Gelombang longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang dengan perpindahan media berada dalam arah yang sama atau berlawanan dengan arah propagasi gelombang.^[1] Gelombang longitudinal mekanis juga disebut kompresional atau gelombang kompresi, karena mereka menghasilkan kompresi dan refraksi ketika bepergian melalui medium, dan gelombang tekanan, karena mereka menghasilkan kenaikan dan penurunan tekanan.

Jenis utama gelombang lainnya adalah gelombang transversal, di mana perpindahan medium berada pada sudut yang tepat terhadap arah rambat. Gelombang transversal, misalnya, menggambarkan beberapa gelombang suara curah dalam material padat (tetapi tidak dalam cairan); ini juga disebut "gelombang geser" untuk membedakannya dari gelombang tekanan (longitudinal) yang juga didukung material ini.

Gelombang longitudinal termasuk gelombang suara (getaran dalam tekanan, partikel perpindahan, dan kecepatan partikel yang diperbanyak dalam media elastis) dan gelombang-P seismik (diciptakan oleh gempa bumi dan ledakan). Dalam gelombang longitudinal, perpindahan media sejajar dengan rambatan gelombang. Gelombang di sepanjang mainan Slinky yang membentang, di mana jarak antara kumparan meningkat dan menurun, adalah visualisasi yang baik, dan kontras dengan gelombang tegak di sepanjang senar gitar berosilasi yang melintang.

"Gelombang longitudinal" dan "gelombang transversal" telah disingkat oleh beberapa penulis masing-masing sebagai "gelombang-L" dan "gelombang-T", untuk kenyamanan mereka sendiri. Sementara dua singkatan ini memiliki arti khusus dalam seismologi (gelombang-L untuk Gelombang Love ^[2] atau gelombang panjang^[3]) dan elektrokardiografi (lihat gelombang T), beberapa penulis memilih untuk menggunakan "gelombang-l" (huruf kecil 'L') dan "gelombang-t" sebagai gantinya, meskipun mereka tidak umum ditemukan dalam tulisan-tulisan fisika kecuali untuk beberapa buku sains populer.^[4]

Dalam kasus gelombang suara harmonik longitudinal, frekuensi dan panjang gelombang dapat dijelaskan dengan rumus.

${\displaystyle y(x,t)=y_{0}\cos {\Bigg (}\omega \left(t-{\frac {x}{c}}\right){\Bigg )}}$

Dimana:

• y adalah perpindahan titik pada gelombang suara perjalanan;

  

• x adalah jarak yang ditempuh titik dari sumber gelombang;
• t adalah waktu berlalu;
• y₀ adalah amplitudo osilasi,
• c adalah kecepatan gelombang; dan
• ω adalah frekuensi sudut gelombang.

Kuantitas x/c adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menempuh jarak x.

Frekuensi biasa (f) dari gelombang diberikan oleh

${\displaystyle f={\frac {\omega }{2\pi }}.}$

Panjang gelombang dapat dihitung sebagai hubungan antara kecepatan gelombang dan frekuensi biasa.

${\displaystyle \lambda ={\frac {c}{f}}.}$

Untuk gelombang suara, amplitudo gelombang adalah perbedaan antara tekanan udara yang tidak terganggu dan tekanan maksimum yang disebabkan oleh gelombang.

Kecepatan rambat suara tergantung pada jenis, suhu, dan komposisi medium yang dilewatinya.

Persamaan untuk suara dalam fluida yang diberikan di atas juga berlaku untuk gelombang akustik dalam padatan elastis. Meskipun benda padat juga mendukung gelombang transversal (dikenal sebagai gelombang S dalam seismologi), gelombang bunyi longitudinal dalam benda padat ada dengan kecepatan dan impedansi gelombang yang tergantung pada kerapatan material dan kekakuannya, yang terakhir dijelaskan (seperti halnya suara dalam suatu gas) oleh modulus curah material.^[5]

Persamaan Maxwell mengarah pada prediksi gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa, yang merupakan gelombang transversal ketat, yaitu medan listrik dan medan magnet yang terdiri dari gelombang tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang.^[6] Namun gelombang plasma adalah longitudinal karena ini bukan gelombang elektromagnetik tetapi gelombang kepadatan partikel bermuatan, tetapi yang dapat berpasangan dengan medan elektromagnetik.^[7]

Setelah upaya Heaviside untuk menggeneralisasi persamaan Maxwell, Heaviside sampai pada kesimpulan bahwa gelombang elektromagnetik tidak dapat ditemukan sebagai gelombang longitudinal dalam "ruang bebas" atau media homogen. Persamaan Maxwell, seperti yang sekarang kita pahami, mempertahankan kesimpulan itu: di ruang bebas atau dielektrik isotropik seragam lainnya, gelombang elektro-magnetik melintang secara ketat. Namun, gelombang elektromagnetik dapat menampilkan komponen longitudinal dalam medan listrik dan / atau magnet ketika melintasi bahan birefringent, atau bahan tidak homogen terutama pada antarmuka (misalnya gelombang permukaan) seperti gelombang Zenneck.^[8]

Dalam pengembangan fisika modern, Alexandru Proca (1897-1955) dikenal karena mengembangkan persamaan medan kuantum relativistik yang menyandang namanya (persamaan Proca) yang berlaku untuk vektor spin-1 meson masif. Dalam beberapa dekade terakhir beberapa ahli teori lain, seperti Jean-Pierre Vigier dan Bo Lehnert dari Swedish Royal Society, telah menggunakan persamaan Proca dalam upaya untuk menunjukkan massa foton^[9] sebagai komponen elektromagnetik longitudinal dari persamaan Maxwell, menunjukkan bahwa elektromagnetik longitudinal elektromagnetik gelombang bisa ada dalam vakum terpolarisasi Dirac. Namun massa sisa foton sangat diragukan oleh sebagian besar fisikawan.

• Gelombang transversal
• Bunyi
• Gelombang akustik
• Gelombang-P
• Gelombang plasma

1. ^ Yuberti (2013). Konsep Materi Fisika Dasar 2 (PDF). Bandar Lampung: Anugrah Utama Raharja (AURA). hlm. 85. ISBN 978-602-1297-30-8. Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2023-04-10. Diakses tanggal 2021-01-23.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
2. ^ ALLABY, MICHAEL ALLABYMICHAEL (2008). ALLABY, MICHAEL, ed. A Dictionary of Earth Sciences (dalam bahasa Inggris). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-921194-4. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2022-11-05. Diakses tanggal 2020-06-19. 
3. ^ Stahl, Dean A.; Landen, Karen (2018-10-08). Abbreviations Dictionary (dalam bahasa Inggris). CRC Press. ISBN 978-1-4200-3664-0. 
4. ^ Milford, Francine. The Tuning Fork (dalam bahasa Inggris). Lulu.com. ISBN 978-1-365-04625-4. 
5. ^ Weisstein, Eric W. "P-Wave -- from Eric Weisstein's World of Physics". scienceworld.wolfram.com (dalam bahasa Inggris). Diarsipkan dari versi asli tanggal 2006-04-18. Diakses tanggal 2020-06-19. 
6. ^ "David J. Griffiths, Pengantar Elektrodinamika,". Wikipedia (dalam bahasa Inggris). Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-07-20. Diakses tanggal 2020-06-19. 
7. ^ "Gerald E. Marsh (1996), Medan Magnet Bebas Kekuatan, World Scientific". Wikipedia (dalam bahasa Inggris). Diarsipkan dari versi asli tanggal 2020-07-31. Diakses tanggal 2020-06-19. 
8. ^ Corum, K. L., and J. F. Corum, "The Zenneck surface wave", Nikola Tesla, Lightning observations, and stationary waves, Appendix II. 1994.
9. ^ Lakes, Roderic (1998-03). "Experimental Limits on the Photon Mass and Cosmic Magnetic Vector Potential". PhRvL (dalam bahasa Inggris). 80 (9): 1826–1829. doi:10.1103/PhysRevLett.80.1826. ISSN 0031-9007. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-07-06. Diakses tanggal 2020-06-19.  Periksa nilai tanggal di: |date= (bantuan)

• Varadan, V. K., dan Vasundara V. Varadan, "Hamburan dan rambatan gelombang elastis". Atenuasi akibat hamburan gelombang kompresi ultrasonik dalam media granular - A.J. Devaney, H. Levine, dan T. Plona. Ann Arbor, Mich., Ann Arbor Science, 1982.
• Krishan, S.; Selim, A. A. (1968). "Generasi gelombang transversal oleh interaksi gelombang-gelombang non-linear". Plasma Physics. 10 (10): 931–937. Bibcode:1968PlPh...10..931K Diarsipkan 2022-04-23 di Wayback Machine.. doi:10.1088/0032-1028/10/10/305.
• Barrow, W.L. (1936). "Transmisi Gelombang Elektromagnetik dalam Tabung Hollow Logam". Menggantikan dari IRE. 24 (10): 1298–1328. doi:10.1109/JRPROC.1936.227357.
• Gelombang Longitudinal, dengan animasi "The Physics Classroom"
• Russell, Dan, "Longitudinal and Transverse Wave Motion Diarsipkan 2015-01-14 di Wayback Machine.". Animasi Akustik, Pennsylvania State University, Program Pascasarjana di Akustik.