KARAKTERISTIK GELOMBANG Pemahaman tentang Gelombang 4/17/2017 SMA NEGERI 1 PANGKAJENE AHSAN WAHYUDIN
Pada subbab ini Anda harus mampu: Memformulasikan masalah perambatan gelombang melalui suatu medium Memformulasikan karakteristik gelombang transversal dan longitudinal 1. Pengertian Gelombang Di SMP Anda telah mengetahui bahwa gelombang dihasilkan oleh sumber getaran yang bergetar terus-menerus. Dalam perambatannya, gelombang memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lainnya. Pada bulan Desember 2004, Anda menyaksikan melalui televisi tentang gelombang laut raksasa (tsunami) akibat gempa bumi berkekuatan 8,9 skala richter di Aceh. Tsunami yang membawa energi sangat besar ini telah meluluhlantakkan sebagian besar bangunan di propinsi Nangroe Aceh Darussalam. Apakah materi-materi dalam mediumm ikut merambat bersama gelombang? Gelombang adalah gangguan atau usikan (getaran) yang merambat melalui medium (media). Gambar 1: Contoh Peristiwa Gelombang 2. Pengelompokan Gelombang Berdasarkan medium perantaranya, gelombang dikelompokkan menjadi 2 jenis, yaitu:
1. Gelombang Mekanik Yaitu gelombang yang merambat memerlukan medium perantara. Contoh: gelombang bunyi, gelombang pada slinki, gelombang pada tali, gelombang pada permukaan air, dan gelombang pada pegas. Gambar 2: Gelombang pada Permukaan Air 2. Gelombang Elektromagnetik Yaitu gelombang yang merambat tanpa memerlukan medium ( merambat melalui vakum/ruang hampa udara). Contoh: gelombang cahaya, gelombang radio, gelombang TV, dan sinar-x. Gambar 3: Gelombang Cahaya Berdasarkan arah getarnya, gelombang dikelompokkan menjadi 2 jenis, yaitu: 1. Gelombang Transversal Adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah perambatannya.
Bentuk getarannya berupa lembah dan bukit (dapat dilihat pada gambar di bawah). Contoh: gelombang pada tali, gelombang permukaan air, dan gelombang elektromagnetik. Gambar 4: Gelombang pada Tali 2. Gelombang Longitudinal Adalah gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah perambatannya. Bentuk getarannya berupa rapatan dan regangan (dapat dilihat pada gambar di bawah). Contoh: gelombang bunyi dan gelombang pada pegas. Gambar 5: Gelombang pada Pegas
3. Persamaan Dasar Gelombang Jika salah satu ujung tali mendatar Anda ikat ke gagang pintu atau ke sebuah tiang dan ujung lainnyaanda getarkan naik-tirin terus-menerus, maka sepanjang tali akan merambat bentuk bukit dan lembah. Mari kita amati bentuk gelombang transversal pada tali karena gelombang transversal lebih mudah diamati dan dianalisis. Periode getaran harmonik naik-turun persis sama dengan periode gelombang, sedangkan jarak yang ditempuh gelombang dalam selang waktu satu periode (t = T) dinamakan panjang gelombang (diberi lambang ). Misalkan gelombang merambat dengan kecepatan v, maka dengan menggunakan rumus jarak s = vt diperoleh = v.t atau v = /T (1) v = 1/T, sedangkan 1/T = f, sehingga Persamaan dasar gelombang v = f (2) Dengan v = cepat rambat (m/s), = panjang gelombang (m), T = periode (s), dan f = frekuensi (hertz, disingkat Hz). Tampak bahwa ada kemiripan antara getaran dan gelombang. Keduanya memiliki besaran periode, frekuensi, dan amplitude. Perbedannya adalah gelombang memiliki besaran panjang gelombang, sedangkan getaran tidak. 4. Istilah-istilah pada Gelombang Transversal Anda telah mengamati bentuk gelombang transversal seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Jika anda memfoto sebuah gelombang transversal yang dihasilkan slinki atau seutas tali pada saat tertentu, foto akan memberikan grafik simpangan terhdap posisi (posisi adalah jarak mendatar dari titik asal getaran). Di SMP Anda telah mendefinisikan istilah-istilah pada gelombang transversal. Namun, karena pentingnya istilah-istilah ini maka definisi dari istilahistilah tersebut kita ulang kembali Puncak gelombang adalah titik-titik tertinggi pada gelombang Dasar gelombang adalah titik-titik terendah pada gelombang Bukit gelombang adalah lengkungan bagian atas
Lembah gelombang adalah cekungan bagian bawah Amplitudo (A) adalah nilai mutlak simpangan terbesar yang dapat dicapai partikel Panjang gelombang ( ) adalah jarak antara dua puncak berurutan atau jarak antara dua dasar berurutan Periode (T) adalah selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua puncak yang berurutan atau selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua dasar yang berurutan. Contoh 1 Sepotong gabus bergerak naik turun di permukaan air ketika dilewati sebuah gelombang. Gelombang tersebut menempuh jarak 9 m dalam waktu 30 s. Jika gabus tersebut bergerak naik turun 2 kali dalam 3 s, maka nilai panjang gelombang tersebut adalah. Jawab: Gelombang menempuh jarak 9 m dalam waktu 30 s, artinya cepat rambat v = jarak/waktu = 9 m/30 s = 900 cm/30 s = 30 cm/s Gabus bergerak naik turun 2 kali dalam 3 s, artinya frekuensi f = jumlah naik turun dalam 1 s = 1 s/3 s x 2 kali = 2/3 Hz Persamaan dasar v = f sehingga panjang gelombang = v/f = 30 cm/s = 30 x 3/2 = 45 cm 2/3 Hz 5. Istilah-istilah pada Gelombang Longitudinal Taruh sebuah slinki (kumparan pegas yang terbuat dari bahan baja pipih) mendatar di atas lantai. Minta teman anda menahan salah satu ujung slinki agar tidak dapat bergerak, kemudian getarkan ujung satunya lagi dengan satui kali dorongan dan tarikan maka Anda akan amati bentuk rapatan dan renggangan yang merambat sepanjang slinki. Mari kita definisikan istilah-istilah pada gelombang longitudinal. Oleh karena panjang rapatan dan panjang renggangan tidak sama, maka panjang gelombang sebaiknya kita definisikan dengan menggunakan istilah pusat rapatan dan pusat renggangan. Panjang gelombang kita definisikan sebagai jarak antara dua pusat
rapatan yang berdekatan atau jarak antara dua pusat renggangan yang berdekatan. Adapun jarak antara pusat rapatan dan pusat renggangan yang berdekatan adalah setengah panjang gelombang (1/2 ). Pada gelombang transversal, yang merambat adalah bentuk bukit dan bentuk lembah. Perambatan bukit atau lembah hanya dapat terjadi pada zat yang kenyal (elastis). Oleh karena itu, gelombang transversal hanya dapat merambat melalui zat padat. Pada gelombang longitudinal, yang merambat adalah bentuk rapatan dan renggangan. Rapatan dan renggangan dapat terjadi pada semua zat. Oleh karena itu, gelombang longitudinal dapat merambat pada semua wujud zat (pad at, cair, dan gas). Contoh 2 Sebuah slinki menghasilkan gelombang longitudinal dengan jarak antara pusat rapatan dan pusat renggangan yang berdekatan 20 cm. jika frekuensi gelombang 60 Hz, tentukan cepat rambat gelombang longitudinal ini. Jawab: Jarak antara pusat rapatan dan pusat renggangan yang berdekatan sama dengan setengah panjang gelombang (1/2 ). Jadi, 1/2 = 20 cm = 40 cm = 0,4 m f = 60 Hz Cepat rambat gelombang dihitung dengan persamaan (2) v = f = (0,4 m) (60 Hz) = 24 m/s = 2400 cm/s 6. Fase pada Gelombang Sewaktu membahas getaran telah dinyatakan bahwa dua getaran yang amplitudonya sama memiliki fase yang sama jika simpangan dan arah getarnya selalu sama. Jadi, fase dapat dikatakan sebagai keadaan getaran suatu benda yang berkaitan dengan simpangan dan arah geraknya. Pada gelombang pun berlaku konsep fase yang sama seperti pada getaran. Titik-titik yang berjarak, 1, 2, 3,, n memiliki fase sama.
Titik-titik yang berjarak, 3/2, 5/2, 7/2, (2n-1) 1/2 memiliki fase berlawanan. Dapat juga dikatakan bahwa dua titik pada gelombang yang berjarak kelipatan ganjil dari setengah panjang gelombang atau (2n-1) 1/2 memiliki fase berlawanan.