Gelombang transversal

Gelombang transversal adalah gelombang bergerak yang osilasinya tegak lurus terhadap arah gelombang atau jalur rambat.^[1]

Contoh sederhana diberikan oleh gelombang yang dapat dibuat pada panjang tali secara horizontal dengan menjangkar satu ujung dan memindahkan ujung lainnya ke atas dan ke bawah.

Contoh lain adalah gelombang yang dibuat pada membran drum. Gelombang merambat ke arah yang sejajar dengan bidang membran, tetapi membran itu sendiri akan dipindahkan ke atas dan ke bawah, tegak lurus terhadap bidang itu.

Cahaya adalah contoh lain dari gelombang transversal, di mana osilasi adalah listrik dan medan listrik, yang mengarah ke sudut kanan ke sinar cahaya ideal yang menggambarkan arah propagasi.

Gelombang transversal umumnya terjadi pada padatan elastis; osilasi dalam kasus ini adalah perpindahan partikel padat menjauh dari posisi relaksnya, dalam arah tegak lurus terhadap rambatan gelombang. Karena perpindahan tersebut sesuai dengan deformasi geser lokal material, gelombang transversal dari sifat ini disebut gelombang geser. Dalam seismologi, gelombang geser juga disebut gelombang sekunder atau gelombang-S.

Gelombang transversal dikontraskan dengan gelombang longitudinal, di mana osilasi terjadi dalam arah gelombang. Contoh standar dari gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi atau "gelombang tekanan" dalam gas, cairan, atau padatan, yang osilasinya menyebabkan kompresi dan ekspansi material yang melaluinya gelombang merambat. Gelombang tekanan disebut "gelombang primer", atau "gelombang-P" dalam geofisika.

Secara matematis, jenis gelombang transversal yang paling sederhana adalah bidang sinusoidal yang terpolarisasi linier. "Bidang"di sini berarti bahwa arah propagasi tidak berubah dan sama pada seluruh medium;" terpolarisasi linier "berarti bahwa arah perpindahan juga tidak berubah dan sama pada seluruh media, dan besarnya perpindahan adalah fungsi sinusoidal hanya waktu dan posisi sepanjang arah propagasi.

Gerakan gelombang tersebut dapat diekspresikan secara matematis sebagai berikut. Biarkan d menjadi arah propagasi (vektor dengan panjang satuan), dan o setiap titik referensi dalam medium. Biarkan u menjadi arah osilasi (vektor satuan panjang lainnya tegak lurus terhadap d). Perpindahan partikel pada titik p dari medium dan kapan saja t (detik) akan menjadi

S(p,t) = A u sin((t - (p - o)•d/v)/T + φ)

di mana

• A adalah amplitudo atau kekuatan gelombang,
• T adalah periodenya,
• v adalah kecepatan rambat, dan
• φ adalah fase di o. Semua parameter ini adalah bilangan real. Simbol "•" menunjukkan ruang dalam dari dua vektor.

Dengan persamaan ini, gelombang bergerak ke arah d dan osilasi terjadi bolak-balik di sepanjang arah u. Gelombang dikatakan terpolarisasi linier ke arah u.

Seorang pengamat yang melihat titik tetap p akan melihat partikel di sana bergerak dalam gerakan harmonik (sinusoidal) sederhana dengan periode T detik, dengan perpindahan maksimum partikel A dalam setiap pengertian; yaitu, dengan frekuensi f = 1/T siklus osilasi penuh setiap detik. Cuplikan dari semua partikel pada waktu yang tetap t akan menunjukkan perpindahan yang sama untuk semua partikel pada setiap bidang tegak lurus ke d, dengan perpindahan dalam bidang yang berurutan membentuk pola sinusoidal, dengan setiap siklus penuh memanjang sepanjang d oleh panjang gelombang λ = v T = v/f. Seluruh pola bergerak ke arah d dengan kecepatan V.

Persamaan yang sama menggambarkan bidang gelombang cahaya sinusoidal terpolarisasi linier, kecuali bahwa "perpindahan" S (p, t) adalah medan listrik pada titik p dan waktu t. (Medan magnet akan dijelaskan oleh persamaan yang sama, tetapi dengan arah "perpindahan" yang tegak lurus terhadap d dan u, dan amplitudo berbeda.

Dalam media elastis homogen, osilasi kompleks (getaran dalam suatu material atau aliran cahaya) dapat digambarkan sebagai superposisi dari banyak gelombang sinusoidal sederhana, baik transversal (terpolarisasi linier) atau memanjang.

Getaran string biola, misalnya, dapat dianalisis sebagai jumlah dari banyak gelombang transversal dari frekuensi yang berbeda, yang menggeser string baik ke atas atau ke bawah atau ke kiri ke kanan. Riak-riak di kolam dapat dianalisis sebagai kombinasi gelombang transversal dan longitudinal (gelombang gravitasi) yang merambat bersama.

Jika mediumnya linier dan memungkinkan beberapa arah perpindahan independen untuk arah lintasan yang sama d, kita dapat memilih dua arah polarisasi yang saling tegak lurus, dan mengekspresikan gelombang apa pun yang terpolarisasi linier ke arah lain sebagai kombinasi linear (campuran) dari kedua gelombang tersebut.

Dengan menggabungkan dua gelombang dengan frekuensi, kecepatan, dan arah perjalanan yang sama, tetapi dengan fase berbeda dan arah perpindahan independen, seseorang memperoleh gelombang sirkuler atau elips terpolarisasi. Dalam gelombang seperti itu, partikel menggambarkan lintasan melingkar atau elips, alih-alih bergerak bolak-balik.

Mungkin membantu pemahaman untuk meninjau kembali eksperimen pemikiran dengan string yang disebutkan di atas. Perhatikan bahwa Anda juga dapat meluncurkan gelombang pada tali dengan menggerakkan tangan Anda ke kanan dan kiri, bukan ke atas dan ke bawah. Ini poin penting. Ada dua arah independen (ortogonal) yang dapat digerakkan gelombang. (Ini berlaku untuk dua arah di sudut kanan, atas dan bawah dan kanan dan kiri dipilih untuk kejelasan.) Setiap gelombang diluncurkan dengan menggerakkan tangan Anda dalam garis lurus adalah gelombang terpolarisasi linier.

Tapi sekarang bayangkan Anda menggerakkan tangan dalam lingkaran. Gerakan Anda akan meluncurkan gelombang spiral pada tali. Anda gerakan tangan Anda secara bersamaan baik ke atas dan ke bawah dan dari sisi ke sisi. Maxima dari gerakan sisi ke sisi terjadi seperempat panjang gelombang (atau seperempat cara di sekitar lingkaran, yaitu 90 derajat atau π / 2 radian) dari maksimum dari gerakan naik dan turun. Pada titik mana pun di sepanjang string, perpindahan string akan menggambarkan lingkaran yang sama seperti tangan Anda, tetapi tertunda oleh kecepatan rambat gelombang. Perhatikan juga bahwa Anda dapat memilih untuk menggerakkan tangan Anda dalam lingkaran searah jarum jam atau lingkaran berlawanan arah jarum jam. Gerakan memutar alternatif ini menghasilkan gelombang terpolarisasi sirkuler kanan dan kiri.

Sejauh lingkaran Anda tidak sempurna, gerakan reguler akan menggambarkan elips, dan menghasilkan gelombang terpolarisasi elips. Pada tingkat eksentrisitas yang ekstrem, elips Anda akan menjadi garis lurus, menghasilkan polarisasi linear di sepanjang sumbu utama elips. Sebuah gerakan elips selalu dapat didekomposisi menjadi dua gerakan linear ortogonal dengan amplitudo tidak sama dan 90 derajat keluar dari fase, dengan polarisasi melingkar menjadi kasus khusus di mana dua gerakan linear memiliki amplitudo yang sama.

• Gelombang longitudinal
• Elastografi
• Luminiferous aether
• Solusi gelombang pesawat sinusoidal dari persamaan gelombang elektromagnetik
• Pencitraan Elastisitas Gelombang Geser

• Simulasi interaktif gelombang transversal Diarsipkan 2014-10-09 di Wayback Machine.
• Jenis gelombang dijelaskan dengan film dan animasi kecepatan tinggi Diarsipkan 2016-11-29 di Wayback Machine.
• Weisstein, Eric Wolfgang (ed.). "Gelombang Transversal Diarsipkan 2022-02-16 di Wayback Machine.". ScienceWorld.
• Gelombang Transversal dan Longitudinal Diarsipkan 2014-03-13 di Wayback Machine. Modul pengantar tentang gelombang ini di Connexions