Show
Alat osiloskop untuk mendeteksi sinyal gelombang listrik. KOMPAS.com - Dalam memahami gelombang, hal dasar yang perlu diketahui adalah memahami definisi dan jenis-jenisnya. Dikutip dari Introduction to the Physics of Waves (2013) oleh Tim Freegarde, gelombang merupakan gangguan kolektif dengan jumlah besar di mana apa yang terjadi pada posisi tertentu adalah tanggapan tertunda terhadap gangguan di titik-titik yang berdekatan. Sedangkan menurut Oscillations and Waves: An Introduction, Second Edition (2018), gelombang dapat diartikan sebagai getaran yang merambat atau gangguan yang menyebarkan energi oleh getaran. Sifat-sifat gelombang pada dasarnya adalah dapat dipantulkan, dibiaskan, mengalami interferensi dan difraksi. Setidaknya terdapat 3 pembagian jenis gelombang, yaitu berdasarkan arah getar, berdasarkan amplitudo gelombang, dan berdasarkan medium rambatnya. Baca juga: Sebutkan Karakteristik Gelombang Bunyi!
A. Gelombang berdasarkan arah getar 1. Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarnya sejajar atau berimpit dengan arah rambatnya. 2. Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatnya. B. Gelombang berdasarkan amplitudo gelombang 1. Gelombang berjalan, yaitu gelombang yang memiliki amplitudo tetap pada setiap titik yang dilalui gelombang.
ika ujung salah satu tali kita ikatkan pada beban yang tergantung pada pegas vertikal, dan pegas kita getarkan naik turun,maka getaran pegas akan merambat pada tali seperti ditunjukkan pada Gambar 1.6. Jika Anda mengamati secara seksama, maka amplitudo (simpangan maksimum) dari gelombang yang merambat pada tali selalu tetap (tidak berubah). Gelombang merambat yang selalu memiliki amplitudo tetap digolongkan sebagai gelombang berjalan.
Ada juga gelombang merambat yang amplitudonya selalu berubah (dalam kisaran nol sampai nilai maksimum tertentu). Gelombang merambat seperti ini disebut gelombang stasioner. Kita awali dengan terlebih dahulu menentukan persamaan gelombang berjalan. Persamaan gelombang berjalan Gelombang berjalan memiliki sifat pada setiap titik yang dilalui akan memiliki amplitudo yang sama. Perhatikan gelombang berjalan dari sumber P ke titik Q yang berjarak X pada Gambar 1.8. Bagaimana menentukan simpangan pada titik P? Simpangan tersebut dapat ditentukan dari simpangan getarannya dengan menggunakan waktu perjalanannya
Dari titik P merambat getaran yang amplitudonya A, periodenya T dan cepat rambat getarannya v. Bila titik P telah bergetar t detik, simpangannya : yp = A sin ωt = A sin (2π t/T) Dari P ke Q yang jaraknya X getaran memerlukan v/x detik, jadi ketika P telah bergetar t detik, titik Q baru bergetar (t – x/v) detik. Simpangan Q saat itu :
Jadi, persamaan gelombang berjalan adalah :
y = A sin (ωt – kx) …………………………..1.3 dengan : λ= panjang gelombang (m) T = periode gelombang (s) ω= frekuensi sudut k = bilangan gelombang Fase gelombang dapat didefinisikan sebagai bagian atau tahapan gelombang. Perhatikan persamaan 1.2. Dari persamaan itu, fase gelombang dapat diperoleh dengan hubungan seperti berikut.
dengan : φ = fase gelombang T = periode gelombang (s) λ= panjang gelombang (m) t = waktu perjalanan gelombang (s) x = jarak titik dari sumber (m) Dari fase gelombang dapat dihitung juga sudut fase yaitu memenuhi persamaan berikut. θ = 2πφ (rad) Perbedaan phase antara titik P dan Q adalah :
Catatan : Dua gelombang dapat memiliki fase yang sama dan dinormalkan sefase. Dua gelombang akan sefase bila beda fasenya memenuhi: θ = 0, 2π, 4π, …. Dua gelombang yang berlawanan fase apabila berbeda fase : θ = π, 3π, 5π …. Jika getaran itu merambat dari kanan ke kiri dan P telah bergetar t detik, maka simpangan titik Q : http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=11:contoh-1&catid=1:gelombang-mekanik&Itemid=54
Hai Quipperian, bagaimana kabarnya? Semoga selalu sehat dan tetap semangat belajar ya! Di zaman milenial ini, banyak kamu muda yang menggemari musik. Bahkan, banyak di antara mereka yang mahir menggunakan alat musik, contohnya gitar. Saat gitar dimainkan, akan muncul irama yang indah untuk didengarkan. Di balik indahnya suara gitar, ternyata ada proses fisika yang berlangsung di dalamnya. Saat dawai dipetik, akan muncul gelombang sepanjang lintasan dawai. Jika gelombang sudah mencapai ujung dawai yang terikat, gelombang akan dipantulkan kembali. Nah, gelombang itu dinamakan gelombang stasioner. Cobalah untuk mengamati gelombang tersebut saat Quipperian memetik dawai gitar. Setelah mengamati gelombang stasioner yang terjadi pada dawai, kini saatnya Quipperian mengamati gelombang berjalan. Cobalah untuk mengambil batu, lalu lemparkan batu tersebut ke dalam genangan air. Saat batu dilemparkan ke dalam genangan air, akan muncul riak gelombang kan? Ternyata, riak gelombang tersebut merupakan contoh bentuk gelombang berjalan, lho. Memangnya, apa sih gelombang stasioner dan gelombang berjalan itu? Temukan jawabannya di pembahasan kali ini. Besaran-Besaran dalam GelombangMembahas masalah gelombang tidak akan lepas dari besaran-besaran berikut. 1. Panjang gelombangPanjang satu gelombang adalah panjang antara satu bukit dan satu lembah atau jarak antarpuncak yang berdekatan. Bagaimana cara menentukan panjang gelombangnya? Simak gambar berikut. Kira-kira berapa gelombang yang terbentuk pada gambar di atas? Oleh karena terdapat dua puncak dan dua lembah, maka jumlah gelombangnya ada 2. Berapa panjang untuk satu gelombang? Jika panjang AX dimisalkan 10 m, maka panjang untuk satu gelombangnya dirumuskan sebagai berikut. 2. Periode dan frekuensiPeriode adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menempuh satu panjang gelombang. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: T = periode (s); t = waktu tempuh gelombang (s); dan n = banyaknya gelombang. Frekuensi adalah banyaknya gelombang yang terbentuk dalam waktu satu sekon. Secara matematis, frekuensi dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: f = frekuensi (Hz); n = banyaknya gelombang; t = waktu tempuh gelombang (s); dan T = periode gelombang (s). 3. Cepat rambat gelombangCepat rambat gelombang adalah jarak tempuh gelombang tiap sekon. Jika dinyatakan dalam bentuk matematis, cepat rambat gelombang memiliki persamaan berikut. Keterangan: f = frekuensi (Hz); T = periode gelombang (s); v = cepat rambat gelombang (m/s); dan λ = panjang gelombang (m). 4. Gelombang BerjalanMengapa gelombang yang dihasilkan oleh pelemparan batu ke dalam air digolongkan sebagai gelombang berjalan? Memang apa sih gelombang berjalan itu? Gelombang berjalan adalah gelombang yang memiliki amplitudo tetap. Artinya, titik-titik yang dilalui gelombang mengalami getaran harmonik dengan amplitudo tetap. Ada beberapa persamaan yang harus Quipperian ketahui saat belajar gelombang berjalan. Adapun persamaan yang dimaksud adalah sebagai berikut. 5. Persamaan simpanganGelombang berjalan memiliki persamaan simpangan seperti berikut. Keterangan: y = simpangan (m); A = amplitudo gelombang (m); 𝜔 = kecepatan sudut gelombang (rad/s); t = lamanya gelombang beretar (s); T = periode gelombang (s); k = bilangan gelombang; x = jarak titik ke sumber getar (m); dan λ = panjang gelombang (m). 6. Persamaan kecepatanSeperti Quipperian ketahui bahwa kecepatan merupakan turunan pertama dari jarak atau simpangan. Dengan demikian, persamaan kecepatan gelombang berjalan adalah persamaan yang diturunkan dari persamaan simpangan. Secara matematis, persamaan kecepatannya dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: v = kecepatan (m/s); dan y = simpangan gelombang (m). 7. Persamaan percepatanSeperti halnya kecepatan, persamaan percepatan merupakan turunan pertama dari kecepatan dan turunan kedua dari simpangan. Secara matematis, persamaan percepatan adalah sebagai berikut. Keterangan: a = percepatan (m/s2); v = kecepatan gelombang (m/s); dan y = simpangan (m). 8. Sudut fase gelombangSudut fase adalah sudut yang ditempuh oleh benda yang bergetar. Sudut fase dinyatakan dalam fungsi sinus dari persamaan umum gelombang. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut. 9. Fase gelombangFase gelombang adalah besaran yang berkaitan dengan simpangan dan arah gerak gelombang. Secara matematis, fase gelombang dirumuskan sebagai berikut. 10. Beda faseBeda fase adalah perbedaan fase gelombang atau tahapan gelombang. Secara matematis, beda fase dirumuskan sebagai berikut. Dua buah titik bisa memiliki fase sama dengan syarat sebagai berikut. Dua buah titik bisa memiliki fase berlawanan dengan syarat sebagai berikut. Gelombang StasionerGelombang stasioner adalah hasil perpaduan dua buah gelombang yang amplitudonya selalu berubah. Artinya, tidak semua titik yang dilalui gelombang ini memiliki amplitudonya sama. Saat membahas gelombang stasioner, Quipperian akan bertemu dengan istilah perut dan simpul. Perut adalah titik amplitudo maksimum, sedangkan simpul adalah titik amplitudo minimum. Gelombang stasioner dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut. Gelombang stasioner ujung bebasGelombang stasioner ujung bebas tidak mengalami pembalikan fase. Artinya, fase gelombang datang dan pantulnya sama. Dengan demikian, beda fasenya sama dengan nol. Perpaduan antara gelombang datang dan gelombang pantul pada ujung bebas menghasilkan persamaan berikut. Keterangan: Ap = amplitudo gelombang stasioner (m); Yp = simpangan gelombang stasioner (m); 𝜔 = kecepatan sudut gelombang (rad/s); t = lamanya gelombang beretar (s); k = bilangan gelombang; dan x = jarak titik ke sumber getar (m).
Gelombang stasioner ujung tetapSecara matematis, persamaan simpangan gelombang stasioner ujung tetap dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: Ap = amplitudo gelombang stasioner (m); Yp = simpangan gelombang stasioner (m); 𝜔 = kecepatan sudut gelombang (rad/s); t = lamanya gelombang beretar (s); k = bilangan gelombang; dan x = jarak titik ke sumber getar (m).
Belajar konsep dasar sudah, kira-kira belajar apa lagi ya Quipperian? Bagaimana jika selanjutnya berlatih soal? Nah, untuk meningkatkan pemahaman Quipperian tentang gelombang berjalan dan stasioner, simak contoh soal berikut ini. Contoh soal 1Suatu gelombang yang frekuensinya 500 Hz merambat dengan kecepatan 300 m/s. tentukan jarak antara dua titik yang berbeda sudut fase 60o! Pembahasan: Diketahui: f = 500 Hz v = 300 m/s ∆θp = 60o Ditanya: ∆x =…? Pembahasan: Pertama, Quipperian harus menentukan panjang gelombangnya. Lalu, gunakan rumus beda fase berikut. Jadi, jarak antara dua titik yang berbeda sudut fase 60o adalah 0,1 m. Contoh soal 2Pembahasan: Diketahui: Ditanya: jarak antara perut dan simpul yang berdekatan =…? Pembahasan: Untuk menentukan jarak antara perut dan simpul yang berdekatan, tentukan dahulu nilai saat n = 0. Dengan demikian, jarak antara perut dan simpul yang berdekatan dirumuskan sebagai berikut. Jadi, jarak antara perut dan simpul yang berdekatan adalah 0,125 m. Bagaimana Quipperian? Sudah semakin paham kan tentang materi gelombang berjalan dan stasioner? Ternyata, penerapan keduanya sering kamu jumpai dalam kehidupan sehari-hari, lho. Jika Quipperian ingin melihat video pembahasannya, silahkan gabung bersama Quipper Video. Bersama Quipper Video, belajar jadi lebih mudah dan menyenangkan. Salam Quipper! Penulis: Eka Viandari |