Penjelasan mengenai Energi Gelombang dan Superposisi

1. Energi Gelombang

Gelombang dalam perambatannya membawa sejumlah energi dari satu tempat ke tempat lain. Energi dipindahkan sebagai energi getaran antarpartikel medium perambatan. Untuk gelombang sinusoida dengan frekuensi f, partikel bergerak dalam gerak harmonis sederhana, sehingga energi yang dimiliki tiap partikel adalah:

Dengan A menyatakan amplitudo geraknya, baik secara transversal maupun longitudinal. Diketahui bahwa menurut persamaan frekuensi gelombang, k = 4π² m/T ² atau setara dengan 4 π² mf² , sehingga dari persamaan diatas, diperoleh:

E = 2 π² mf ² A²

Dengan m adalah massa partikel pada medium, yang merupakan hasil kali massa jenis medium dengan volumenya.

Perambatan gelombang pada medium bervolume S.l.

Dari Gambar diatas dapat ditentukan bahwa volume V = Sl, di mana S adalah luas permukaan melalui mana gelombang merambat, dan l adalah jarak yang ditempuh gelombang dalam selang waktu t, sehingga l = vt, dengan v menyatakan laju gelombang. Sehingga diperoleh:

m = ρ .V = ρ .S.l = ρ .S.v.t, maka:

E = 2 π² ρ Svtf ² A²

Dari persamaan terlihat bahwa energi yang dibawa gelombang sebanding dengan kuadrat amplitudo. Energi yang dipindahkan gelombang biasanya dinyatakan dalam intensitas gelombang. Intensitas gelombang ( I ) didefinisikan sebagai daya gelombang yang dibawa melalui bidang seluas satu satuan yang tegak lurus terhadap aliran energi. Sehingga, intensitas gelombang dapat dinyatakan sebagai berikut:

Dengan P adalah daya yang dibawa, yang besarnya adalah:

Sehingga, intensitas gelombang adalah:

I = 2 π² ρ Svf ² A²

2. Supserposisi

Berdasarkan eksperimen bahwa dua atau lebih gelombang dapat melintasi ruang yang sama, tanpa adanya ketergantungan di antara gelombang-gelombang tersebut terhadap satu sama lain. Jika dua gelombang atau lebih merambat dalam medium yang sama dan pada waktu yang sama, akan menyebabkan simpangan dari partikel dalam medium. Simpangan resultan merupakan jumlah aljabar dari simpangan (positif dan negatif) dari masing-masing gelombang. Hal ini disebut prinsip superposisi.

Pada superposisi dua gelombang atau lebih akan menghasilkan sebuah gelombang berdiri. Simpangan yang dihasilkan bisa saling menguatkan atau saling melemahkan, tergantung pada beda fase gelombang-gelombang tersebut. Prinsip superposisi menyatakan sifat gerakan gelombang bahwa gelombang resultan merupakan penjumlahan dua atau lebih gelombang individual. Prinsip superposisi hanya berlaku untuk pulsa- pulsa gelombang kecil yang tinggi pulsanya lebih kecil dibandingkan panjangnya.

 Jika beda fase antara gelombang-gelombang yang mengalami superposisi adalah 1/2 , maka hasilnya saling melemahkan. Apabila panjang gelombang dan amplitudo gelombang-gelombang tersebut sama, maka simpangan hasil superposisinya nol. Tetapi, apabila gelombang- gelombang yang mengalami superposisi berfase sama, maka simpangan hasil superposisi itu saling menguatkan. Jika panjang gelombang dan amplitudo gelombang-gelombang itu sama, maka simpangan resultan adalah sebuah gelombang berdiri dengan amplitudo kedua gelombang.