui medium atau medan. Ini bukan kecepatan satu partikel medium yang bergerak bersama gelombang. Misalnya, titik-titik pada tali sebagian besar bergerak naik turun sementara pola gelombangnya merambat secara horizontal.

Dalam banyak soal pengantar, cepat rambat gelombang ditentukan oleh medium atau sistem. Itulah sebabnya perubahan frekuensi sering mengubah panjang gelombang, bukan mengubah cepat rambat.

Hubungan Kunci

Untuk gelombang berulang, satu panjang gelombang lewat dalam satu periode $T$, sehingga

$$v = \frac{\lambda}{T}$$

Karena frekuensi adalah $f = \frac{1}{T}$, diperoleh

$$v = f\lambda$$

Ini adalah salah satu rumus gelombang yang paling berguna dalam fisika. Rumus ini memberi tahu Anda:

• jika cepat rambat tetap dan frekuensi naik, panjang gelombang turun
• jika cepat rambat tetap dan frekuensi turun, panjang gelombang naik

Kondisi cepat rambat tetap itu penting. Dalam banyak kasus di buku pelajaran, mediumnya tidak berubah, sehingga cepat rambat dianggap konstan.

Contoh Soal

Misalkan sebuah gelombang pada tali merambat dengan cepat rambat $12\ \mathrm{m/s}$ dan memiliki frekuensi $3\ \mathrm{Hz}$. Tentukan panjang gelombangnya.

Gunakan

$$v = f\lambda$$

Selesaikan untuk panjang gelombang:

$$\lambda = \frac{v}{f}$$

Substitusikan nilainya:

$$\lambda = \frac{12\ \mathrm{m/s}}{3\ \mathrm{s^{-1}}} = 4\ \mathrm{m}$$

Jadi panjang gelombangnya adalah $4\ \mathrm{m}$.

Hasil itu berarti gelombang berulang setiap $4$ meter sepanjang tali. Karena frekuensinya $3\ \mathrm{Hz}$, tiga siklus penuh melewati suatu titik setiap detik.

Jika pada susunan tali yang sama cepat rambat gelombangnya tetap, tetapi frekuensinya naik menjadi $6\ \mathrm{Hz}$, maka panjang gelombangnya menjadi

$$\lambda = \frac{12}{6} = 2\ \mathrm{m}$$

Perbandingan sederhana ini membuat hubungannya jelas: pada cepat rambat tetap, frekuensi yang lebih tinggi berarti panjang gelombang lebih pendek.

Kesalahan yang Sering Terjadi

Tertukar antara frekuensi dan cepat rambat

Frekuensi berkaitan dengan laju pengulangan di suatu titik. Cepat rambat berkaitan dengan seberapa cepat pola bergerak melalui ruang. Keduanya berhubungan, tetapi bukan besaran yang sama.

Menganggap amplitudo termasuk dalam $v = f\lambda$

Amplitudo tidak muncul dalam hubungan itu. Dalam soal gelombang linear dasar, mengubah amplitudo saja biasanya tidak mengubah cepat rambat gelombang.

Lupa bahwa medium mengendalikan cepat rambat

Untuk banyak gelombang mekanik, medium membantu menentukan cepat rambat. Jika mediumnya tetap sama, mengubah frekuensi sumber biasanya justru mengubah panjang gelombang.

Mengukur panjang gelombang dari titik yang tidak bersesuaian

Anda harus mengukur antara titik-titik yang sefase pada gelombang, seperti puncak ke puncak atau lembah ke lembah.

Di Mana Sifat-Sifat Ini Digunakan

Keempat besaran ini muncul di berbagai bagian fisika gelombang:

• bunyi, di mana frekuensi berkaitan dengan tinggi nada yang terdengar dan amplitudo berkaitan dengan keras bunyi
• cahaya, di mana panjang gelombang dan frekuensi membantu menentukan posisi radiasi dalam spektrum elektromagnetik
• tali dan pegas yang bergetar, di mana cepat rambat, panjang gelombang, dan frekuensi terhubung langsung dalam soal laboratorium
• komunikasi dan pemrosesan sinyal, di mana perilaku gelombang berulang penting untuk transmisi dan penyaringan

Makna fisik tepatnya dapat berubah dari satu sistem ke sistem lain, tetapi besaran intinya tetap sama.

Coba Versi Anda Sendiri

Ambil sebuah gelombang dengan cepat rambat $20\ \mathrm{m/s}$ dan frekuensi $5\ \mathrm{Hz}$. Tentukan panjang gelombangnya, lalu gandakan frekuensinya sambil mempertahankan cepat rambat tetap dan periksa apa yang terjadi pada $\lambda$. Jika Anda ingin mencoba kasus lain dengan angka Anda sendiri, cobalah versi Anda sendiri di GPAI Solver.