Gelombang longitudinal adalah kelas gelombang di mana partikel-partikel medium yang terganggu dipindahkan ke arah yang sejajar dengan arah rambat gelombang. Ini adalah getaran yang bergerak dalam media secara paralel atau sejajar ke arah gerakan. Ketika satu partikel getaran terganggu, meneruskan gangguan ke partikel berikutnya, serta mengangkut energi gelombang.
Ketika energi sedang diangkut, medium partikel bisa tergeser dengan gerakan kiri dan kanan. Misalnya, jika gelombang longitudinal bergerak ke Timur melalui media, gangguan akan bergetar secara paralel pada arah kiri-ke-kanan bergantian bukan gerakan naik-turun sebuah gelombang transversal.
Gelombang longitudinal dapat dipecah menjadi dua kategori, yaitu non-elektromagnetik dan elektromagnetik. Perbedaan utama antara keduanya adalah gelombang elektromagnetik dapat memancarkan energi melalui ruang hampa, sementara gelombang non-elektromagnetik tidak bisa.
Gelombang non elektromagnetik contohnya antara lain adalah gelombang tekanan dan gelombang suara. Gelombang plasma yang dianggap sebagai contoh gelombang longitudinal elektromagnetik.
P-gelombang, atau gelombang tekanan, adalah contoh gelombang longitudinal kompresional atau elastis yang dapat melakukan perjalanan melalui berbagai media seperti gas, padatan dan cairan. Selama peristiwa seismik, gelombang tekanan yang dihasilkan sebagai hasil dari kompresi dan dekompresi bergantian. Misalnya, osilasi yang dihasilkan oleh gempa bumi menyebabkan getaran yang melakukan perjalanan melalui darat dan air.
Dari semua jenis gelombang seismik, gelombang tekanan dianggap menjadi yang tercepat, yang memungkinkan mereka untuk melakukan perjalanan jauh. Gelombang tekanan dicatat oleh alat yang disebut seismometer yang mengukur gerakan tanah.
Gempa bumi juga dapat menghasilkan gelombang suara. Seperti gelombang tekanan, gelombang suara yang kompresional di alam, yang berarti gelombang mengembang dan menekan materi saat bergerak melalui itu. Gelombang suara, seperti p-gelombang, memerlukan media untuk mengangkut energi dari satu daerah ke daerah lain. Kecepatan di mana suara terdengar tergantung pada media yang ia melewati. Umumnya gelombang suara bergerak lebih cepat di media padat dibandingkan media non-padat, seperti udara.
Menggunakan garpu tala adalah contoh yang baik tentang bagaimana suara yang dihasilkan dan ditransmisikan melalui media udara. Gerakan garpu menghasilkan getaran yang mengganggu partikel udara, memproduksi serangkaian aksi kompresi dan dekompresi. Tindakan ini menghasilkan catatan musik murni sebagai hasilnya.
Tidak seperti tekanan dan gelombang suara, gelombang plasma tidak dapat diproduksi langsung dari gempa bumi. Sebaliknya, gelombang plasma harus dihasilkan dari sumber listrik atau magnet. Laser adalah contoh dari perangkat yang menghasilkan gelombang plasma ketika berinteraksi dengan gas pengion. Jenis gelombang longitudinal bisa eksis dalam keadaan terionisasi atau bermuatan. Gelombang elektromagnetik juga dapat mengambil bentuk gelombang transversal, sedangkan gelombang tekanan akan selalu menjadi gelombang longitudinal.
Pengertian Gelombang Longitudinal
Gelombang longitudinal atau kompresi didefinisikan sebagai gelombang di mana gerakan partikel berada dalam arah yang sama dengan gelombang yang merambat.
Untuk gelombang longitudinal, arah propagasi bertepatan dengan arah getaran medium. Mereka bertanggung jawab, khususnya, untuk suara-suara menakutkan yang menyertai gempa bumi besar. Gelombang ini bergerak sekitar 5 mil per detik dan memaksa batu kerak untuk bergetar di sepanjang arah perjalanan gelombang. Getaran-getaran ini menyebabkan bebatuan saling menempel (mengompres blok) dan merobek (melebarkan blok) (Gambar 8-1). Karena sifatnya yang seperti suara, ketika gelombang P muncul di permukaan dari jauh di dalam bumi, sebagian kecil dari energinya dapat ditransmisikan ke atmosfer sebagai gelombang suara (Bolt, 1988).
Contoh gelombang longitudinal yang terkenal seperti gelombang suara dari tenggorokan kita dan gelombang-p seismik, yang diakibatkan oleh gempa dan juga ledakan. Persamaan Maxwell bahkan mengindikasikan bahwa gelombang elektromagnetik membentuk gelombang transveral di dalam ruang yang hampa. Namun gelombang elektromagnetik di dalam medium plasma, dapat berbentuk transveral, longitudinal, ataupun campuran keduanya.
Sedangkan gelombang bunyi merupakan contoh gelombang longitudinal yang bisa merambat melalui gas, zat padat atau zat cair dengan kecepatan yang bergantung pada sifat yang elastis dan sifat inersia medium rambat. Manusia hanya dapat mendengar gelombang bunyi, dengan frekuensi antara 20 Hz sampai dengan 20 KHz.
Gelombang bunyi dengan frekuensi di bawah 20 Hz dapat disebut dengan gelombang infrasonik, misalnya gempa bumi. Gelombang bunyi yang melebihi frekuensi 20 kHz biasa disebut dengan gelombang ultrasonik.
Rumus Gelombang Longitudinal
Panjang gelombang (λ) atau pada sebuah gelombang longitudinal dari awal sebuah rapatan sampai ke ujung sebuah regangan. Satu gelombang yang penuh bisa dibentuk bila di medium slinki atau tali, diberikan satu getaran saja (t=T). jarak yang biasanya ditempuh oleh gelombang di dalam satu periode dinamakan panjang gelombang (λ). Misalnya cepat atau rambat gelombang adalah V, dengan menggunakan rumus jarak S=VT.
Maka rumus pada gelombang longitudinal ini adalah :
Periode (T)
Yang merupakan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan 1 kali getaran. Persamaan periodenya yaitu T = t/n.
Keterangan:
T = periode (s)
t = waktu (s)
n = banyaknya getaran
Frekuensi (F)
Adalah banyaknya jumlah getaran yang terjadi selama 1 second. Persamaan frekuensi yaitu f = n/t.
Keterangan :
f = frekuensi (Hz)
t = waktu (s)
n = banyaknya getaran
Hubungan antara frekuensi (f) atau periode (t)
f = 1/T atau T = 1/f
Keterangan :
f = frekuensi (Hz)
T = periode (s)
Rumus cepat rambat gelombang
λ = v.f atau v = λ/T
Keterangan :
v = cepat rambat gelombang (m/s)
λ = panjang gelombang (m)
T = periode
f = frekuensi (Hz)
(1 gelombang longitudinal = 1 λ = 1 rapatan + 1 regangan)
Contoh
Gempa bumi yang sering kita rasakan sekarang adalah contoh baik dari gelombang longitudinal, yang biasa disebut dengan gelombang P. gangguan yang dapat menyebabkan gempa akan mengirimkan gelombang longitudinal dengan melalui batuan di bawah tanah, pada semua arah yang jauh dari gangguan. Gelombang P diberi model seperti gambar di bawah ini :
Pertanyaan :
Di manakah letak rapatan dan juga renggangan di medium, dalam model gelombang P tersebut?
Jawaban :
Rapatan adalah tempat yang dimana garis vertikalnya dekat bersama-sama. Sedangkan renggangan adalah tempat dimana garis vertikalnya jauh terpisah.
Contoh Soal
Diketahui sebuah gelombang longitudinal mempunyai panjang gelombang 4 m. Apabila frekuensi pada gelombang tersebut ialah 200 Hz, hitunglah berapa cepat rambat gelombang itu?
Penyelesaian :
Diket. λ= 4 m, f = 200 Hz
Ditanya. v = … m/s.
Jawab :
v = λ x f
v = 4 m x 200 Hz
v = 800 m/s
Jadi, cepat rambat gelombang tersebut ialah 800 m/s.