PENGAMATAN PENJALARAN GELOMBANG MEKANIK Elinda Prima F.D 1, Muhamad Naufal A 2, dan Galih Setyawan, M.Sc 3 Prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia Sekip Utara PO BOX BLS. 21 Yogyakarta 55281, Indonesia elinda.prima.f@mail.ugm.ac.id 1, muhamad.naufal.a@mail.ugm.ac.id 2, galih.setyawan@mail.ugm.ac.id 3 Abstrak. Telah dilakukan praktikum pengamatan penjalaran gelombang mekanik. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk melakukan pengamatan pola pola penjalaran gelombang mekanik pada medium air berkaitan dengan difraksi dan muka gelombang. Pada praktikum ini praktikan mengamati proses penjalaran gelombang yang terjadi pada medium air yang disebabkan oleh sumber gelombang. Pada percobaan pertama praktikan mengamati proses penjalaran gelombang pada medium air tanpa adanya penghalang dan dengan kecepatan sumber gelombang yang divariasi. Pada pengamatan kedua praktikan mengamati proses penjalaran gelombang pada medium air dengan menggunakan sebuah penghalang kemudian kecepatan sumber gelombang divariasi. Pada pengamatan ketiga praktikan mengamati proses terjadinya penjalaran gelombang pada medium air dengan menggunakan dua buah penghalang. Penggunaan penghalang pada proses berlangsungnya pengamatan bertujuan untuk melakukan pengamatan pola pola difraksi yang terjadi pada penghalang yang memiliki celah. Pada pengamatan pertama penjalaran gelombang menunjukan bahwa arah rambat gelombang tegak lurus dengan muka gelombang. Pada pengamatan kedua, penjalaran gelombang dengan menggunakan penghalang yang memiliki sebuah celah menunjukan bahwa gelombang yang melewati celah memiliki sumber gelombang baru. Penjalaran gelombang dengan menggunakan sebuah celah penghalang menunjukkan terjadinya difraksi yang terjadi pada gelombang yang diamati. Pengamatan penjalaran gelombang dengan menggunakan sebuah penghalang yang memiliki celah dan menggunakan penghalang lain di depan celah menjunjukan difraksi yang terjadi pada penghalang yang memiliki celah memantul dan menyebar ke bagian samping. Kata kunci : difraksi, penjalaran gelombang, gelombang mekanik 1. Pendahuluan Gelombang Gelombang dapat didefenisikan sebagai getaran yang merambat melalui medium yang dapat berupa zat padat, cair, dan gas. Gelombang terjadi karena adanya sumber getaran yang bergerak terus-menerus. Medium pada proses perambatan gelombang tidak selalu ikut berpindah tempat bersama dengan rambatan gelombang. Misalnya bunyi yang merambat melalui medium udara, maka partikelpartikel udara akan bergerak osilasi (lokal) saja. Gelombang berdasarkan medium perambatannya dapat dikategorikan menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik terdiri dari partikel-partikel yang bergetar, dalam perambatannya memerlukan medium. Contohnya gelombang bunyi, gelombang pada air, gelombang tali. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet dan medan listrik secara berurutan, arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Perambatan gelombang ini tidak memerlukan medium dan bergerak mendekati kelajuan cahaya. Contohnya sinar gamma (γ), sinar X, sinar ultra violet, cahaya tampak, infra merah, gelombang radar, gelombang TV, gelombang radio. Berdasarkan arah getar dan arah rambat, gelombang dibedakan menjadi dua jenis yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatannya tegak lurus terhadap arah getarnya, contohnya gelombang pada tali, gelombang permukaan air, gelombang cahaya. Sedangkan gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah merambatnya searah dengan arah getarnya, contohnya gelombang
bunyi dan gelombang pada pegas. Gelombang ini terdiri dari rapatan dan regangan. Rapatan adalah daerahdaerah dimana kumparan-kumparan mendekat selama sesaat. Regangan adalah daerah-daerah dimana kumparan-kumparan menjauh selama sesaat. Rapatan dan regangan berhubungan dengan puncak dan lembah pada gelombang transversal. Gelombang transversal dan gelombang longitudinal dapat digambarkan secara grafis pada gambar 2.1. Gambar 2.1a Gelombang Transversal (diambil dari Cutnell & Johnson, 1992) Gambar 2.1b Gelombang Longitudinal (diambil dari Stanley Wolfe, 2003) Besaran-besaran yang digunakan untuk mendiskripsikan gelombang antara lain panjang gelombang (λ) adalah jarak antara dua puncak yang berurutan, frekuensi (ƒ) adalah banyaknya gelombang yang melewati suatu titik tiap satuan waktu, periode (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang melewati suatu titik, amplitudo (A) adalah simpangan maksimum dari titik setimbang, kecepatan gelombang (v) adalah kecepatan dimana puncak gelombang (atau bagian lain dari gelombang) bergerak. Kecepatan gelombang harus dibedakan dari kecepatan partikel pada medium itu sendiri. Pada waktu merambat gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat lain. Saat gelombang merambat melalui medium maka energi dipindahkan sebagai energi getaran antar partikel dalam medium tersebut. Jika sebuah gelombang permukaan air tiba pada suatu celah sempit, maka gelombang ini akan mengalami lenturan/pembelokan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di daerah belakang celah tersebut. Gejala ini disebut difraksi. Cahaya bila di jatuhkan pada celah sempit /penghalang, akan terjadi peristiwa difraksi Difraksi Gelombang air Laut/sungai. Difraksi Cahaya pada Celah Tunggal Bila cahaya monokhromatik (satu warna) dijatuhkan pada celah sempit, maka cahaya akan di belokan /dilenturkan. Difraksi pada celah sempit, bila cahaya yang dijatuhkan polikhromatik (cahaya putih\banyak warna), selain akan mengalami peristiwa difraksi, juga akan terjadi peristiwa interferensi, hasil interferensi menghasilkan pola warna pelangi. Peristiwa difraksi pada celah tunggal Berkas cahaya jatuh pada celah tunggal, akan dibelokan dengan sudut belok θ. Pada layar akan terlihat pola gelap dan terang.pola gelap dan terang akan terjadi bila mengalami peristiwa interferensi. Difraksi Cahaya pada Celah Banyak (kisi Difraksi) Kisi/celah banyak, sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari terutama untuk dinding bangunan. Kisi difraksi yang ada di laboratorium Fisika adalah Kaca yang digores dengan intan, sehingga dapat berfungsi sebagai celah banyak. Jika seberkas sinar monokromatik jatuh pada kisi difraksi, akan terjadi peristiwa difraksi dan interferensi.
2. Tinjauan pustaka Pada jurnal Wave Propagation In A Dissipative Poroelastic Medium oleh M.D Sharma meneliti teori Biot tentang perambatan gelombang di jenuh berpori padat mempertimbangkan keberadaan tiga gelombang, yaitu, dua gelombang longitudinal dan satu gelombang transversal. Hal ini berlaku ketika padat berpori jenuh dengan cairan non-kental. Tapi untuk kehadiran viskositas dalam cairan interstitial, propagasi tambahan gelombang transversal diharapkan. Jadi, dalam padat berpori jenuh dengan cairan kental, empat dilemahkan Gelombang harus menyebarkan. Dua di antaranya adalah membujur / gelombang dilatational dan dua lainnya yang melintang / rotasi ombak. Gelombang keempat tambahan memiliki redaman yang lebih besar dibandingkan dengan tiga lainnya gelombang dalam medium. Dari dua gelombang transversal, itu menjalar dengan kecepatan fase yang lebih kecil dan disebut sebagai gelombang S lambat, analog dengan gelombang P lambat dari teori Biot ini. The kecepatan propagasi dan koefisien atenuasi dari semua empat gelombang bervariasi, berbeda, dengan frekuensi gelombang serta pori-cairan viskositas. Gelombang transversal lambat perjalanan lebih cepat dengan peningkatan frekuensi dan viskositas. Namun, gelombang transversal lemah ini melambat untuk cairan-padat kopling kuat (baik, massal dan geser).....[ 2 ] Pada jurnal berjudul Difraksi Gelombang oleh Tien Kartina menjelaskan tentang terjadinya difraksi pada celah tunggal dan difraksi pada celah banyak ( difraksi kisi ). Difraksi Cahaya pada Celah Tunggal Bila cahaya monokhromatik (satu warna) dijatuhkan pada celah sempit, maka cahaya akan di belokan /dilenturkan. Difraksi Cahaya pada Celah Banyak (kisi Difraksi) Kisi/celah banyak, sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari terutama untuk dinding bangunan. Kisi difraksi yang ada di laboratorium Fisika adalah Kaca yang digores dengan intan, sehingga dapat berfungsi sebagai celah banyak. Jika seberkas sinar monokromatik jatuh pada kisi difraksi, akan terjadi peristiwa difraksi dan interferensi. [ 1 ] 3.Metode Penelitian 1. Alat dan Bahan - Wadah akuarium - Sumber gelombang ( beripa titik dan batang ) - Air - Kamera - Penghalang 2. Skema Percobaan Gambar 1. Skema Percobaan pengamatan penjalaran gelombang mekanik kamera penghalang Sumber gelombang AIR
3. Langkah Percobaan a. Peralatan disusun seperti pada skema percobaan b. Sumber gelombang diberikan berupa titik c. Variasi halangan untuk memunculkan pola pola yang berbeda d. Fenomena diamati melalui rekaman kamera e. Data dianalisa dan dibahas dari hasil gambar yang diperoleh 4. Pembahasan Telah dilakukan praktikum pengamatan penjalaran gelombang mekanik. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk melakukan pengamatan pola pola penjalaran gelombang mekanik pada medium air berkaitan dengan difraksi dan muka gelombang.. Pada praktikum ini praktikan mengamati proses penjalaran gelombang yang terjadi pada medium air yang disebabkan oleh sumber gelombang. Pada percobaan pertama praktikan mengamati proses penjalaran gelombang pada medium air tanpa adanya penghalang dan dengan kecepatan sumber gelombang yang divariasi. Pada pengamatan kedua praktikan mengamati proses penjalaran gelombang pada medium air dengan menggunakan sebuah penghalang kemudian kecepatan sumber gelombang divariasi. Pada pengamatan ketiga praktikan mengamati proses terjadinya penjalaran gelombang pada medium air dengan menggunakan dua buah penghalang. Penggunaan penghalang pada proses berlangsungnya pengamatan bertujuan untuk melakukan pengamatan pola pola difraksi yang terjadi pada penghalang yang memiliki celah. Pada pengamatan pertama penjalaran gelombang menunjukan bahwa arah rambat gelombang tegak lurus dengan muka gelombang. Pada pengamatan kedua, penjalaran gelombang dengan menggunakan penghalang yang memiliki sebuah celah menunjukan bahwa gelombang yang melewati celah memiliki sumber gelombang baru. Penjalaran gelombang dengan menggunakan sebuah celah penghalang menunjukkan terjadinya difraksi yang terjadi pada gelombang yang diamati. Pengamatan penjalaran gelombang dengan menggunakan sebuah penghalang yang memiliki celah dan menggunakan penghalang lain di depan celah menjunjukan difraksi yang terjadi pada penghalang yang memiliki celah memantul dan menyebar ke bagian samping. 5.Kesimpulan Pada pengamatan pertama penjalaran gelombang menunjukan bahwa arah rambat gelombang tegak lurus dengan muka gelombang. Pada pengamatan kedua, penjalaran gelombang dengan menggunakan penghalang yang memiliki sebuah celah menunjukan bahwa gelombang yang melewati celah memiliki sumber gelombang baru. Penjalaran gelombang dengan menggunakan sebuah celah penghalang menunjukkan terjadinya difraksi yang terjadi pada gelombang yang diamati. Pengamatan penjalaran gelombang dengan menggunakan sebuah penghalang yang memiliki celah dan menggunakan penghalang lain di depan celah menjunjukan difraksi yang terjadi pada penghalang yang memiliki celah memantul dan menyebar ke bagian samping.
6. Daftar Pustaka [ 1 ] Kartina, Tien. 2011. Difraksi Gelombang. [ 2 ] Sharma, M. D.2011. IMA Journal of Applied Mathematics (2013) 7 8, 59 69. Wave Propagation In A Dissipative Poroelastic Medium. Department of Mathematics, Kurukshetra University, Kurukshetra 136 119, India.
7. Lampiran
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan difraksi dan berikan contoh penerapannya dalam kehidupan sehari hari! Jawab : Difraksi adalah kecenderungan gelombang yang dipancarkan dari sumber melewati celah yang terbatas untuk menyebar ketika merambat. Menurut prinsip Huygens 'setiap titik pada front gelombang cahaya dapat dianggap sebagai sumber sekunder gelombang bola. Gelombang ini merambat ke luar dengan kecepatan karakteristik gelombang. Gelombang yang dipancarkan oleh semua titik pada muka gelombang mengganggu satu sama lain untuk menghasilkan gelombang berjalan. Prinsip Huygens juga berlaku untuk gelombang elektromagnetik. Aplikasi dalam kehidupan sehari hari : a. Terjadinya gaung, yaitu sebagian bunyi pantul bersamaan dengan bunyi asli sehingga bunyi asli terdengar tidak jelas. b. Pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari. c. Kita dapat mendengar bunyi ditikungan meskipun kita belum melihat mobil tersebut karena terhalang tembok yang tinggi 2. Bagaimana bentuk gelombang variasi celah satu dengan celah banyak dan jelaskan perbedaannya! Jawab : 1. Difraksi Cahaya pada Celah Tunggal Bila cahaya monokhromatik (satu warna) dijatuhkan pada celah sempit, maka cahaya akan di belokan /dilenturkan Difraksi pada celah sempit, bila cahaya yang dijatuhkan polikhromatik (cahaya putih\banyak warna), selain akan mengalami peristiwa difraksi, juga akan terjadi peristiwa interferensi, hasil interferensi menghasilkan pola warna pelangi. Berkas cahaya jatuh pada celah tunggal, akan dibelokan dengan sudut belok θ. Pada layar akan terlihat pola gelap dan terang.pola gelap dan terang akan terjadi bila mengalami peristiwa interferensi. 2. Difraksi Cahaya pada Celah Banyak (kisi Difraksi) Kisi/celah banyak, sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari terutama untuk dinding bangunan. Kisi difraksi yang ada di laboratorium Fisika adalah Kaca yang digores dengan intan, sehingga dapat berfungsi sebagai celah banyak. Jika seberkas sinar monokromatik jatuh pada kisi difraksi, akan terjadi peristiwa difraksi dan interferensi saat berkas sinar jatuh pada kisi difraksi. Disebut kisi difraksi jika jumlah kisi menjadi N buah, pada umumnya: Ncelah = ~ribuan buah per cm/mm Hasil difraksi dan Interferensi, akan terlihat pola gelap dan terang pada layar.