KARAKTERISTIK GELOMBANG

Transkripsi

1 KARAKTERISTIK GELOMBANG

2 Gelombang Gambar. Gelombang Sumber: hp:// Pada gambar. menunjukkan keika esan air jauh pada permukaan air ang enang aka menghasilkan muka gelombang. Gelombang adalah gejala rambaan dari suau gearan. Gelombang erjadi karena adana sumber gearan ang bergerak erus menerus. Di dalam perambaanna, gelombang memindahkan energi dari sau empa ke empa lainna. Gelombang memiliki sauan panjang gelombang sedangkan gearan idak. Gelombang dapa digolongkan berdasarkan medium perambaan, arah gear, dan ampiludo. A. Berdasarkan medium perambaanna, aiu: ) Gelombang Mekanik Gambar. Gelombang buni dapa diperoleh dari speaker, keika speaker dinalakan akan menghasilkan gearan ang meramba dari udara sehingga membua manusia dapa mendengar suara/buni ersebu Sumber: hp;//

3 Gelombang mekanik adalah gelombang ang memerlukan medium perambaan. Gelombang ang ermasuk gelombang mekanik adalah gelombang buni. Buni dapa didengar karena meramba melalui udara. Pada gambar. ) Gelombang Elekromagneik Gambar.3 Cahaa Sinar Maahari Masuk Ke Bumi Melewai Hampa Udara Sumber: hp:// Pada gambar.3 menunjukkan sinar maahari dan bumi pada ruang hampa udara (luar angkasa). Masukna sinar maahari ke bumi disebabkan karena gelombang cahaa idak memerlukan medium perambaan. Gelombang elekromagneik adalah gelombang ang idak memerlukan medium perambaan. Gelombang ang ermasuk gelombang eleromagneik aiu gelombang cahaa. Oleh karna iu, cahaa maahari dapa sampai kebumi meskipun melewai hampa udara. B. Berdasarkan arah gearna, aiu: ) Gelombang Transversal Gambar.4 Gelombang ransversal pada ali Sumber: hp://hisham.id

4 Pada gambar.4 menggambarkan seorang anak ang sedang menggenggam salah sau ujung ali ang sau ujungna lagi diikakan ke pohon, keika anak menggerakkan naik urun ali ang di genggam maka erbenuk gelombang ransversal. Gelombang ransversal adalah suau gelombang aau pulsa ang meramba dan menebabkan elemen medium ang erganggu bergerak egak lurus erhadap arah rambana. Arah gear dan arah ramba gelombang ransversal dapa diliha pada Gambar.5. Pada gelombang ransversal ang meramba adalan berbenuk buki dan lembah. Conohna gelombang pada ali. Arah gearan Puncak gelombang Ampliudo Arah ramba gelombang Peru Gambar.5 Gelombang ransversal Sumber: Pujiano 05 Salah sau fenomena gelombang ransversal adalah gempa bumi. Energi dari pusa gempa menjalar dalam benuk gelombang. Karakerisik ini dijadikan dasar unuk menenukan sukur bauan bumi. ) Gelombang Longiudinal Gelombang longiudinal adalah suau gelombang aau pulsa ang meramba dan menebabkan elemen medium bergerak sejajar arah rambana. Arah gear dan arah ramba gelombang longiudinal seperi pada Gambar.7. Conoh gelombang longiudinal akni gelombang pada pegas ang digerakkan maju mundur pada arah mendaar.

5 rapaan rapaan rapaan A B C D E F renggangan renggangan renggangan Gambar.7 Anaomi Gelombang Sumber: Sunardi 06 Karena slinki bergear secara longiudinal (gambar.7), maka erdapa daerah ang rapa dan renggang. Daerah ang lebih rapa dalam sebuah ruang sempi disebu rapaan, sedangkan daerah ang lebih renggang disebu renggangan.. Besaran-Besaran pada Gelombang Besaran-besaran gelombang erdiri dari ampliudo, frekuensi, panjang gelombang, dan periode. Pada gambar.4 erdapa simpangan gelombang ( ) didefenisikan sebagai jarak verikal sebuah iik dari posisi seimbangna. Posisi seimbang gelombang adalah garis sepanjang sumbu X. Simpangan meksimum disebu dengan ampliudo ( A ). Y b A f O b c d d A e g h X Gambar.4 Grafik simpangan-posisi Sumber: Kanginan Marhen 04 A (bb aau dd ) = ampliudo gelombang Bf aau dh = panjang gelombang ( ) b dan f = puncak gelombang obc aau efg = buki gelombang d dan h = dasar gelombang cde aau ghi = lembah gelombang Lama waku empuh dari puncak sau ke puncak ang lain aau dari lembah sau ke lembah lain dinamakan periode. Perjalanan pada dua buki dalam sau

6 deik melewai sekian gelombang disebu dengan frekuansi. Isilah gelombang waku unuk menempuh sau panjang gelombang disebu periode (T ). Jumlah gelombang ang erjadi seiap deik disebu frekuensi ( f ), sedangkan cepa ramba gelombang ( v ) didefenisikan sebagai jarak empuh gelombang pada seiap sauan waku. Periode dan frekuensi dirumuskan sebagai beriku. T Berdasarkan kedua persamaan di aas, periode dan frekuensi dirumuskan: n f n (.) T f f T (.) Adapun persamaan unuk cepa ramba gelombang aiu: v f (.3) Keerangan : = kecepaan perambaan gelombang (m/s) = (lamda) panjang gelombang (m) = periode (s) f = frekuensi (Hz) = banak gelombang. Karakerisik Gelombang Karakerisik aau biasa dikenal dengan gejala gelombang diuraikan sebagai beriku. A. Refleksi (Pemanulan) Gambar.5 Refleksi Sumber: hps://

7 Pada gambar.5 menunjukkan keika gelombang mengenai suau penghalang maka gelombang akan dipanulkan. Gejala gelombang dengan mudah dijumpai dalam kehidupan sehari-hari conohna eesan air pada ember. Keika ai menees di ember berisi air ang enang erdapa lingkaran ang semakin lama semakin membesar disusul oleh lingkaran-lingkaran kecil lainna. Gelombang akan dipanulkan jika mengenai sebuah medium panul (penghalang). Arah panulan gelombang dienukan oleh arah daangna gelombang. Pada gelombang dua aau iga dimensi, aau dikenal dengan muka gelombang. Perhaikan gambar.6. Iulah ang disebu dengan muka gelombang. Apabila diarik garis sesuai dengan arah gerak dan egak lurus muka gelombang seperi diunjukkan oleh gambar.6, garis iu disebu dengan sinar. muka gelombang Gambar.6 Muka gelombang dan sinar gelombang Sumber: Pujiano 05 Sinar gelombang B. Refraksi (Pembiasan)

8 Gambar.7 Pensil di dalam air ini menunjukkan bahwa erjadi pembiasan dikarenakan adana perbedaan anara medium perama dan medium kedua. Sumber: hps:// Refraksi erjadi jika gelombang menjalar dari medium sau ke medium lain ang memiliki kerapaan berbeda. Pada medium perama, jarak empuh gelombang sebesar I I v, sedangkan pada medium kedua, jarak empuh gelombang sebesar v. Diagram pembiasan dapa diliha pada gambar.8. Berdasarkan diagram ersebu dapa diperoleh persamaan beriku. Gelombang daang v I a i n n n n I v a Garis normal Gelombang bias Gambar.8 Diagram pembiasan Sumber: Pujiano 05

9 C. Keerangan : = sudu daang i sin i I a v a sin I a v a (.4) = sudu bias v = kelajuan gelombang daang (m/s) v = kelajuan gelombang bias (m/s) = waku penjalaran (s) I = jarak empuh gelombang daang (m) I = jarak empuh gelombang bias (m) = jari-jari lingkaran (dalam sisem diagram pembiasan) a Berdasarkan dua persamaan di aas, diperoleh : sin sin i v v (.5) Keerangan : = i sudu daang v = kelajuan gelombang daang (m/s) = sudu bias v = kelajuan gelombang bias (m/s) Persamaan ersebu menjelaskan bahwa semakin besar laju gelombang ang memasuki medium berbeda, sudu biasna juga semakin besar. Sebalikna jika semakin kecil laju gelombang ang memasuki medium berbeda, sudu biasna semakin kecil. Pembiasan ada dua macam, akni mendekai garis normal dan pembiasan ang menjauhi garis normal. Sinar daang akan dibiaskan mendekai garis normal jika kerapaan medium lebih besar dari pada kerapaan medium. Sinar daang akan dibiaskan menjauhi garis normal jika kerapaan medium lebih kecil dari pada kerapaan medium. D. Difraksi (Pelenuran)

10 Gambar.9 Difraksi pada gelombang air. Keika gelombang air mengenai suau celah maka gelombang ersebu akan mengalami pelenuran gelombang Sumber: hp://harikurniawansae.blogspo.co.id Difraksi merupakan pelenuran gelombang apabila sebagian muka gelombang dipoong oleh suau penghalang. Difraksi erjadi keika muka gelombang melewai suau celah sempi. penghalang (a) (b) Gambar.0 Difraksi gelombang (a) penghalang dengan celah sempi, difraksi gelombang ampak jelas, aiu gelombang lurus seelah melalui celah berbenuk lingkaran-lingkaran dengan celah ersebu sebagai pusana (b) penghalang dengan celah daar, hana muka gelombang pada epi celah saja ang melengkung. Sumber: Suharano 009 Perisiwa difraksi dapa digunakan unuk mengaur muka gelombang supaa koheren. Salah sau akiba dari difraksi adalah mengecilna ampliudo. Difraksi ang paling mudah diamai aiu difraksi gelombang elekromagneik, akni difraksi cahaa. E. Inerferensi (Perpaduan)

11 Gambar. Inerferensi gelombang pada air Sumber: hp://ircamera.as.arizona.edu Gambar. merupakan perpaduan gelombang air ang erjadi akiba keika air melewai celah erbenuk gelombang dimana kedua gelombang ersebu beremu. Iulah ang disebu inerferensi gelombang. Sifa alami gelombang dapa dipadukan aau diinerferensikan. Inerferensi dapa dilakukan pada dua buah gelombang aau lebih. Konsep inerferensi gelombang dapa digunakan unuk mengukur keraaan sebuah permukaan. A B A-B B A Gambar. Dua buah gelombang meramba dalam medium ang sama (ali) dalam arah berlawanan Sumber : Sunardi 07 Muka gelombang ang keluar dari celah unggal kemudian membenur dua celah di depanna. Akibana, gelombang erdifraksi kembali. Muka gelombang ang keluar dari celah ganda kemudian berpaduan. Inilah ang dimaksud dengan inerferensi gelombang. Jenis inerfereansi ada dua, aiu inerferensi konsrukif dan inerferensi desrukif. Inerferensi konsrukif (gambar.3)

12 erjadi keika gelombang ang berinerferensi memiliki fase ang sama sehingga dapa saling menguakan. Inerferensi desrukif (gambar.4) erjadi keika gelombang ang berpaduan memiliki fase ang berbeda sehingga dapa saling melemahkan. Gambar.3 Inerferensi konsrukif/maksimum Sumber: Pujiano 05 Gambar.4 Inerferensi desrukif/minimum Sumber: Pujiano 05 Manfaa gelombang dalam eknologi misalna reflekoskop. Ala ini digunakan unuk mendeeksi caca pada pelek. Jenis gelombang mekanik ang digunakan berupa gelombang dengan frekuensi inggi (ulrasonik). Conoh lain pemanfaaan sifa gelombang adalah seismograf aau ala deeksi gempa. F. Polarisasi Refleksi, refraksi, difraksi, dan inerferensi dapa erjadi pada gelombang ali (sau dimensi), gelombang permukaan air (dua dimensi), dan gelombang cahaa (iga dimensi). Gelombang ali, gelombang permukaan air merupakan gelombang ransversal, sedangkan gelombang buni merupakan gelombang longiudinal. Polarisasi hana dapa erjadi pada gelombang ransversal. Hal ini dapa diamai gelombang ransversal pada ali keika melewai sebuah celah. Suau gelombang erpolarisasi liniear jika gearan dari gelombang ersebu selalu erjadi dalam sau arah saja. Arah ersebu disebu arah polarisasi (Kanginan,04).

13 C. Berdasarkan ampliudona, aiu: ) Gelombang Berjalan Gambar.8 Gelombang air lau Sumber: hp://kedooon.blogspo.co.id Pada gambar.8 menunjukkan gelombang air lau ang memiliki ampliudo sedang berjalan. Gelombang berjalan aiu gelombang ang mempunai ampliudo eap di seiap iik ang dilalui gelombang. Conohna gearan harmonis seperi Gambar.9. Gambar.9 Gearan harmonis iik P pada gelombang berjalan. Sumber: Sunardi 07 Keerangan: = Panjang gelombang (m) = Tiik asal gearan = Cepa ramba gelombang (m/s) Sebuah iik pada gelombang berjalan bergear harmonis dengan ampliudo eap seperi pada Gambar.9. Dapa diliha bahwa iik P bergear di sekiar keseimbangan, aiu sumbu-x posiif.

14 a. Persamaan Simpangan Tiik O pada Gambar.9 menaakan iik asal gearan. Tiik P dan iik O bergear harmonis. Jika sudu fase awalna nol ( 0 0), maka simpangan iik O dinaakan dengan persamaan beriku: o Asin Asin (.) 0 Karena T, maka: o, T dengan: o = simpangan gearan iik O (m) A = ampliudo gearan (m) = kecepaan sudu (rad/s) = waku (s) o = fase gearan iik O Gearan dari iik O meramba dalam benuk gelombang mekanik dengan laju v. Keadaan gearan iik P berbeda dengan keadaan gearan iik O, karna iik P erleak pada jarak x dari O. Salah sau perbedaan keadaan gearan adalah lamana waku gear dari kedua iik. Jika iik O elah bergear selama p OP Karena x v vt, aiu, maka fase gearan di iik P dapa dienukan sebagai beriku., maka: x p v x p (.) T T T vt p T x Persamaan simpangan sebuah iik, misalna P pada jarak x dari sumber gearan O pada gelombang berjalan dapa dinaakan dengan persamaan beriku.

15 Karena T p p p Asin (kecepaan sudu) dan x Asin T Asin T p p x k (bilangan gelombang), maka: Asin( kx) (.3) Karena periode (T ) berhubungan dengan frekuensi ( f ), aiu persamaan simpangan iik P dapa dinaakan sebagai beriku: p p x Asin T T x Asin f v T f, maka dengan: f = frekuensi (Hz) v = cepa ramba (m/s) Unuk kasus ang lebih umum, persamaan simpangan sebuah iik pada jarak x dari sumber gearan pada gelombang berjalan sebagai beriku. p p x Asin T Asin( kx) x p Asin f v Unuk kasus gelombang meramba dalam arah sumbu-x erdapa kesepakaan umum,aiu: () Jika gelombang meramba ke arah sumbu posiif-x dari iik asal O, maka anda dalam sinus adalah negaif dan jika gelombang meramba ke arah sumbu-x negaif dari iik asal O, maka andana adalah posiif. () Jika perama kali sumber gearan bergerak ke aas, maka ampliudo beranda posiif, eapi jika perama kali sumber gearan bergerak ke bawah, maka ampliudo beranda negaif. Cepa ramba gelombang dapa dienukan dengan menggunakan informasi besaran-besaran fisis ang erera pada persamaan gelombang ersebu. Karena

16 v T T, sedangkan dan sebagai beriku k, maka cepaa ramba gelombang berjalan v k dengan: = kecepaan sudu gelombang (rad/s) k = bilangan gelombang (m - ) b. Persamaan Kecepaan Kecepaan gelombang merupakan urunan dari simpangan gelombang erhadap lama gearna (waku). = ( ) (.4) c. Persamaan Percepaan Percepaan gelombang ransversal merupakan urunan kecepaan erhadap waku gearna aau urunan kedua dari persamaan simpangan gelombang. = (.5) d. Fase Gelombang Fase gelombang menaakan keadaan gearan di suau iik pada gelombang berkaian dengan simpangan dan arah gearna. Dua iik dikaakan sefase apabila arah gearan dan simpanganna sama.begiu juga dua iik dikaakan memiliki fase berlawanan apabila simpanganna sama, eapi arah gearna berlawanan. Jika diinjau persamaan gelombang berjalan A sin( kx), sudu fase merupakan ang sering disebu operasi sinus. Fase gelombang merupakan bagian dari sudu fase. e. kx (.6) ( kx) ( f x) (.7) x ( f ) (.8) x ( ) T (.9)

17 dengan T x adalah fase gelombang ( ) (.0 ) Adapun nilai beda fase anara dua iik akni Jarak anara dua iik ang sefase xx x (.) x ( n), n 0,,,... (.3) Sedangkan jarak anara dua iik berdekaan dengan fase berlawanan x ( n ), n 0,,,... (.4 ) Hampir seluruh gelombang mengalami peluruhan, arina gelombang dalam penjalaranna mengalami penurunan nilai ampliudo. ) Gelombang Sasioner/Tegak Gambar.0 Senar giar ang dipeik Sumber: hp://wawanepu.blogspo.co.id Gelombang sasioner/egak aiu gelombang ang mempunai ampliudo berubah-ubah. Conohna gambar.0 gelombang pada senar giar ang dipeik. Gelombang sasioner ini erjadi karena inerferensi erus menerus anara gelombang daang dan gelombang panul ang berjalan dengan arah berlawanan, eapi memiliki ampliudo dan frekuensi ang sama. a. Superposisi Gelombang

18 Dua buah gelombang aau lebih ang meramba pada medium ang sama dapa dipadukan sehingga akan membenuk gelombang baru. Paduan ersebu disebu dengan inerferensi gelombang. Jika dua buah gelombang sinusoidal meramba ke kanan dalam sebuah medium linear dengan mendefinisikan fungsi iap-iap gelombang sebagai beriku Asin( kx ) Asin( kx ) Dengan demikian, perpaduan fungsi gelombang akni A[sin( kx ) sin( kx )] (.5 ) Persamaan ersebu diselesaikan menggunakan idenias rigonomeri Acos sin( kx ) (.6 ) Pada superposisi gelombang ang perlu diperhaikan bahwa fungsi gelombang baru ang erbenuk merupakan fungsi sinusoidal, memiliki frekuensi dan panjang gelombang penusunna, memiliki ampliudo sebesar Acos dan memiliki fase sebesar. Jika beda linasan anar dua gelombang suau kelipaan genap dari maka nilai sudu fase, n dengan n 0,,,3,... sehingga inerferensi ang erbenuk adalah inerferensi konsrukif. Namun, jika beda linasanna kelipaan ganjil dari, nilai sudu fase ( ) n dengan n 0,,,3,... sehingga inerferensi ang erbenuk adalah inerferensi desrukif. b. Gelombang Sasioner Ujung Terika dan Ujung Bebas Simpul memiliki iik ang memiliki ampliudo gelombang sasioner bernilai minimum (nol) sedangkan peru memiliki ampliudo gelombang sasioner bernilai Asin( kx ) sebagai gelombang ang meramba ke kanan

19 Asin( kx ) sebagai gelombang ang meramba ke kiri Kemudian gelombang ersebu dijumlahkan menggunakan prinsip superposisi (.7) c. A[sin( kx ) sin( kx ) Asin kx cos (.8) (.9) Ampliudo dari persamaan di aas adalah Asinkx. Ampiludo akan bernilai minimum keika x memenuhi kondisi sinkx 0. Oleh karena nilai ang memenuhi adalah 3,,,... k,maka x dengan 0,,,3,... Tiik dengan ampliudo minimum disebu dengan do (simpul). n. Gelombang sasioner memiliki kondisi elemen dengan perpindahan erbesar, aiu sebesar A. Posisi-posisi dalam medium memiliki perpindahan maksimum dinamakan anido (peru). Anido erleak pada posisi-posisi dengan koordina x memenuhi kondisi sinkx, aiu keika 3, 5,... ks. Oleh karena iu, posisi anido ( x ) dinaakan oleh x 3 5,,, n 4 dengan,3,5,... n. Simpul Peru Peru Gambar. Posisi simpul dan peru pada gelombang berdiri. Simpul adalah iik ang ampliudona nol. Peru adalah iik ang ampliudona maksimum. Sumber: Pujiano 05

20 i) Ujung Terika Sebuah gelombang daang ( d ) bergerak ke kanan. Keika mengenai penghalang, gelombang akan dipanulkan ke kiri ( p ). Karna ujung ali erika kua, maka pada gelombang panul akan mengalami perubahan sudu fase (liha gambar.). Penghalang d p erika Gambar. Pemanulan gelombang pada ujung erika. panul Sumber: Pujiano 05 d= gelombang daang dan p = gelombang Fase gelombang panul merupakan kebalikan dari fase gelombang dang. Jika gelombang dang secara erus menerus, pemanulan juga erjadi erus menerus sehingga membenuk gelombang sasioner ujung eap aau erika. Karna ujung-ujung ali erika kua maka ujung-ujung ali menempai posisi alamiah dengan perpindahan sebesar 0. Ujung-unjung ali menempai posisi simpul. Pada gambar. merupakan proses pembenukan gelombang sasioner ujung erika. Persamaanna adalah ii) Ujung Bebas p Asinkxcos. Bebas arina ujung ali pada penghalang dapa bergerak bebas. Pada pemanulan ujung bebas, gelombang panul idak mengalami perubahan fase.

21 d Penghalang p bebas Gambar.3 Pemanulan gelombang pada ujung bebas Sumber: Pujiano 05 Pemanulan ujung bebas menempakan ujung ang menempel pada bidang panul berada pada posisi anido. Beriku persamaan gelombang daang dan gelombang panul ang bersuperposisi sebagai beriku Asin( kx) sebagai gelombang daang ang meramba ke kanan Asin( kx) sebagai gelombang panul ang meramba ke kiri Resulan dari kedua gelombang iu adalah p Acoskxsin. Ampliudona adalah Acoskx. Ampliudo bernilai minimum keika memenuhi kondisi coskx 0. Oleh karena x 3 5,,, n 4 dengan n,3,5,... Adapun anido akan menempai k, nilai ang memenuhi adalah iik-iik dimana ampliudo bernilai maksimum aiu A keika x memenuhi kondisi coskx. Maka nilai x ang x 0,,,... memenuhi kondisi ersebu adalah n, dengan n 0,,,3,.... iii) Kelajuan Gelombang Transversal pada Dawai aau Senar Dawai ang dipeik akan mengalami gangguan ang meramba ke dua arah. Gangguan ersebu dinamakan pulsa ransversal. Berdasarkan percobaan Melde, bahwa cepa ramba gelombang ransversal pada dawai ( v ) sebanding dengan akar dari gaa egangan dawai F dan berbanding erbalik dengan akar dari massa per sauan panjang dawai ( ).

22 Dengan demikian, cepa ramba gelombang ransversal pada dawai dapa dinaakan dengan persamaan beriku F v (.0 ) m (.) l massa senar (m) adalah hasil kali massa jenis ( ) dengan volume dawai V, sedangkan volume senar adalah hasil kali panjang senar dengan luas penampang A, maka (. ) A Dengan demikian, cepa ramba gelombang ransversal dalam senar aiu v F (.) A Keerangan : v = kelajuan gelombang pada dawai (m/s) F = gaa egangan dawai (N) = massa per sauan panjang dawai (kg/m) m = massa dawai (kg) l = pannjang dawai (m) = massa jenis bahan dawai (kg/m 3 ) A = luas penampang dawai V = volume dawai