Pendahuluan:

Dalam artikel ini, kita akan menjelajahi dunia getaran dan gelombang, mengungkap rahasia bagaimana gelombang merambat dan bergerak. Kita akan memulai dengan memahami sifat dasar gerakan getar dan menghubungkannya dengan konsep gelombang, memungkinkan kita memahami bagaimana energi ditransmisikan melalui fenomena menarik ini. Anda akan belajar bagaimana gelombang menyebar dan berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya, menjelaskan perilaku gelombang dengan berbagai cara. Pembelajaran Anda tidak akan terbatas pada teori saja; Anda akan mendapatkan pemahaman praktis tentang signifikansi fenomena ini dalam kehidupan sehari-hari. Melalui studi fenomena dan konsep ini, kita akan memahami pentingnya memahami perilaku gelombang dan getaran dalam berbagai bidang. Kita akan menyelami pemahaman fenomena resonansi dan potensi dampak berbahaya jika tidak dipahami dengan baik. Selain itu, kita akan melihat bagaimana jembatan dan struktur dibangun dengan aman menggunakan prinsip getaran dan gelombang. Untuk memahami bagaimana ilmu dapat membuka pintu tanpa batas untuk memahami dan menjelaskan dunia di sekitar kita, kita memulai perjalanan menarik ini yang akan membuat Anda terkagum-kagum dan tercerahkan pada akhirnya!

Elemen Artikel:

1.       Bagaimana gelombang merambat dalam pegas?

2.       Gerakan Periodik:

3.       Massa pada Pegas:

4.       Bandul Sederhana:

5.       Resonansi:

6.       Kesimpulan

Bagaimana gelombang merambat dalam pegas?

Bagaimana pulsa yang dikirim melalui pegas bergerak ketika ujung lainnya terpasang? Gelombang dalam pegas merambat melalui transfer berurutan partikel dalam materi yang membentuk pegas. Ketika pegas ditekan atau direntangkan pada titik tertentu, itu mentransfer perubahan tekanan atau ekspansi ini ke partikel tetangga. Perubahan ini menyebabkan gelombang tekanan atau ekspansi bergerak melalui pegas. Jika ujung lain pegas terpasang, gelombang akan melewati pegas dengan cara yang sama. Dalam hal ini, pegas tidak akan bergerak sebagai satu kesatuan, tetapi gelombang akan bergerak melalui tanpa pegas itu sendiri bergerak. Ini mirip dengan bagaimana gelombang merambat di permukaan air saat Anda menyentuhnya dengan jari Anda. Partikel-partikel di air bergerak secara periodik, dan ini terkait dengan transfer energi melalui materi tanpa materi keseluruhan bergerak.

Gerakan Periodik:

Mungkin Anda pernah melihat jam bandul berayun bolak-balik, memperhatikan bahwa setiap ayunan mengikuti jalur yang sama, dan setiap perjalanan pulang-pergi membutuhkan waktu yang sama. Gerakan ini adalah contoh gerakan periodik. Contoh lain termasuk osilasi benda logam yang terikat pada pegas naik dan turun. Gerakan-gerakan yang berulang dalam siklus teratur ini adalah contoh gerakan periodik.

Dalam semua contoh ini, benda berada pada posisi tunggal di mana gaya bersih yang bekerja padanya adalah nol, dan benda berada dalam keseimbangan. Ketika benda ditarik dari posisi keseimbangannya, gaya bersih menjadi tidak nol, dan gaya ini bekerja untuk membawa benda kembali ke posisi keseimbangan. Jika gaya yang membawa benda kembali ke posisi keseimbangan secara langsung proporsional dengan perpindahan benda, gerakan yang dihasilkan disebut gerakan harmonis sederhana. Dua besaran menggambarkan gerakan harmonis sederhana: periode T, yang merupakan waktu yang dibutuhkan benda untuk menyelesaikan satu siklus penuh gerakan bolak-balik, dan amplitudo osilasi, yang merupakan jarak maksimum benda bergerak dari posisi keseimbangan.

Massa pada Pegas:

Bagaimana pegas berinteraksi dengan gaya yang bekerja padanya? Pertimbangkan sebuah pegas dengan massa yang tergantung dari ujungnya tanpa adanya gaya eksternal yang bekerja padanya. Dalam posisi ini, pegas tidak meregang karena tidak ada gaya eksternal yang mempengaruhinya. Gambar menggambarkan pegas tergantung dengan benda berat mg, dan pegas telah memanjang karena pergeseran, seimbang antara gaya pegas yang menahan dan gaya gravitasi yang menarik ke bawah. Pemanjangan atau pemampatan pegas ini sesuai dengan pergeseran x, dengan berat di ujungnya dua kali berat dalam posisi keseimbangan sebelumnya (2mg). Ini sesuai dengan Hukum Hooke, yang menyatakan bahwa gaya yang diberikan oleh pegas sebanding dengan pemanjangan, dan pegas yang mengikuti kondisi ini disebut pegas elastis dan memenuhi Hukum Hooke, yang dirumuskan sebagai berikut:

Hukum Hooke F=-KX

Gaya yang diberikan oleh pegas sama dengan produk konstanta pegas dan perpindahan yang diperpanjang atau dimampatkan dari posisi keseimbangannya.

Dalam persamaan ini, konstanta pegas tergantung pada kekakuan pegas dan propertinya, dan x mewakili perpindahan yang diperpanjang atau dimampatkan oleh pegas dari posisi keseimbangannya.

Energi Potensial:

Ketika gaya bertindak untuk memanjangkan pegas, seperti menggantung benda di ujungnya, ada hubungan linear antara gaya yang diterapkan dan perpanjangan pegas. Kemiringan grafik mewakili konstanta pegas, diukur dalam N/m. Luas di bawah kurva mewakili pekerjaan yang dilakukan untuk memanjangkan pegas, yang setara dengan energi potensial elastis yang disimpan di pegas karena pekerjaan ini. Dasar segitiga mewakili pergeseran, dan tinggi segitiga mew

akili gaya yang setara dengan x sesuai dengan Hukum Hooke. Dengan demikian, energi potensial elastis yang disimpan di pegas diungkapkan oleh persamaan berikut:

Energi Potensial Elastis dalam Pegas

Energi potensial elastis dalam pegas sama dengan setengah dari hasil kali konstanta pegas dan kuadrat perpindahan pegas.

Satuan energi potensial elastis adalah "N.m" atau Joule (J).

Bagaimana gaya bersih bergantung pada posisi? Ketika suatu benda digantung di ujung pegas, pegas akan meregang sampai gaya pegas ke atas seimbang dengan berat benda. Pada titik ini, benda berada dalam posisi keseimbangan. Jika benda gantung ditarik ke bawah, gaya pegas meningkat, menghasilkan gaya bersih ke atas yang sama dengan gaya tarikan Anda ditambah berat benda. Ketika benda gantung dilepaskan, ia akan berakselerasi ke atas, dan saat benda bergerak ke atas, pemanjangan pegas berkurang, mengakibatkan penurunan gaya yang diarahkan ke atas.

Gaya yang dihasilkan oleh pegas ke atas menjadi sama dengan berat benda, menghasilkan gaya bersih nol. Sebagai hasilnya, sistem tidak berakselerasi, dan benda melanjutkan gerakan ke atas di atas posisi keseimbangannya. Gaya bersih berlawanan arah dengan perpindahan benda dan sebanding langsung dengannya. Oleh karena itu, benda bergerak dalam gerakan harmonis sederhana dan kembali ke posisi keseimbangannya, seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Bandul Sederhana:

Gerakan harmonis sederhana juga dapat diilustrasikan melalui gerakan berayun dari sebuah bandul. Bandul sederhana terdiri dari benda padat yang padat disebut bob bandul yang digantung dari tali dengan panjang 1. Ketika bob bandul ditarik ke satu sisi dan dilepaskan, ia berayun bolak-balik, seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Tali memberikan gaya tegangan (F) pada bob bandul, dan gravitasi juga mempengaruhi bob dengan gaya (F). Jumlah vektor dari kedua gaya ini mewakili gaya bersih. Pada posisi kanan dan kiri dalam gambar, gaya bersih pada bob bandul dan percepatannya maksimal, sedangkan kecepatannya nol. Pada posisi tengah (keseimbangan) dalam gambar yang sama, gaya bersih dan percepatan nol, sedangkan kecepatan maksimal.

Anda dapat melihat bahwa gaya bersih adalah gaya pemulihan, selalu berlawanan arah dengan perpindahan bob bandul, berfungsi untuk membawa bob kembali ke posisi keseimbangan. Ketika sudut deviasi tali kecil (kurang dari 15% secara kasar), gaya pemulihan sebanding langsung dengan perpindahan. Gerakan ini kemudian disebut gerakan harmonis sederhana. Periode bandul dihitung menggunakan persamaan berikut:

Periode Bandul      

Periode bandul sama dengan 2π dikalikan dengan akar kuadrat dari hasil bagi panjang tali bandul dan percepatan gravitasi.

Perlu dicatat bahwa periode bandul sederhana hanya bergantung pada panjang tali bandul dan percepatan gravitasi, tidak pada massa bob bandul atau amplitudo osilasi. Dalam aplikasi praktis bandul, ini digunakan untuk menghitung g (akselerasi gravitasi), yang sedikit bervariasi dari lokasi ke lokasi di permukaan Bumi.

Resonansi:

Untuk membuat ayunan bergerak sambil duduk di atasnya, dorong dengan membungkuk ke belakang dan menarik tali (atau rantai) dari titik yang sama dalam setiap ayunan, atau mintalah teman untuk mendorong Anda dengan interval teratur. Resonansi terjadi ketika gaya-gaya kecil bekerja pada tubuh yang bergetar atau bergetar pada interval waktu yang teratur, menyebabkan peningkatan amplitudo getaran atau osilasi. Interval waktu antara penerapan gaya pada tubuh yang bergetar sama dengan periode getaran. Contoh umum resonansi termasuk mengayunkan mobil bolak-balik untuk melepaskan roda dari pasir ketika terjebak, loncatan berulang di atas papan loncat, atau menyelam dengan tabung oksigen. Amplitudo besar yang dihasilkan oleh resonansi dapat menyebabkan perasaan stres.

Resonansi adalah bentuk khusus gerakan harmonis sederhana, di mana peningkatan kecil dalam magnitudo gaya pada waktu tertentu selama gerakan tubuh mengarah pada peningkatan yang lebih besar dalam perpindahan. Resonansi yang disebabkan oleh gerakan angin, misalnya, sejalan dengan desain penyangga jembatan, dapat menjadi penyebab runtuhnya Jembatan Tacoma Narrows.

Kesimpulan:

1. Kita telah mempelajari bagaimana gelombang merambat dalam pegas dan bagaimana pegas berinteraksi dengan gaya yang bekerja padanya.

2. Kita menjelajahi gerakan periodik dan gerakan harmonis sederhana dan bagaimana pegas dapat digunakan untuk menjelaskan gerakan-gerakan ini.

3. Kita memperkenalkan konsep energi potensial elastis dan bagaimana itu berhubungan dengan tingkat gaya dan perpanjangan dalam pegas.

4. Mengingat pentingnya pegas dalam banyak aplikasi dan sistem mekanik, penting untuk mempelajari dan memahami fenomena ini secara mendalam.

5. Memahami prinsip gerakan periodik dan pegas adalah kunci untuk memahami banyak sistem alami dan teknologis.

Terapkan sendiri eksperimen tersebut melalui platform Valaby untuk laboratorium sains virtual