Gelombang dan bunyi

Bagaimana energi merambat di dalam ruangan tanpa benda apa pun yang sebenarnya berpindah.

​

Ide besarnya (dan lebih aneh dari kedengarannya)

Pegang salah satu ujung tali. Sentakkan pergelangan tanganmu. Sebuah gelombang berlari di sepanjang tali sampai ke ujung yang lain.

Bagian anehnya: tidak ada bagian tali yang berpindah dari tanganmu ke ujung yang lain. Setiap bagian kecilnya hanya bergerak naik turun sedikit. Tapi polanya bergerak.

Itulah yang dimaksud dengan gelombang:

Gelombang adalah pola energi yang merambat melalui sesuatu — tanpa sesuatu itu sendiri ikut berpindah.

Gelombang air melakukan hal yang sama. Bebek yang mengapung di laut bergerak naik turun. Gelombang lewat di bawahnya; bebeknya 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 — bergoyang ke samping

Sesuatunya bergerak melintang terhadap arah gelombang yang merambat. Seperti tali tadi: gelombangnya maju ke depan, tapi setiap bagian tali bergerak naik turun.

Contoh: gelombang air, cahaya, gelombang pada tali.

Gelombang longitudinal — merapat dan meregang

Sesuatunya bergerak searah dengan arah gelombang yang merambat. Bayangkan slinky yang kamu dorong dan tarik di salah satu ujungnya — rapatan-rapatan meluncur sepanjang per.

Contoh: bunyi, gelombang P seismik.

​

Bunyi hanyalah udara yang dirapatkan

Saat kamu berbicara, pita suaramu bergetar. Mereka mendorong molekul udara ke depan, yang menabrak molekul berikutnya, yang menabrak molekul berikutnya… Pola udara “rapat” dan “renggang” yang merambat bergerak keluar. Saat sampai di telinga seseorang, gendang telinganya didorong dan ditarik oleh rapatan-rapatan yang sama, dan otaknya menafsirkannya sebagai bunyi.

Bunyi adalah gelombang longitudinal di udara (atau air, atau baja, atau apa pun yang punya 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 yang bisa membawa gelombang itu. Film yang membuat pesawat luar angkasa meledak itu bohong. Bisa dimaafkan, tapi bohong.

​

Kelajuan bunyi pada berbagai medium

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

Bunyi merambat lebih cepat melalui benda yang rapat karena atom-atomnya bisa mengoper getaran lebih cepat. Bunyi melalui udara cukup lambat sehingga kamu melihat kilat sebelum mendengar guntur — cahaya merambat hampir seketika, sedangkan bunyi memerlukan sekitar 3 detik per kilometer.

​

Tinggi nada dan kenyaringan, dalam istilah fisika

• Tinggi nada = frekuensi. Nada tinggi = banyak getaran per detik. Nada rendah = sedikit. Manusia bisa mendengar kira-kira 20 Hz sampai 20.000 Hz.
• Kenyaringan = amplitudo. Rapatan besar = keras. Rapatan kecil = pelan. Diukur dalam desibel (dB), yang merupakan 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 cepat, itu sebabnya kerusakan pendengaran sering datang diam-diam.

​

Efek Doppler: mengapa nada sirene ambulans berubah

Kamu pasti pernah dengar: sirene ambulans terdengar tinggi saat mendekat ke arahmu, lalu nadanya turun saat melewatimu.

Mengapa? Sirenenya menghasilkan nada yang tetap. Tapi saat ambulansnya bergerak ke arahmu, setiap gelombang bunyi baru dipancarkan dari posisi yang sedikit lebih dekat dari sebelumnya. Gelombang-gelombangnya berdesakan. Panjang gelombang lebih pendek = frekuensi lebih tinggi = nada lebih tinggi.

Saat menjauh, kebalikannya terjadi: gelombang merentang, nada lebih rendah.

Ini bukan sekadar trik bunyi — ini berlaku untuk gelombang apa saja dari sumber yang bergerak. Para astronom menggunakan efek Doppler pada cahaya dari galaksi untuk menyimpulkan bahwa alam semesta sedang mengembang. Ide yang sama seperti ambulans, hanya saja dengan cahaya, bukan bunyi.

​

Pemantulan, pembiasan, difraksi — sekilas

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 masuk ke medium yang berbeda (karena kelajuannya berubah). Inilah sebabnya sedotan di dalam gelas berisi air terlihat bengkok. Lensa membelokkan cahaya dengan pembiasan.

3. Difraksi

   Gelombang menyebar di sekitar penghalang atau melalui celah. Kamu bisa mendengar seseorang di balik tikungan meski tidak bisa melihatnya — bunyi berdifraksi di sekitar sudut lebih banyak daripada cahaya (karena bunyi memiliki panjang gelombang yang lebih panjang).

​

Model mental yang berguna

Anggap gelombang sebagai cara untuk memindahkan energi tanpa memindahkan benda. Itulah trik yang dimainkan alam semesta. Bunyi membawa energi suaramu ke seberang ruangan. Cahaya membawa energi Matahari ke seberang tata surya. Radio membawa energi dan informasi ke ponselmu.

Tidak ada atom yang harus ikut perjalanan. Polanya yang berjalan.

Selanjutnya: Listrik dan magnet

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