Google Penjalaran Gelombang | Dark Wizard of Scientist

June 05, 2013

Penjalaran Gelombang

DEFINISI DAN KLASIFIKASI GELOMBANG

a. Definisi Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat gerak gelombang dapat dipandang sebagai perpindahan momentum dari suatu titik di dalam ruang ke titik lain tanpa perpindahan materi Rumus dasar gelombang adalah :

clip_image002

Dengan v = kecepatan rambat
l = Panjang gelombang

b. Klasifikasi gelombang

Dalam kenyataannya pengklasifikasian gelombang sangat beragam, ada yang menurut arah rambatnya, medium perambatannya, menurut dimensi penyebaran rambatannya dll.
Gelombang menurut arah perambataanya:
  • Gelombang longitudinal
Gelombang dengan arah gangguan sejajar dengan arah penjalarannya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi, gelombang bunyi ini analog dengan pulsa longitudinal dalam suatu pegas vertikal di bawah tegangan dibuat berosilasi ke atas dan ke bawah disebuah ujung, maka sebuah gelombang longitudinal berjalan sepanjang pegas tersebut, koil – koil pada pegas tersebut bergetar bolak –balik di dalam arah di dalam mana gangguan berjalan sepanjang pegas.
Gelombang Longitudinal
Sebuah gelombang longitudinal merambat dalam medium pegas yang diregangkan dimana arah gangguaan searah dengan arah penjalaran gelombang


  • Gelombang Transversal
Gelombang transversal adalah gelombang dengan gangguan yang tegak lurus arah penjalaran. Misalnya gelombang cahaya dimana gelombang listrik dan gelombang medan magnetnya tegak lurus kepada arah penjalarannya.
Gelombang Transversal
Medan listrik dan medan magnet dari gelombang elektromagnetik adalah tegak lurus dan tegak lurus juga pada arah menjalar gelombang

Gelombang menurut kebutuhan medium dalam perambatannya :
  • Gelombang mekanik
Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium tempat merambat. Contoh gelombang mekanik gelombang pada tali, gelombang bunyi.
  • Gelombang elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang energi dan momentumnya dibawa oleh medan listrik (E) dan medan magnet (B) yang dapat menjalar melalui vakum atau tanpa membutuhkan medium dalam perambatan gelombangnya.
Sumber gelombang elektromagnetik :
  • Osilasi listrik.
  • Sinar matahari menghasilkan sinar infra merah.
  • Lampu merkuri menghasilkan ultra violet.
  • Inti atom yang tidak stabil ® menghasilkan sinar gamma.
  • Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).
Keterkaitan antara medan listrik (E) dan medan magnet (B) diungkapkan dengan persamaan Maxwell. Persamaan Maxwell merupakan hukum yang mendasari teori medan elektromagnetik. Contoh dari gelombang elektromagnetik : Gelombang cahaya, gelombang radio

1.2 Superposisi, interferensi dan difraksi

Proses penambahan vector dari pergeseran – pergeseran yang akan diberikan oleh masing – masing gelombang.
Pentingnya prinsip superposisi secar fisis adalah bahwa, ditempat dimana prinsip superposisi itu berlaku, maka kita mungkin menganalisa sebuah gerak gelombang yang rumit sebagai gabungan gelombang – gelombang sederhana.Ternyata seperti yang diperlihatkan oleh ahli matematika Perancis J. Fourier. Apa yang kita perlukan untuk membangun bentuk yang paling umum dari gelombang periodik adalah gelombang–gelombang adalah Gelombang – gelombang harmonic sederhana. Fourier memperlihatkan bahwa setiap gerak periodic darisebuah partikel dapat dinyatakan sebagai sebuah gabungan gerak – gerak harmonic yang sederhana. Misalnya, jika y(t) menyatakan gerakan sebuah sumber gelombang yang mempunyai perioda , maka kita dapat menganalisa y (t) sebagai berikut:

clip_image008

Dimana ω = 2π / T
Pernyataan ini dinamakan deret Fourier. Koefisien – koefisien A dan B adalah konstanta – konstanta yang mempunyai nilai – nilai tertentu untuk setiap gerak periodeik khas yaitu y(t). Lihat gambar 1.3 . Jika gerak tersebut tidak periodic, seperti sebuah denyut maka jumlah tersebut diganti oleh sebuah integral yang dinamakan integral Fourier. Maka setiap sumber gelombang dapat dinyatakan didalam gerak – gerak harmonic sederhana.

Ø Interferensi

Interferensi dan difraksi merupakan sifat khusus dari gelombang. Inteferensi adalah bergabungnya dua atau lebih deretan gelombang yang memilili frekuensi dan amplitude yang sama tapi memiliki fase yang berbeda dalam suatu daerah menghasilkan gelombang baru yang amplitude sesaatnya merupakan jumlah amplitude sesaat gelombang semula.
Interferensi ada 2 jenis:
Interferensi konstruktif adalah interferensi yang saling menguatkan, hasilnya berupa pola terang jika di fokuskan pada layar. Secara matematis dituliskan berikut (l, 2l ,3l,....nl ) dengan n= bilangan bulat
Interferensi Destruktif adalah interferensi saling melemahkan, hasilnya berupa pola gelap jika difokuskan pada layer. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut (l/ 2, 3l / 2, 5 l/ 2,.... 2n+1/ 2 l )

B. PENJALARAN GELOMBANG

Penjalaran gelombang seismik menembus struktur perlapisan bumi sangat bergantung pada sifat elastisitas batu-batuan yang dilaluinya. Dasar teori untuk menjelaskan kronologis mekanisme maupun sifat fisis gelombang didasarkan pada teori deformasi dan elastisitas media yang dilalui gelombang seismik.
Pembahasan teori deformasi dan elastisitas media yang dilalui gelombang lebih ditujukan untuk mencari hubungan antara parameter elastisitas (dalam hal ini adalah konstanta-konstanta elastisitas) dengan parameter gelombang (dalam hal ini adalah kecepatan gelombang). Pendekatan teori deformasi didasarkan pada model stress dan strain.
Stress didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, sedangkan strain didefinisikan sebagai deformasi per satua volume. Berdasarkan hukum Hooke’s, untuk benda-benda elastik sempurna, strain akan proporsional (sebanding) dengan stress. Dikarenakan pendekatan deformasi media elastik adalah dilatasi kubik, maka untuk menjelaskan model stress (tegangan) dan strain (regangan) didasarkan pada konsep tensor.
Pada dasarnya, teori dasar gelombang seismik adalah mencari bentuk solusi dari persamaan gerak yang didasarkan pada hubungan persamaan stress dan strain pada medium elastik.
Untuk meninjau penjalaran gelombang seismik pada menia bumi, terdapat dua asumsi dasar yang digunakan sebagai acuan dalam memandang bumi, yaitu :
1. Bumi dianggap sebagai media elastik sempurna yang terdiri dari berbagai lapisan.
2. Semua anggota lapisan bumi merupakan media homogen isotropis (Wahyu Triyoso, 1991).

C. BERBAGAI TIPE GELOMBANG SEISMIK

Berdasarkan teori elstisitas dan deformasi elemen medium serta konsep displacement potensial, maka pada media homogen isotropis, transfer energi dapat ditransmisikan dalam dua tipe dengan kecepatan penjalaran yang berbeda pula, tergantung pada konstanta-konstanta elastik media yang dilewatinya. Di samping itu, transfer energi dapat terjadi baik melalui media perlapisan di dalam bumi maupun melalui media perlapisan di permukaan bumi. Transfer ini yang terjadi melalui media perlapisan di dalam bumi disebut gelombang badan (body wave), sedangkan yang terjadi di permukaan bumi disebut gelombang permukaan (surface wave).
  1. Gelombang Badan
Gelombang badan adalah gelombang yang menjalar dalam media elastik dan arah
perambatannya ke seluruh bagian di dalam bumi. Berdasarkan gerak partikel pada media dan arah penjalarannya, gelombang dapat dibedakan atas gelombang P dan gelombang S.

1. Gelombang P (gelombang Primer). Gelombang P disebut juga gelombang kompressi, gelombang longitudinal, gelombang dilatasi, atau gelombang irotasional. Gelombang ini menginduksi gerakan partikel media dalam arah parallel terhadap arah penjalaran gelombang (Gambar 2.7a).

2. Gelombang S (gelombang Sekunder). Gelombang S disebut juga gelombang shear, gelombang transversal atau gelombang rotasi. Gelombang ini menyebabkan gerakan partikel media dalam arah tangensial terhadap arah perjalaran gelombang (gambar 2.7b).
Gelombang badan P dan S
Gambar Dua tipe gelombang badan, (a) gelombang P, (b) gelombang S

 tipe gelombang S
Gambar Dua tipe gelombang S, (a) gelombang-SH, (b) gelombang-SV

  1. Gelombang Permukaan

Gelombang permukaan merupakan gelombang yang kompleks dengan frekuensi yang rendah dan ampltudo besar, yang menjalar akibat adanya efek free surface dimana terdapat perbedaan sifat elastik. Gelombang ini dapat menjelaskan struktur mantel atas dan permukaan kerak bumi (crust).
Sifat dan gerak partikel media pada permukaan ada yang mirip gelombang P atau gelombang S. Didasarkan pada sifat gerakan partikel media elastik, terdapat dua tipe gelombang permukaan, yaitu gelombang Rayleigh dan gelombang love.

  1. Gelombang Rayleigh

Gelombang Rayleigh merupakan gelombang permukaan yang gerakan partikel medianya merupakan kombinasi gerakan partikel yang disebabkan oleh gelombang P dan gelombang S. Orbit gerakan partikelnya merupakan gerakan elliptik dengan sumbu mayor ellips tegak lurus dengan permukaan dan arah penjalarannya (gambar 2.9a).

2. Gelombang Love

Gelombang love biasanya dinotasikan dengan gelombang-L atau gelombang-Q. Gelombang ini merupakan gelombang permukaan yang menjalar dalam bentuk gelombang transversal, yakni merupakan gelombang-SH yang penjalarannya paralel dengan permukaan (gambar 2.9b). Kecepatan penjalaran gelombNg Love bergantung panjang gelombangnya dan bervariasi sepanjang permukaan.

Secara umum, kecepatan gelombang love dinyatakan sebagai VR < VQ <VS ( Gunawan, 1985). Pada umumnya, energi lebih banyak ditransfer dalam bentuk gelombang P, sehingga pada rekaman gempa atau survey seismik, yang pertama kali dijumpai adalah gelombang P. Di samping itu berdasarkan persamaan (2.13), (2.14) dan (2.15), dalam medium yang sama, gelombang P akan dijalarkan dengan kecepatan yang paling besar daripada tipe gelombang lainnya. Sedangkan dari persamaan (2.14) ditunjukkan bahwa gelombang S tidak dapat menjalar pada media fluida, karena harga modulus rigiditas pada fluida mendekati nol (μ = 0).
tipe gelombang permukaan
Gambar  tipe gelombang permukaan, (a) gelombang love, (b) gelombang Rayleigh

D. MEKANISME PENJALARAN GELOMBANG

Prinsip fermat dan Konsep Berkas Seismik

Salah satu perinsip dasar yang menjelaskan mekanisme penjalaran gelombang adalah prinsip Fermat. Prinsip ini menyatakan bahwa waktu jalar gelombang elastic antara dua titik, misalkan titik A dan B, sama dengan waktu tempuh yang terukur sepanjang lintasan minimum yang menghubungkan titik A dan B. Oleh karena itu, prinsip Fermat di sebut juga prinsip waktu minimum.
Suatu bentuk pemodelan yang digunakan untuk menjelaskan peristiwa penjalaran gelombang elastik yang memenuhi perinsip Fermat adalah model lintasan sinar atau model raipat (raypath). Untuk penjalaran gelombang seismik, konsep raipat dikenal dengan istilah konsep berkas seismik (seismic ray). Suatu berkas seismik digambarkan sebagai sebuah garis yang menunjukkan arah perambatan energi gelombang seismik.

Garis ini tegak lurus terhadap muka gelombang (wave front), seperti ditunjukkan pada gambar (2.10). Model berkas seismik pada dasarnya merupakan pendekatan pertama untuk memudahkan dalam meninjau penjalaran gelombang seismik. Dikarenakan pendekatan berkas seismik lebih banyak didasarkan pada optika geometri, maka dalam meninjau mekanisme penjalaran gelombang, seakan-akan kita diajak meninjau satu titik anggota muka gelombang.
Peristiwa pemantulan, pembiasan dan mode conversion
Gambar Peristiwa pemantulan, pembiasan dan mode conversion yang terjadi pada saat gelombang SV melewati bidang batas antara dua media (Stacey, 1977)

Disusun Oleh: Berliana Siringo-ringo | Henni Elika Simanungkalit
Technorati Tags: ,,,,Sains,Fisika
Share this post

0 comments

Comment & suggestion....

:) :-) :)) =)) :( :-( :(( :d :-d @-) :p :o :>) (o) [-( :-? (p) :-s (m) 8-) :-t :-b b-( :-# =p~ :-$ (b) (f) x-) (k) (h) (c) cheer

 
© 2013 Dark Wizard of Scientist
Original Designed by BlogThietKe Cooperated with Duy Pham
Released under Creative Commons 3.0 CC BY-NC 3.0
Posts RSS Comments RSS
Back to top