Gelombang dan Bunyi

Bagaimana energi berjalan melintasi ruangan tanpa ada yang benar-benar bergerak.

​

Ide besarnya (dan lebih aneh dari kedengarannya)

Pegang salah satu ujung tali. Ayunkan pergelangan tanganmu. Sebuah gelombang berjalan menyusuri tali ke ujung lainnya.

Inilah bagian anehnya: tidak ada bagian tali yang berjalan dari tanganmu ke ujung lain. Setiap bagian kecil hanya bergerak naik turun sedikit. Tetapi polanya yang bergerak.

Itulah arti gelombang:

Gelombang adalah pola energi yang bergerak melalui sesuatu — tanpa benda itu sendiri ikut bersamanya.

Gelombang air melakukan hal yang sama. Bebek yang mengapung di lautan bergerak naik turun. Gelombang lewat di bawahnya; bebek tidak berselancar ke pantai.

​

Kosakata yang benar-benar kamu butuhkan

Panjang gelombang (λ)

Jarak dari satu puncak ke puncak berikutnya. Diukur dalam meter.

Frekuensi (f)

Berapa banyak puncak yang melewati suatu titik setiap detik. Diukur dalam hertz (Hz) — satu Hz = satu gelombang per detik.

Amplitudo

Seberapa tinggi gelombangnya. Untuk bunyi, ini adalah kenyaringan. Untuk cahaya, ini adalah kecerahan.

Kelajuan (v)

Seberapa cepat pola gelombang bergerak melalui medium.

Semuanya terikat dalam satu persamaan kecil yang melakukan banyak pekerjaan:

$v = f \cdot \lambda$

Kelajuan = frekuensi × panjang gelombang. Jika kelajuannya tetap (biasanya begitu, untuk medium tertentu), maka frekuensi tinggi → panjang gelombang pendek, dan frekuensi rendah → panjang gelombang panjang. Selalu ada pertukaran.

​

Dua jenis gelombang

Gelombang transversal — bergetar menyamping

Bendanya bergerak melintang terhadap arah perjalanan gelombang. Seperti tali: gelombang bergerak maju, tetapi setiap bagian tali bergerak naik turun.

Contoh: gelombang air, cahaya, gelombang pada tali.

Gelombang longitudinal — menekan dan meregang

Bendanya bergerak sepanjang arah yang sama dengan arah perjalanan gelombang. Bayangkan slinky yang kamu dorong dan tarik di salah satu ujungnya — rapatan berpacu menyusuri pegas.

Contoh: bunyi, gelombang P seismik.

​

Bunyi hanyalah udara yang terpampat

Ketika kamu berbicara, pita suaramu bergetar. Mereka mendorong molekul udara ke depan, yang bertumbukan dengan yang berikutnya, yang bertumbukan dengan yang berikutnya… Pola “rapatan” dan “regangan” udara yang berjalan bergerak ke luar. Ketika mencapai telinga seseorang, gendang telinganya didorong dan ditarik oleh rapatan yang sama, dan otaknya menafsirkannya sebagai bunyi.

Bunyi adalah gelombang longitudinal di udara (atau air, atau baja, atau apa pun yang memiliki atom).

​

Mengapa bunyi tidak merambat di luar angkasa

Tidak ada atom = tidak ada yang bisa dirapatkan = tidak ada bunyi. Di luar angkasa, tidak ada yang bisa mendengarmu berteriak — karena memang tidak ada apa pun di antara mulutmu dan telinga orang lain untuk membawa gelombang. Film yang membuat pesawat luar angkasa meledak dengan suara adalah bohong. Bisa dimaafkan, tetapi tetap bohong.

​

Kelajuan bunyi, dalam berbagai medium

Medium	Kelajuan bunyi
Udara (20°C)	343 m/s
Air	≈ 1.500 m/s
Baja	≈ 5.000 m/s

Bunyi bergerak lebih cepat melalui benda yang lebih padat karena atom-atomnya dapat meneruskan getaran lebih cepat. Bunyi melalui udara cukup lambat sehingga kamu melihat kilat sebelum mendengar guntur — cahaya bergerak hampir secara instan, bunyi membutuhkan sekitar 3 detik per kilometer.

​

Pitch dan kenyaringan, dalam istilah fisika

• Pitch (nada) = frekuensi. Nada tinggi = banyak getaran per detik. Nada rendah = sedikit. Manusia dapat mendengar sekitar 20 Hz hingga 20.000 Hz.
• Kenyaringan = amplitudo. Rapatan besar = keras. Rapatan kecil = lirih. Diukur dalam desibel (dB), yaitu skala logaritmik (setiap kenaikan 10 dB kira-kira 10× intensitasnya).

Bisikan: ≈30 dB. Percakapan: ≈60 dB. Konser: ≈110 dB. Mesin jet: ≈140 dB. Skala desibel tumbuh dengan cepat, itulah mengapa kerusakan pendengaran datang diam-diam pada orang.

​

Efek Doppler: mengapa ambulans berubah pitch

Kamu pasti pernah mendengarnya: sirene ambulans terdengar tinggi saat mendekatimu, lalu menurun pitch-nya saat melewati.

Mengapa? Sirene menghasilkan pitch yang konstan. Tetapi saat ambulans bergerak menuju kamu, setiap gelombang bunyi baru dipancarkan dari sedikit lebih dekat daripada yang terakhir. Gelombang-gelombang itu menjadi rapat. Panjang gelombang lebih pendek = frekuensi lebih tinggi = pitch lebih tinggi.

Saat menjauh, terjadi sebaliknya: gelombang menyebar, pitch lebih rendah.

Ini bukan trik bunyi — ini berlaku untuk semua gelombang dari sumber yang bergerak. Para astronom menggunakan efek Doppler pada cahaya dari galaksi untuk mengetahui bahwa alam semesta sedang mengembang. Ide yang sama dengan ambulans, hanya dengan cahaya alih-alih bunyi.

​

Pemantulan, pembiasan, difraksi — tur singkat

1. Pemantulan

   Gelombang memantul dari permukaan. Gema adalah gelombang bunyi yang memantul dari dinding. Cermin adalah gelombang cahaya yang memantul dari kaca berlapis perak.

2. Pembiasan

   Gelombang membelok saat memasuki medium yang berbeda (karena kelajuannya berubah). Inilah mengapa sedotan di gelas air terlihat bengkok. Lensa membelokkan cahaya menggunakan pembiasan.

3. Difraksi

   Gelombang menyebar di sekitar penghalang atau melalui celah. Kamu dapat mendengar seseorang di sudut bahkan jika kamu tidak dapat melihatnya — bunyi mengalami difraksi di sekitar sudut lebih banyak daripada cahaya (karena bunyi memiliki panjang gelombang yang lebih panjang).

​

Model mental yang berguna

Bayangkan gelombang sebagai cara untuk memindahkan energi tanpa memindahkan benda. Itulah trik yang dilakukan alam semesta. Bunyi membawa energi suaramu melintasi ruangan. Cahaya membawa energi Matahari melintasi tata surya. Radio membawa energi dan informasi ke teleponmu.

Tidak ada atom yang harus melakukan perjalanan. Polanya yang melakukan.

Selanjutnya: Listrik dan Magnetisme

Gaya tak kasat mata yang menjalankan teleponmu, mobilmu, dan sistem sarafmu.