Nota Sains Tambahan Tingkatan 5 Bab 6: Gelombang
RINGKASAN
Ringkasan Konsep Utama
1. Penghasilan dan Sifat Asas Gelombang
Gelombang ialah satu proses pemindahan tenaga dari satu lokasi ke lokasi lain tanpa pemindahan jirim. Ia dihasilkan oleh pergerakan berayun atau bergetar akibat daya luar.
• Sistem Ayunan: Gerakan pergi dan balik secara berkala pada satu lintasan melalui satu titik tetap. Contohnya, ayunan bandul ringkas.
• Sistem Getaran: Pergerakan yang menghasilkan gelombang. Contohnya, getaran tala bunyi.
• Ciri-ciri Gelombang:
◦ Amplitud (A): Sesaran maksimum daripada kedudukan keseimbangan.
◦ Tempoh (T): Masa yang diambil untuk melengkapkan satu ayunan.
◦ Frekuensi (f): Bilangan ayunan lengkap dalam masa satu saat. Unitnya ialah Hertz (Hz). Hubungannya dengan tempoh ialah: f = 1/T.
◦ Panjang Gelombang (λ): Jarak antara dua puncak atau dua lembangan yang berturutan.
◦ Laju Gelombang (v): Kelajuan perambatan gelombang. Formulanya ialah: v = fλ.
2. Jenis-jenis Gelombang
Terdapat dua jenis gelombang utama berdasarkan arah getaran zarah medium berbanding arah perambatan tenaga.
• Gelombang Melintang: Zarah medium bergetar pada arah yang berserenjang dengan arah perambatan gelombang.
◦ Contoh: Gelombang air, gelombang cahaya, gelombang elektromagnet.
• Gelombang Membujur: Zarah medium bergetar pada arah yang selari dengan arah perambatan gelombang. Ia terdiri daripada kawasan mampatan (C) dan regangan (R).
◦ Contoh: Gelombang bunyi.
3. Pelembapan dan Resonans
• Pelembapan: Penyusutan amplitud bagi suatu sistem ayunan akibat kehilangan tenaga. Ia boleh disebabkan oleh:
◦ Pelembapan Luar: Rintangan luar seperti rintangan udara (contoh: ayunan buaian yang semakin perlahan).
◦ Pelembapan Dalam: Geseran antara molekul-molekul dalam sistem (contoh: penyerap hentakan kenderaan).
• Resonans: Berlaku apabila suatu sistem dipaksa berayun oleh daya luar pada frekuensi yang sama dengan frekuensi aslinya. Ini menyebabkan sistem berayun pada amplitud maksimum.
◦ Aplikasi: Menala siaran radio atau televisyen, penghasilan bunyi daripada gitar.
◦ Kesan Negatif: Runtuhan Jambatan Gantung Tacoma akibat angin yang meniup pada frekuensi asli jambatan.
4. Sifat-sifat Gelombang (Fenomena Gelombang)
Terdapat empat fenomena utama yang boleh dialami oleh gelombang.
1. Pantulan: Berlaku apabila gelombang terkena halangan dan mengubah arah perambatannya. Ia mematuhi Hukum Pantulan: sudut tuju (i) = sudut pantulan (r). Frekuensi, panjang gelombang, dan laju tidak berubah.
2. Pembiasan: Perubahan arah perambatan gelombang apabila ia bergerak dari satu medium ke medium lain yang berbeza kedalaman atau ketumpatan. Ini menyebabkan perubahan pada laju dan panjang gelombang, tetapi frekuensi kekal malar. Contohnya, gelombang air bergerak dari kawasan dalam ke kawasan cetek menjadi lebih perlahan.
3. Pembelauan: Penyebaran gelombang apabila ia melalui satu celah atau melepasi satu penghalang. Kesan pembelauan lebih ketara jika saiz celah atau halangan lebih kecil atau sama dengan panjang gelombang (λ ≥ a). Amplitud berkurang selepas pembelauan kerana tenaga disebarkan.
4. Interferens: Kesan superposisi (gabungan) dua atau lebih gelombang koheren (frekuensi sama, beza fasa tetap) yang bertemu.
◦ Interferens Membina: Puncak bertemu puncak atau lembangan bertemu lembangan, menghasilkan amplitud maksimum.
◦ Interferens Memusnah: Puncak bertemu lembangan, menghasilkan amplitud sifar.
5. Gelombang Mekanik dan Elektromagnet
| Ciri-ciri | Gelombang Mekanik | Gelombang Elektromagnet |
| Keperluan Medium | Memerlukan medium (pepejal, cecair, atau gas) untuk merambat. Tidak boleh merambat dalam vakum. | Tidak memerlukan medium. Boleh merambat dalam vakum. |
| Jenis Gelombang | Boleh jadi gelombang melintang (cth: gelombang air) atau membujur (cth: gelombang bunyi). | Hanya gelombang melintang. |
| Kelajuan | Bergantung pada medium. Contoh: laju bunyi di udara ≈ 330 m s⁻¹. | Laju cahaya dalam vakum adalah malar, c = 3.0 × 10⁸ m s⁻¹. |
| Contoh | Gelombang bunyi, gelombang air, gelombang pada spring slinki. | Gelombang radio, gelombang mikro, cahaya nampak, sinar-X, sinar gama. |
| Penghasilan | Dihasilkan oleh getaran jirim. | Dihasilkan oleh getaran medan elektrik dan medan magnet yang berserenjang antara satu sama lain. |
Spektrum Elektromagnet: Adalah satu siri susunan gelombang elektromagnet mengikut urutan panjang gelombang (berkurang) atau frekuensi (bertambah).
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Amplitud (A) | Sesaran maksimum sesuatu zarah dari kedudukan keseimbangannya. |
| Ayunan | Gerakan pergi dan balik secara berkala dalam satu lintasan pada satu titik yang tetap. |
| Frekuensi (f) | Bilangan ayunan lengkap yang terhasil dalam masa satu saat. Unit S.I. ialah Hertz (Hz). |
| Frekuensi Asli | Frekuensi sistem yang berayun secara bebas tanpa tindakan daya luaran. |
| Gelombang | Proses pemindahan tenaga dari satu lokasi ke lokasi lain yang dihasilkan oleh gerakan berayun atau bergetar, tanpa pemindahan jirim. |
| Gelombang Elektromagnet | Gelombang yang boleh merambat tanpa medium, terhasil daripada getaran medan elektrik dan medan magnet. |
| Gelombang Mekanik | Gelombang yang memerlukan medium (seperti pepejal, cecair, atau gas) untuk merambat. |
| Gelombang Membujur | Gelombang di mana getaran zarah medium adalah selari dengan arah perambatan gelombang (cth: gelombang bunyi). |
| Gelombang Melintang | Gelombang di mana getaran zarah medium adalah berserenjang dengan arah perambatan gelombang (cth: gelombang cahaya). |
| Getaran | Pergerakan suatu objek yang menghasilkan gelombang. |
| Interferens | Kesan superposisi (gabungan) dua atau lebih gelombang yang koheren apabila bertemu dan bertindih. |
| Interferens Membina | Interferens yang berlaku apabila puncak bertemu puncak atau lembangan bertemu lembangan, menghasilkan amplitud maksimum. |
| Interferens Memusnah | Interferens yang berlaku apabila puncak bertemu lembangan, menghasilkan amplitud sifar. |
| Panjang Gelombang (λ) | Jarak antara dua puncak atau dua lembangan yang berturutan pada satu gelombang. |
| Pantulan | Fenomena apabila gelombang dipantulkan selepas terkena suatu halangan, menyebabkan perubahan arah perambatan. |
| Pembelauan | Kesan penyebaran gelombang apabila ia merambat melalui suatu celah atau penghalang. |
| Pembiasan | Perubahan arah perambatan gelombang apabila ia bergerak dari satu medium ke medium yang lain. |
| Pelembapan | Penyusutan amplitud bagi suatu sistem ayunan akibat kehilangan tenaga kepada persekitaran. |
| Resonans | Fenomena yang berlaku apabila sistem dipaksa berayun pada frekuensi yang sama dengan frekuensi aslinya, menyebabkan ayunan pada amplitud maksimum. |
| Tempoh (T) | Masa yang diambil untuk melengkapkan satu ayunan atau satu kitaran gelombang. |