JENJANG KELAS MATA PELAJARAN TOPIK BAHASAN SMA XII (DUA BELAS) FISIKA GELOMBANG A. Definisi Gelombang didefinisikan sebagai getaran yang merambatkan energi dari satu tempat ketempat yang lain, baik melalui medium ataupun tidak. Gelombang air, gelombang tali, gelombang suara, gelombang elektromagnetik adalah contoh dari bebeapa gelombang. Jenis jenis gelombang dapat dibedakan: a. Berdasar Arah getar terhadap arah rambatnya: Gelombang Transversal: gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan rambatnya. Contohnya antara lain: gelombang tali, gelombang elektromagnetik cahaya. Gelombang Longitudinal: Gelombang lyang arah getanya searah dengan arah rambatnya. Contohnya adalah gelombang suara. b. Berdasar Medium perambatan: Gelombang mekanik: gelombang yang merambatnya membutuhkan medium. Contohnya: gelombang tali, gelombang suara, gelombang air. Gelombang Elektromagnetik: gelombang yang merambatanya tidak membutuhkan medium/zat antar. Contohya: gelombang cahaya, gelombang partikel alha, beta dan gama. 1
c. Berdasar Amplitudonya: Gelombang berjalan, yaitu gelombang dengan amplitude yang berubah di setiap titiknya. Gelombang cahaya, gelombangtali dll. Gelombang Diam/stasioner: gelombang yang amplitudonya disetiap titik adalah tetap. Gelombang stasioner aadalah gelombang hasil perpaduan dua buah geloambang berjalan. B. Besaran Besaran Gelombang: Dalam konsep gelombang ada beaaran, besaran fisika, yaitu: 2
1. Simpangan(y) : adalah jarak titik/posisi pada gelombang dihitung dari titik keseimbangan pada saat tertentu.(satuan SI meter) 2. Amplitudo (A): yaitu simpangan maksimum getaran yang dihitung dari titik kesetimbangan( satuan SI meter) 3. Periode (T) : waktu yang diperlukan untuk menempuh untuk satu gelombang penuh. (satuan SI sekon) 4. Frekwensi (f): jumlah gelombang yang melewati suatu titik tiap detik.(satuan SI adalah persekon atau Hertz). Hubungan T dan f adalah: 5. Panjang gelombang (l): jarak yang ditempuh untuk satu gelombang.(satuan SI meter) 6. Cepat rambat gelombang (v): jarak yang ditempuh gelombangper satuan waktu. Hubungan cepat rambat (v), frekwensi (f) dan panjang gelombang (l) adalah : C. Energi gelombang Gelombang pada saat merambat juga membawa energi yang besarnya tergantung dari kuadrat Amplitudonya. Dengan: E :energi gelombang (joule) k : konstanta gaya (Ns2/m.) m :massa kg f :frekwnsi(hz) A : Amplitudo (m) D. Sifat-sifat Umum Gelombang Gelombang secara umum mengalami: a. Pemantulan (Refleksi) Contohnya gelombang cahaya dipantulkan oleh cermin. Pada pemantulan berlaku hokum Snelius tentang pemantulan: 3
Sudut datang sudut pantul dan garis normal berada paa sutu bidang Sudut datang sama dengan sudut pantul. b. Pembiasan(Refraksi), Contohnya pembiasan pada air, lensa. Pembiasan adalah peristiwa gelombang yang mengalami pembelokan arah karena melewati dua medium yang berbeda. Pada pembiasan berlaku hukum snelius tentang pembiasan. Sudut datang sudut pantul dan garis normal berada paa sutu bidang Sudut datang sama dengan sudut pantul memiliki hubungan Dengan : i : sudut dating r : sudut bias v1 : cepat rambat gelombang di medium 1 v2 : cepat rambat gelombang di medium 2 1 : panjang gelombang di medium 1 2 : panjang gelombang di medium 2 c. Mengalami Penggabungan (Interferensi). Peristiwa interferensi dapat diamati pada terlihatnya warna-warni pada permukaan air sabun, warna warninya permukaan CD. Peristiwa interferensi terjadi karena perpaduan dua buah gelombang yang memiliki frekwensi dan beda fase yang sama, saling bertemu. 4
5
d. Mengalami Lenturan (defraksi) Peristiwa defraksi dapat dialami ketika kita mendengar suara yang berasal dari balik tembok, atau bukit. Meskipun tidak ada benda yang memantulkan suara itu disekitar kita. Peristiwa defraksi terjadi karena gelombang melenturkan energinya. Perhatikan contoh defraksi pada gelombang air yang melewati celah sempit. Sebagi berikut. e. Dispersi (penguraian) Peristiwa disperse dapat diamati pada terurainya gelombang cahaya polikromatik menjadi komponen gelombang cahaya yang monokromatik ketika melewati prisma. Peristiwa disperse terjadi karena gelombang mengalami perubahan bentuk ketika melewati suatu medium yang dispersif (medium yang dapat merubah kecepatan yang tergantung frekwnsinya) f. Mengalami Polarisasi. Peristiwa polarisasi dapat dirasakan pada saat menggunkan kacamata Polaroid kita tidak mengalami silau saat berjemur di terik matahari. Peristiwa Polarisasi terjadi karena gelombang trasversal mengalami penyerapan arah getarnya. Peristiwa Polarisasi hanya terjadi trasversal saja. Perhatikan gambar berikut. Gelombang utuh yang tidak terpolarisasi melalui filter yang akan meneruskan arah getas sesui orientasi filter tersebut. 6
Polarisasi dapat terjadi karena: a) Pemantulan b) Pembiasan c) Absorpsi selektif d) Bias kembar oleh kristal e) Hamburan g. Effek Dopler: Peristiwa ini dapat diamati ketika kita mendengarkan suara ambulan yang mendekati atau menjauhi kita., yang terdengar makin keras saat mendekati kita dan makin lemah saat menjauhi kita. Peristiwa Effek Dopler adalah peristiwa berubahnya frekwensi gelombang akibat gerak relative antara sumber gelombang dengan pengamat. ---------------------------------------------------------- E. Gelombang Berjalan. 1. Persamaan gelombang berjalan Seutas tali OB. Titik O digetarkan terus menerus, sehingga gelombang merambat menuju B dengan Amplitudo A, frekwensi f, panjang gelombang dan cepat rambat v. Titik P berjarak x dari asal getaran O, maka waktu yang digunakan untuk merambat dari titik O ke titik P adalah jarak dibagi kecepatan atau ( ). Bila O telah bergetar t sekon maka titik p akan bergetar selama Persamaan gelombangnya menjadi 7
Dalam bentuk yang lain persamaan gelombang tersebut menjadi: Tanda pada amplitudo A menunjukan: -: gel. Merambat ke kiri +: gel. Merambat ke kanan Tanda pada konstanta x menunjukan: + : titik asal getaran keatas - : titik asal etaran ke bawah 2. Kecepatan dan percepatan simpangan Kecepatan v adalah turunan dari simpangan atau dengan nilai kecepatan maksimum adalah Percepatan a adalah atau dengan nilai percepatan maksimum 3. Sudut Fase, Fase dan beda fase Persamaan dapat diubh menjadi Sudut fase adalah nilai sudut dari sin ; Fase Beda fase Contoh soal: 1. Seutas tali OB panjangnya 4 meter. O digetarkan terus menerus dengan frekwensi 16 8
Hz. Gelombang yang terjadi beramplitudo 6 cm dan cepat rambat 12 m/s. Hitung simpangan di titik Q yang berada 2,4 m dari O setelah O digetarkan 2,5 detik. 2. Sebuah gelombang berjalan dengan persamaan Dengan y dan x dalam neter t dalam detik. Titik O menjadi acuan dan titik P berjarak 2 m dari O. Tentukan : a. Frekwensi b. Cepat rambat gelombang c. Persamaan simpangan titik P d. Besar simpangan titik P pada saat t = 4 sekon e. Besar kecepatan simpangan titik P pada saat t = 4 sekon f. Besar percepatan simpangan titik P pada saat t = 4 sekon --------------------------------------- F. Gelombang Stasioner Gelombang stasioner adalah gelombang hasil perpaduan atau interferensi dua gelombang yang berlawananarah, yaitu gelombang datang dan gelombang pantul yang memiliki amplitudo dan frekwensi sama. Pada gelombang stasioner ada titik-titik yang selalu bersimpangan maksimum ( titik Perut) dan ada titik-titik yang simpanganya selalu nol ( titik simpul). Yang di bahas disini adalah gelombang pada tali. 1. Persamaan gelombang stasioner ujung terikat a. Persamaan gelombang stasioner ujung terikat Seuatas tali panjangnya l dari OB, titik O digetarkan terus menerus dan titik B diikat. Titik P berada X dari ujung terikat. Hasil perpaduan gelombang datang dan gelombang Pantul adalah gelombag stasioner dan membentuk simpul dan perut. Akan kita tinjau perpaduan gelombang datang dan gelombang pantul di titik P Gelombang merah adalah gelombang datang merambat ke kanan Gelombang hijau adalah gelombang pantul merambat dari O - P - B - P dan Berubah fase 180 derajat maka sudut ditambah phi : Perpaduan antara gelombang datang dan gelombang pantul adalah: 9
Ap adalah amplitudo maksimum dengan persamaan variabel sinus, sehingga ada nilai maksimum dan nilai minimum nol. Dengan demikian dapat ditentukan titik simpul dan titik perut, sbb: b. Titik Simpul dan Titik Perut Dari persamaan didapat Titik Perut Titik Perut adalah titik yang aplitudonya selalu maksimum Titik Simpul Titik Simpul adalah titik yang aplitudonya selalu nol cek gambar 10
2.Persamaan Gelombang Stasioner Ujung Bebas a. Persamaan gelombang stasioner ujung bebas Seuatas tali panjangnya l dari OB, titik O digetarkan terus menerus dan titik B diikat. Titik P berada X dari ujung terikat. Hasil perpaduan gelombang datang dan gelombang Pantul adalah gelombag stasioner dan membentuk simpul dan perut Akan kita tinjau perpaduan gelombang datang dan gelombang pantul di titik P Gelombang merah adalah gelombang datang merambat ke kanan Gelombang hijau adalah gelombang pantul merambat dari O - P - B - P dan Berubah fase 180 derajat maka sudut ditambah Super posisinya menjadi (coba anda turunkan sendiri yp=y1 +y2) Ap adalah amplitudo dengan persamaan variabel cosinus b.titik Perut dan Titik Simpul Titik Perut adalah titik yang aplitudonya selalu maksimum: 11
Titik simpul adalah titik yang amplitudonya selalu nol: 12