Dari gelombang air yang menerpa pantai hingga gelombang elektromagnetik yang membawa sinyal wi-fi yang Anda gunakan untuk mengakses artikel ini, gelombang ada di sekitar kita, danfrekuensidanTitikgelombang adalah dua karakteristik terpenting yang dapat Anda gunakan untuk menggambarkannya.
Lebih dari itu, frekuensi dan periode merupakan konsep penting untuk menggambarkan semua jenis gerak periodik, termasuk harmonik sederhana osilator seperti ayunan dan pendulum, jadi belajar tentang apa artinya dan bagaimana menghitungnya sangat penting untuk dikuasai fisika.
Kabar baiknya adalah bahwa kedua konsep tersebut cukup mudah untuk dipahami, dan persamaannya juga cukup mudah untuk digunakan. Definisi frekuensi cukup banyak seperti yang Anda harapkan berdasarkan pemahaman intuitif Anda tentang konsep dan definisi kata sehari-hari, dan meskipun periode sedikit berbeda, mereka terkait erat, dan Anda akan mengambilnya segera.
Definisi Frekuensi
Dalam bahasa sehari-hari, frekuensi sesuatu adalah seberapa sering hal itu terjadi; misalnya, frekuensi hari Minggu adalah satu per minggu, dan frekuensi makan adalah tiga kali per hari. Ini pada dasarnya sama dengan definisi frekuensi dalam fisika, dengan sedikit perbedaan: The frekuensi sesuatu adalah jumlah siklus atau osilasi suatu objek atau gelombang per satuan waktu. Ini masih memberi tahu Anda seberapa sering sesuatu terjadi, tetapi benda itu adalah osilasi lengkap dari objek atau gelombang yang bergerak, dan periode waktunya selalu yang kedua.
Dalam simbol, frekuensifdari sesuatu adalah nomortidakgetaran dalam satuan waktuuntukbegitu:
f=\frac{n}{t}
Frekuensi dinyatakan sebagai angka dalam Hertz (Hz), satuan yang dinamai menurut fisikawan Jerman Heinrich Hertz, dan dapat dinyatakan dalam satuan dasar (SI) sebagai s−1 atau “per detik”. Jumlah osilasi hanyalah sebuah angka (tanpa satuan!), tetapi jika Anda mengutip frekuensi 1 Hz, Anda benar-benar mengatakan "satu osilasi per detik," dan jika Anda mengutip frekuensi 10 Hz, Anda mengatakan "10 osilasi per detik." Standar Awalan SI juga berlaku, jadi satu kilohertz (kHz) adalah 1.000 hertz, megahertz (MHz) adalah 1 juta hertz dan gigahertz (GHz) adalah 1 miliar hertz.
Satu hal penting untuk diingat adalah Anda harus memilih titik referensi pada setiap gelombang yang akan Anda sebut sebagai awal dari satu osilasi. Osilasi itu akan berakhir pada titik yang cocok pada gelombang. Memilih puncak setiap gelombang sebagai titik referensi biasanya merupakan pendekatan yang paling mudah, tetapi selama titik tersebut sama pada setiap osilasi, frekuensinya akan sama.
Jarak antara dua titik referensi yang cocok ini disebutpanjang gelombanggelombang, yang merupakan karakteristik kunci lain dari semua gelombang. Dengan demikian, frekuensi dapat didefinisikan sebagai jumlah panjang gelombang yang melewati titik tertentu setiap detik.
Contoh Frekuensi
Mempertimbangkan beberapa contoh osilasi frekuensi rendah dan frekuensi tinggi dapat membantu Anda memahami konsep utama. Pikirkan tentang gelombang yang bergulir ke pantai, dengan gelombang baru yang bergulir ke pantai setiap lima detik; gimana cara ngerjain frekuensinya? Berdasarkan rumus dasar yang dikutip di atas, dengan satu osilasi (yaitu, satu panjang gelombang lengkap, dari puncak ke puncak) membutuhkan waktu lima detik, Anda mendapatkan:
f=\frac{1}{5 \;\text{s}} =0.2\;\text{Hz}
Seperti yang Anda lihat, frekuensi bisa kurang dari satu per detik!
Untuk seorang anak di ayunan, bergerak maju mundur dari titik di mana mereka didorong, osilasi penuh adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengayun ke depan dari dan kembali ke titik di belakang set ayunan. Jika ini membutuhkan waktu dua detik setelah dorongan awal, berapa frekuensi ayunannya? Menggunakan rumus yang sama, Anda mendapatkan:
f=\frac{1}{2 \;\text{s}} =0.5\;\text{Hz}
Frekuensi lain jauh lebih cepat. Sebagai contoh, perhatikan senar gitar A yang dipetik, dengan setiap osilasi berjalan dari posisi di position dimana senar dilepaskan, di atas posisi istirahat, turun ke sisi lain dari posisi istirahat dan punggung naik. Bayangkan itu menyelesaikan 100 osilasi seperti itu dalam 0,91 detik: berapa frekuensi string?
Sekali lagi, rumus yang sama memberikan:
f=\frac{100}{0.91 \;\text{s}} =109.9\;\text{Hz}
Ini sekitar 110 Hz, yang merupakan nada yang tepat untuk gelombang suara nada A. Frekuensi menjadi jauh lebih tinggi dari ini juga; misalnya, rentang frekuensi radio berkisar dari puluhan hertz hingga ratusan gigahertz!
Definisi Periode
PeriodeTgelombang mungkin bukan istilah yang Anda kenal jika Anda belum pernah mempelajari fisika sebelumnya, tetapi definisinya masih cukup sederhana. Ituperiode gelombangadalah waktu yang dibutuhkan untuksatu getaranberlangsung, atau untuk satu panjang gelombang lengkap melewati titik referensi. Ini memiliki satuan SI detik (s), karena ini hanyalah nilai dalam satuan waktu. Anda akan mencatat bahwa ini adalah kebalikan dari unit frekuensi, hertz (yaitu, 1 / Hz), dan ini merupakan petunjuk penting untuk hubungan antara frekuensi dan periode gelombang.
Hubungan Antara Frekuensi dan Periode
Frekuensi dan periode gelombang adalahterbalikterkait satu sama lain, dan Anda hanya perlu mengetahui salah satunya untuk mengetahui yang lain. Jadi jika Anda telah berhasil mengukur atau menemukan frekuensi gelombang, Anda dapat menghitung periode dan sebaliknya.
Kedua hubungan matematis tersebut adalah:
f=\frac{1}{T}
T=\frac{1}{f}
Dimanafadalah frekuensi danTadalah periode. Dengan kata lain, frekuensi adalah kebalikan dari periode dan periode adalah kebalikan dari frekuensi. Frekuensi rendah berarti periode yang lebih lama, dan frekuensi yang lebih tinggi berarti periode yang lebih pendek.
Untuk menghitung frekuensi atau periode, maka, Anda hanya melakukan "1 over" kuantitas mana pun yang sudah Anda ketahui, dan hasilnya akan menjadi kuantitas lainnya.
Lebih Banyak Contoh Perhitungan
Ada berbagai macam sumber gelombang yang dapat Anda gunakan misalnya frekuensi dan periode perhitungan, dan semakin banyak Anda bekerja, semakin Anda akan merasakan rentang frekuensi yang berbeda sumber. Cahaya tampak sebenarnya adalah radiasi elektromagnetik, dan bergerak sebagai gelombang melintasi rentang frekuensi yang lebih tinggi daripada gelombang yang dipertimbangkan sejauh ini. Misalnya, cahaya ungu memiliki frekuensi sekitarf = 7.5 × 1014 Hz; berapakah periode gelombang tersebut?
Menggunakan hubungan frekuensi-periode dari bagian sebelumnya, Anda dapat dengan mudah menghitung ini:
\begin{aligned} T&=\frac{1}{f} \\ &= \frac{1}{7,5 × 10^{14} \;\text{Hz}} \\ &= 1,33 × 10^{− 15} \;\text{s} \end{selaras}
Ini baru saja selesaifemtodetik, yang merupakan sepersejuta dari satu miliar detik – waktu yang sangat singkat!
Sinyal wi-fi Anda adalah bentuk lain dari gelombang elektromagnetik, dan salah satu pita utama yang digunakan memiliki gelombang dengan periodeT = 4.17 × 10−10 s (yaitu, sekitar 0,4 nanodetik). Berapakah frekuensi pita ini? Cobalah untuk menyelesaikannya dari hubungan yang diberikan di bagian sebelumnya sebelum membaca.
frekuensinya adalah:
\begin{aligned} f&=\frac{1}{T} \\ &= \frac{1}{4.17 × 10^{-10} \;\text{s}} \\ &= 2.40 × 10^{ 9} \;\text{Hz} \end{selaras}
Ini adalah pita wi-fi 2,4 GHz.
Akhirnya, saluran TV di A.S. disiarkan pada rentang frekuensi, tetapi beberapa di rentang frekuensi pita III memiliki sekitarf= 200 MHz = 200 × 106 Hz. Berapa periode sinyal ini, atau dengan kata lain, berapa banyak waktu yang berlalu antara antena Anda mengambil satu puncak gelombang dan yang berikutnya?
Menggunakan hubungan yang sama:
\begin{aligned} T&=\frac{1}{f} \\ &= \frac{1}{200 × 10^{6} \;\text{Hz}} \\ &= 5 × 10^{- 9} \;\text{s} \end{selaras}
Dengan kata lain, ini adalah 5 nanodetik.