Apabila gelombang bertemu sempadan, sebahagian boleh dipantulkan (reflect, kembali ke medium yang sama) dan sebahagian boleh dibiaskan (refract, menukar arah apabila memasuki medium baharu). Melukis muka gelombang membolehkan anda melihat sebabnya.
Pelajaran ini tergolong dalam kelakuan gelombang. Ia menggunakan persamaan gelombang daripada mengaitkan panjang gelombang, frekuensi dan laju.
Apakah muka gelombang dan mengapa ia membantu?
Muka gelombang (wavefront) ialah garis yang menyambung titik-titik pada peringkat gelombang yang sama, contohnya semua puncak pada satu ketika. Sinar dilukis pada 90° dengan muka gelombang, menunjukkan arah gerakan.
Gambar tangki riak menunjukkan muka gelombang sebagai garis selari. Jurang antara garis mewakili panjang gelombang, jadi anda boleh membandingkan gelombang sebelum dan selepas sempadan.
Apakah yang berlaku dalam pantulan?
Gelombang kekal dalam medium yang sama, jadi laju, frekuensi dan panjang gelombangnya tidak berubah. Hanya arah yang berubah. Sudut tuju sama dengan sudut pantulan, kedua-duanya diukur dari normal.
Sudut antara muka gelombang dengan permukaan pemantul sama dengan sudut antara sinar dengan normal. Jadi anda boleh membaca sudut tuju terus daripada muka gelombang.
Apakah yang berlaku dalam pembiasan?
Gelombang yang memasuki medium baharu menukar laju. Frekuensi kekal sama kerana ditentukan oleh sumber. Daripada v = f × λ, perubahan laju bermakna perubahan panjang gelombang.
Arah berubah kerana muka gelombang tidak memasuki sekali gus. Hujung yang bertemu medium baharu dahulu menukar laju dahulu, lalu muka itu berpusing. Gelombang yang lebih perlahan mempunyai muka gelombang lebih rapat dan membengkok ke arah normal.
Contoh berlangkah
Data rekaan: riak berfrekuensi 4.0 Hz dan panjang gelombang 0.060 m bergerak dari air dalam ke kawasan cetek, tempat lajunya jatuh kepada 0.16 m/s. Cari panjang gelombang baharu dan huraikan perubahan arah.
Langkah 1, laju dalam air dalam: v = f × λ = 4.0 × 0.060 = 0.24 m/s.
Langkah 2, frekuensi dalam air cetek: tidak berubah pada 4.0 Hz.
Langkah 3, panjang gelombang baharu: λ = v ÷ f = 0.16 ÷ 4.0 = 0.040 m.
Langkah 4, arah: gelombang menjadi perlahan, jadi muka gelombang menjadi rapat dan sinar membengkok ke arah normal (kecuali ia tiba di sepanjang normal, dan dalam kes itu ia tidak membengkok).
Semak: 4.0 × 0.040 = 0.16 m/s, sepadan dengan laju yang diberi.
Kesilapan yang perlu diawasi
Kesilapan biasa ialah mengatakan frekuensi berkurang apabila gelombang menjadi perlahan.
Jawapan yang salah: “Gelombang menjadi perlahan, jadi frekuensinya berkurang dan panjang gelombang kekal sama.”
Ini menterbalikkan peranan. Frekuensi ditetapkan oleh sumber, dan panjang gelombanglah yang memendek.
Pembetulan mempunyai dua bahagian. Nyatakan kuantiti yang tidak berubah dahulu (frekuensi), kemudian gunakan v = f × λ untuk menunjukkan apa yang mesti berubah.
Kesilapan kedua yang lazim ialah mengukur sudut dari permukaan dan bukan dari normal. Papan penaakulan segi tiga dan bearing memberi latihan memilih sudut yang betul sebelum mengira.
Semak kendiri
1. Gelombang berfrekuensi 5.0 Hz menjadi perlahan daripada 0.30 m/s kepada 0.20 m/s di sempadan. Cari panjang gelombang baharu.
Lihat jawapan
Frekuensi kekal 5.0 Hz. λ = 0.20 ÷ 5.0 = 0.040 m.
2. Muka gelombang satah bertemu penghadang lurus dan membentuk sudut 30° dengannya. Apakah sudut pantulan?
Lihat jawapan
Sudut antara muka gelombang dengan penghadang sama dengan sudut antara sinar dengan normal, jadi sudut tuju ialah 30°. Sudut pantulan juga 30°.
3. Gelombang bergerak dari air cetek ke air yang lebih dalam. Nyatakan perubahan pada panjang gelombang dan arah.
Lihat jawapan
Gelombang menjadi lebih laju, jadi panjang gelombang bertambah (frekuensi tidak berubah). Ia membengkok menjauhi normal.
Ke mana selepas ini?
Pantulan dan pembiasan berlaku pada semua gelombang, bukan riak sahaja. Untuk melihat bagaimana gerakan gelombang berbeza antara bunyi dan air, baca gerakan melintang dan membujur. Cahaya dibincangkan lebih lanjut dalam cahaya dan pembentukan imej.
Penerangan seperti ini paling mudah diperbaiki apabila guru membacanya bersama anda. Itulah yang berlaku dalam tuisyen Fizik dalam talian satu dengan satu.