GELOMBANG BUNYI DALAM ZAT PADAT ISOTROPIK

Sepertinya bunyi dalam padatan hanya berperan kecil dibandingkan bunyi dalam zat alir, terutama, di udara. Kesan ini mungkin timbul karena kita tidak dapat mendengar gelombang bunyi dalam zat padat.Persepsi ini salah: kebisingan yang kita alami sehari-hari tentunya sangat berkaitan dengan gelombang yang merambat dengan sangat baik pada zat padat, misalnya saja pada komponen – komponen mesin di mana gelombang bunyi dipancarkan ke lingkungan dengan beberapa cakupan. Dalam konteks ini kita sering berbicara mengenai “bunyi pada zat padat atau struktur pembelokan bunyi”. Tipe bunyi seperti ini juga dapat ditemukan pada bangunan (gedung - gedung), yang merambat pada dinding dan langit-langit dan sesuai dengan pengalaman kita, kita tidak sepenuhnya terisolasi melawan bunyi yang mengganggu baik dari luar ataupun dari sumber bunyi yang ada dalam bangunan / gedung.

Jarang ditemukan dalam kehidupan sehari – hari, tetapi tidak kalah penting, yaitu peranan pembelokan bunyi pada zat padat dalam teknologi ultrasonik. Pengujian material non perusak oleh gelombang ultrasonik yang mungkin telah dijelaskan pada sesi awal akan digambarkan lebih jelas pada Bab 16.

10.1 gelombang suara dalam padatan tak terbatas

Pada awalnya kami menduga zat padat isotropik dari komposisi yang seragam tak terikat ke segala arah. Sebagaimana dijelaskan dalam Bagian 3.1 variabel yang relevan adalah tegangan elastik (lihat Persamaan (3.3) dan. (3.4)) dan komponen Cartesian ξ, η dan ζ dari perpindahan partikel. Yang terakhir ini mematuhi tiga persamaan gelombang (3.27) yang digabungkan satu sama lain. Yang masing-masing berisi keseluruhan tiga komponen yang membuat perambatan gelombang dalam zat padat sangat jauh lebih rumit dibandingkan pada zat cair.

Namun, kita bisa mendapatkan beberapa ide mengenai jenis gelombang yang mungkin dengan membatasi diskusi untuk gelombang datar yang merambat, katakanlah, dalam arah-x. Kemudian semua derivatif parsial dari komponen perpindahan sehubungan dengan y dan z menjadi nol dalam persamaan gelombang. Yang tersisa dari operator Laplace di sebelah kiri adalah hanya orde dua diferensiasi terhadap x; juga div tereduksi menjadi . Oleh karena itu variabel kedua persamaan (3.27a) menjadi sedangkan variabel kedua pers. (3.27 b dan c) adalah nol. Dengan cara ini satu set persamaan gelombang saling independen (berdiri sendiri) untuk tiga komponen vektor perpindahan diperoleh:

Yang pertama (10.1a) mengacu pada gelombang dengan getaran partikel ke arah perambatan bunyi seperti gelombang bunyi dalam gas dan zat cair. Ini merupakan gelombang longitudinal di mana komponen stres non-nol adalah σxx dikarenakan persamaan (3.18). Sebaliknya, dalam gelombang yang digambarkan oleh pers. (10.1b) dan (10.1c) medium partikel bergerak tegak lurus terhadap arah perambatan. Gelombang ini disebut gelombang transversal, dan mediumnya hanya mengalami deformasi geser yang mustahil terjadi pada zat alir yang tidak kental. Jadi kita dapat menyatakan bahwa tiga jenis gelombang yang independen dapat berada dalam sebuah zat padat isotropik, yaitu, satu gelombang longitudinal dan dua gelombang transversal dengan getaran partikel tegak lurus satu sama lain. Di mana gelombang ini benar-benar hadir dalam situasi tertentu dan merupakan perbandingan amplitudo yang bergantung pada metode eksitasi gelombang tersebut.

Dengan membandingkan persamaan sebelumnya dengan persamaan (3.21) jelas bahwa kecepatan gelombang longitudinal dinyatakan oleh :

Gelombang transversal bergerak dengan kecepatan yang lebih lambat :

Pada Tabel 10.1 kecepatan gelombang dari kedua tipe gelombang terdaftar untuk sejumlah bahan.

Gambar 10.1a dan b menunjukkan deformasi medium yang disebabkan oleh gelombang longitudinal dan gelombang transversal dalam bentuk kisi-kisi yang terdiri dari sel yang berbentuk persegi (atau lebih tepatnya batu) ketika sedang dalam keadaan diam. Di bawah pengaruh gelombang longitudinal elemen volume diregangkan atau dikompresi dalam arah perambatan. Deformasi ini tentu saja mengubah kepadatan medium. Oleh karena itu gelombang longitudinal juga disebut gelombang kompresional atau gelombang kepadatan. Sebaliknya, gelombang transversal tidak mengubah volume dasar sel; yang berubah hanyalah bentuknya,

sel-sel dasar mengalami deformasi geser. Oleh karena itu gelombang transversal juga dikenal sebagai gelombang geser. Tentu saja getaran partikel dalam gelombang transversal tidak selalu sejajar dengan sumbu-y atau z; dengan kombinasi linear dari kedua perpindahan komponen yang salah satunya dapat mencapai kemungkinan tak terhingga. Perpindahannya dijelaskan sebagai berikut: