Teori Gelombang Berdiri (Standing Wave)

Teori Gelombang Berdiri (Standing Wave)

Gambar 1. Dua speaker yang dihidupkan dengan sumber yang sama

Pada gambar diatas merupakan contoh dimana dua speaker dengan sumber yang sama dengan jarak 3 meter. Seorang pendengar berada pada jarak 8 meter dari titik tengah kedua speaker. Lalu pendengar berjalan 0,35 meter tegak lurus.

Gelombang suara dari speaker pada contoh diatas meninggalkan speaker dalam arah maju, dan kita menganggap interferensi pada titik dalam ruang di depan speaker. Misalkan kita mengubah speaker sehingga mereka saling berhadapan dan kemudian memancarkan suara dari frekuensi dan amplitudo yang sama. Kita sekarang memiliki keadaan di mana dua gelombang yang identik merambat di arah yang berlawanan dalam medium yang sama. Gelombang ini tergabung sesuai dengan prinsip superposisi.

Kita dapat menganalisis situasi seperti ini dengan mempertimbangkan fungsi gelombang untuk dua gelombang sinusoidal transversal memiliki amplitudo, frekuensi, dan panjang gelombang yang sama tapi merambat di arah yang berlawanan dalam medium yang sama:

dimana  y1 merupakan gelombang merambat ke kanan dan y2 merambat ke kiri. Menambahkan dua fungsi memberikan fungsi gelombang resultan y :

Ketika menggunakan identitas trigonometri , maka persamaan diatas menjadi

yang merupakan fungsi gelombang dari gelombang berdiri. Sebuah gelombang berdiri, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, adalah pola osilasi dengan garis stasioner yang dihasilkan dari superposisi dari dua gelombang yang identik merambat dalam arah yang berlawanan.[1]

Gambar 2. Pola osilasi dengan garis stasioner yang dihasilkan dari superposisi dari dua gelombang yang identik merambat dalam arah yang berlawanan

Sebagai contoh dari tipe kedua, gelombang berdiri pada garis transmisi adalah gelombang dimana distribusi arus, tegangan, atau kekuatan medan terbentuk oleh superposisi dari dua gelombang dengan frekuensi yang sama merambat dalam arah yang berlawanan. Efeknya adalah serangkaian simpul (perpindahan nol) dan anti-simpul (perpindahan maksimum) pada titik tetap sepanjang saluran transmisi. Gelombang berdiri tersebut dapat dibentuk ketika sebuah gelombang yang dikirim ke salah satu ujung saluran transmisi dan dipantulkan dari ujung lainnya oleh ketidakcocokan impedansi, yaitu, diskontinuitas, seperti rangkaian terbuka atau pendek [2]. Kegagalan garis untuk mentransfer daya pada frekuensi gelombang berdiri biasanya akan mengakibatkan distorsi atenuasi.

Contoh lain adalah gelombang berdiri di laut terbuka yang dibentuk oleh gelombang dengan periode gelombang yang sama bergerak dalam arah berlawanan. Ini mungkin terbentuk di dekat pusat badai, atau dari refleksi gelombang besar di pantai, dan merupakan sumber microbaroms dan microseisms.

Dalam prakteknya, kerugian dalam saluran transmisi dan komponen lain berarti bahwa refleksi sempurna dan gelombang berdiri murni tidak pernah tercapai. Hasilnya adalah gelombang berdiri parsial, yang merupakan superposisi dari gelombang berdiri dan gelombang berjalan. Tingkat dimana gelombang menyerupai gelombang berdiri baik murni atau gelombang berjalan murni adalah diukur dengan Standing Wave Ratio (SWR).[3]

Referensi :

[1] Serway, Raymond A. & Jewett, John W. 2004.Physics for Scientists and Engineers 6th edition. California : Thomson Brooks/Cole

[2] This article incorporates public domain material from the General Services Administration document “Federal Standard 1037C”

[3] Blackstock, David T. 2000. Fundamentals of Physical Acoustics. Wiley–IEEE, ISBN 0471319791 , 568 pages. See page 141.