Gelombang Berdiri dan Resonans

Gelombang pada tali, lajur udara dan banyak sistem bergetar boleh dipantulkan oleh sempadan. Apabila gelombang datang dan gelombang pantul dengan frekuensi yang sama bertindih dalam keadaan yang sesuai, superposisinya membentuk corak gelombang berdiri. Corak itu mempunyai kedudukan tertentu yang sentiasa berayun dengan amplitud sangat kecil atau tidak beranjak, serta kedudukan lain yang mencapai amplitud besar.

Nod dan antinod membentuk corak ruang

Nod ialah kedudukan dengan sesaran sifar dalam model ideal gelombang berdiri, manakala antinod ialah kedudukan dengan amplitud maksimum. Bagi dua gelombang sinus yang sama dan bergerak dalam arah bertentangan, nod dan antinod kekal pada kedudukan tetap walaupun unsur medium di antara nod terus berayun.

Sempadan memilih mod yang dibenarkan

Tidak semua panjang gelombang sesuai dengan sistem yang terhingga. Pada tali yang kedua-dua hujungnya tetap, hujung tersebut mesti menjadi nod. Syarat ini hanya dipenuhi oleh set corak tertentu yang dipanggil mod normal. Mod dengan frekuensi terendah ialah mod asas, manakala mod yang lebih tinggi mempunyai lebih banyak nod dan antinod.

Jarak nod mendedahkan panjang gelombang

Bagi gelombang berdiri sinus pada tali, dua nod bersebelahan dipisahkan oleh setengah panjang gelombang. Jarak dari nod ke antinod terdekat pula ialah satu perempat panjang gelombang. Hubungan geometri ini membolehkan panjang gelombang dianggarkan terus daripada corak yang diperhatikan.

Resonans menguatkan tindak balas pada frekuensi tertentu

Jika daya berkala memacu sistem berhampiran salah satu frekuensi semula jadinya, pemindahan tenaga kepada mod itu boleh menjadi sangat berkesan dan amplitud meningkat. Fenomena ini dipanggil resonans. Dalam sistem sebenar, geseran dan mekanisme kehilangan tenaga mengehadkan amplitud. Oleh itu, resonans tidak bermaksud amplitud meningkat tanpa had.

Lajur udara mempunyai syarat sempadan sendiri

Dalam paip yang tertutup pada satu hujung dan terbuka pada hujung yang lain, model sesaran udara mempunyai nod di hujung tertutup dan antinod berhampiran hujung terbuka. Oleh sebab syarat sempadannya berbeza daripada tali dengan dua hujung tetap, set mod resonansnya juga berbeza. Inilah sebabnya bentuk dan panjang ruang bergetar mempengaruhi frekuensi yang dikuatkan. Untuk bunyi, penting juga untuk membezakan nod sesaran daripada nod tekanan kerana kedua-duanya tidak berada pada lokasi yang sama.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?