fisika definisi
TRANSCRIPT
GELOMBANG
A. Pengertian Gelombang :
Gelombang adalah bentuk dari getaran yang merambat pada suatu medium.
Pada gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium
perantaranya.
Satu gelombang dapat dilihat panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah dan
bukit (gelombang tranversal) atau menhitung jarak antara satu rapatan dengan satu
renggangan (gelombang longitudinal). Cepat rambat gelombang adalah jarak yang
ditempuh oleh gelombang dalam waktu satu detik.
Gelombang dapat dikelompokkan berdasarkan sifat-sifat fisisnya, yaitu :
1. Berdasarkan arah getarannya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni
gelombang longitudinal dan gelombang transversal.
a. Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarannya berimpit dengan
arah rambatannya, misalnya gelombang bunyi.
b. Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan
arah rambatannya, misalnya gelombang pada tali dan gelombang cahaya.
2. Berdasarkan amplitudonya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni
gelombang berjalan dan gelombang diam/berdiri.
a. Gelombang berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang
dilalui gelombang, misalnya gelombang pada tali.
b. Gelombang diam/berdiri, yaitu gelombang yang amplitudonya berubah, misalnya
gelombang pada senar gitar yang dipetik.
FISIKA Page 1
3. Berdasarkan zat perantara atau medium rambatannya, gelombang dibedakan
menjadi dua, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.
a. Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang dalam perambatannya memerlukan
medium, misalnya gelombang air, gelombang pada tali, dan gelombang bunyi.
b. Gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang dalam perambatannya tanpa
memerlukan medium, misalnya gelombang cahaya.
Sebelum membicarakan sifat gelombang, akan kita bahas mengenai pengertian front
gelombang atau muka gelombang dan sinar gelombang. Apabila kita menggunakan
keping getar, maka pada permukaan air akan kita lihat garis lurus yang bergerak ke tepi
dan jika kita menggunakan bola sebagai penggetarnya, maka pada permukaan timbul
lingkaran-lingkaran yang bergerak ke tepi. Sekumpulan garis-garis atau lingkaran-
lingkaran itu yang dinamakan front gelombang atau muka gelombang. Jadi muka
gelombang didefinisikan sebagai tempat sekumpulan titik yang mempunyai fase yang
sama pada gelombang. Muka gelombang dapat berbentuk garis lurus atau lingkaran
Muka gelombang lurus
Muka gelombang lingkaran
FISIKA Page 2
Tempat kedudukkan titik yang mempunyai fase yang sama mempunyai jarak 1λ, 2 λ, 3
λ …, dan seterusnya, sehingga jarak antarfront gelombang yang saling berdekatan
sebesar 1 λ. seperti ditunjukkan dalam gambar. Setiap gelombang merambat menurut
arah tertentu. Arah rambatan gelombang disebut sinar gelombang. Sinar gelombang
arahnya selalu tegak lurus muka gelombang.
Karateristik Gelombang
Karakteristik utama suatu gelombang ditunjukkan oleh beberapa besaran yang penting,
yang digunakan untuk mendeskripsikan gelombang sinusoida periodik, seperti
diperlihatkan pada Gambar :
Karateristik gelombang kontinu satu frekuensi
Titik-titik tertinggi pada gelombang disebut puncak gelombang, sedangkan titik-titik
terendah disebut lembah gelombang. Amplitudo adalah perpindahan maksimum, yaitu
ketinggian maksimum puncak, atau kedalaman maksimum lembah, relatif terhadap
posisi kesetimbangan. Makin besar amplitudo, makin besar energi yang dibawa.
Ayunan total dari puncak sampai ke lembah sama dengan dua kali amplitudo.
Jarak dua titik berurutan pada posisi yang sama disebut panjang gelombang ( λ ).
Panjang gelombang juga sama dengan jarak antardua puncak yang berurutan.
Frekuensi ( f ), adalah jumlah puncak atau siklus lengkap yang melewati satu titik per
satuan waktu. Sementara itu, periode (T ), adalah waktu yang diperlukan untuk sekali
osilasi, yaitu waktu yang berlalu antara dua puncak berurutan yang melewati titik yang
sama pada ruang. Besar T adalah setara dengan 1/f.
FISIKA Page 3
Jarak yang ditempuh gelombang dalam satuan waktu disebut kecepatan gelombang
(v). Jika sebuah gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang ( λ ), dalam satu
periode (T ), maka kecepatan gelombang adalah sama dengan λ /T, atau v = λ/T
v =λ .f
Kecepatan gelombang bergantung pada sifat medium perambatannya. Misalnya,
kecepatan gelombang pada tali bergantung pada tegangan tali (FT), dan massa tali per
satuan panjang (m/L). Hubungan tersebut dapat dirumuskan:
Dari persamaan ini, apabila besar massa per satuan panjang semakin besar, maka
makin besar inersia yang dimiliki tali, sehingga perambatan gelombang akan lambat.
Fase Gelombang
Penjelasan mengenai suatu tahap yang telah dicapai oleh suatu gerak berkala,
biasanya dengan membandingkan dengan gerak lain yang sejenis dengan frekuensi
sama disebut fase.
Dua gelombang dikatakan sefase, bila keduanya berfrekuensi sama dan titik-titik yang
bersesuaian berada pada tempat yang sama selama osilasi (misalnya, keduanya
berada pada puncak) pada saat yang sama. Jika yang terjadi sebaliknya, keduanya
tidak sefase. Dan dua gelombang berlawanan fase jika perpindahan keduanya tepat
berlawanan arah (misalnya, puncak dan lembah). Beda fase antara dua gelombang
menyatakan ukuran seberapa jauh, diukur dalam sudut, sebuah titik pada salah satu
gelombang berada di depan atau di belakang titik yang bersesuaian dari gelombang
lainnya. Untuk gelombang-gelombang yang berlawanan fase, beda fasenya adalah
180o; untuk yang sefase, besarnya 0o.
FISIKA Page 4
Sifat-sifat Gelombang Mekanik
1. Pemantulan Gelombang
Pemantulan gelombang lurus
Untuk mengamati pemantulan gelombang dapat dilakukan dengan menempatkan balok
kaca atau logam pada tangki riak sebagai penghalang gelombang yang mempunyai
muka gelombang lurus. Sinar gelombang tersebut akan dipantulkan pada saat
mengenai dinding penghalang tersebut. Dalam pemantulan gelombang tersebut berlaku
hukum pemantulan gelombang yaitu :
a) sudut datang gelombang sama dengan sudut pantul gelombang, dan
b) gelombang datang, gelombang pantul, dan garis normal terletak dalam satu bidang
datar.
2. Pembiasan Gelombang
Pembiasan gelombang
FISIKA Page 5
Untuk mempelajari pembiasan gelombang dapat dilakukan dengan menempatkan balok
kaca/logam pada tangki riak yang seluruhnya berada di dalam air, sehingga akan
membedakan kedalaman permukaan air dalam tangki riak.
Hal ini untuk menggambarkan adanya dua medium rambatan gelombang, permukaan
dalam menggambarkan medium yang rapat dan permukaan air yang dangkal
menggambarkan medium yang kurang rapat. Sinar gelombang yang melewati bidang
batas antara kedalaman air terlihat dibelokkan/dibiaskan di mana front gelombangnya
menjadi lebih rapat.
Hal ini menunjukkan adanya perubahan panjang gelombang, akan tetapi frekuensinya
tetap yaitu sama dengan frekuensi sumber getarnya. Dalam pembiasan gelombang
berlaku hukum pembiasan yang menyatakan :
Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap.
Secara umum sering dituliskan :
Sin i/sin r = λ1/λ2 = v1/v2 = n1/n2 = n21
dengan :
i = sudut datang gelombang (derajat atau radian)
r = sudut bias gelombang (derajat atau radian)
λ1 = panjang gelombang pada medium 1 (m)
λ2 = panjang gelombang pada medium 2 (m)
v1 = cepat rambat gelombang pada medium 1 (m/s)
v2 = cepat rambat gelombang pada medium 2 (m/s)
n1 = indeks bias medium 1
FISIKA Page 6
n2 = indeks bias medium 2
n21 = indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1
3. Interferensi Gelombang
Untuk menunjukkan gejala interferensi gelombang dapat dipergunakan dua sumber
getar berbentuk bola atau sumber getar berupa keping/plat yang diberi dua
lubang/celah di mana celah tersebut dapat dianggap sebagai sumber getaran
(gelombang). Untuk mengamati gejala interferensi gelombang agar teramati dengan
jelas, maka kedua gelombang yang berinterferensi tersebut harus merupakan dua
gelombang yang koheren.
Dua gelombang disebut koheren apabila kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi
dan amplitudo yang sama serta memiliki selisih fase yang tetap/konstan. Ada dua sifat
hasil interferensi gelombang, yaitu interferensi bersifat konstruktif dan destruktif.
Interferensi bersifat konstruktif artinya saling memperkuat, yaitu saat kedua gelombang
bertemu (berinterferensi) memiliki fase yang sama. Sedang interferensi bersifat
destruktif atau saling melemahkan jika kedua gelombang bertemu dalam fase yang
berlawanan.
Pola interferensi gelombang
Gambar di atas menunjukkan pola interferensi yang ditunjukkan tangki riak, di mana
garis tebal/tidak terputus adalah hasil interferensi yang bersifat konstruktif, sedangkan
garis putus-putus menunjukkan interferensi yang bersifat destruktif.
FISIKA Page 7
4. Difraksi Gelombang
Untuk menunjukkan adanya difraksi gelombang dapat dilakukan dengan meletakkan
penghalang pada tangki riak dengan penghalang yang mempunyai celah, yang lebar
celahnya dapat diatur.
Difraksi gelombang adalah peristiwa pembelokan/penyebaran (lenturan) gelombang
jika gelombang tersebut melalui celah. Gejala difraksi akan semakin tampak jelas
apabila lebar celah semakin sempit. Dengan sifat inilah ruangan dalam rumah kita
menjadi terang pada siang hari dikarenakan ada lubang kecil pada genting. Serta suara
alunan musik dari tape recorder dapat sampai ke ruangan lain, meskipun kamar tempat
tape tersebut pintunya tertutup rapat.
Difraksi gelombang (a) penghalang dengan celah lebar, (b) penghalang dengan celah
sempit
FISIKA Page 8
Gelombang Longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang memiliki arah getaran yang sama
dengan arah rambatan.
Artinya arah gerakan medium gelombang sama atau berlawanan arah dengan
perambatan gelombang.
Gelombang longitudinal mekanis juga disebut sebagai gelombang mampatan atau
gelombang kompresi.
Contoh-contoh gelombang longitudinal adalah gelombang suara dan gelombang
pseismik yang disebabkan oleh gempa dan ledakan. Persamaan Maxwell
mengindikasikan gelombang elektromagnetik berbentuk gelombang transversal dalam
ruang hampa, namun gelombang elektromagnetik dalam medium plasma bisa
berbentuk transversal, longitudinal, atau campuran keduanya.
FISIKA Page 9
Gelombang Transversal
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan
arah rambatannya. Satu gelombang terdiri atas satu lembah dan satu bukit, misalnya
seperti riak gelombang air, benang yang digetarkan, dsb.
Persamaan Gelombang berjalan
Kalau kita lihat gelombang berdasarkan berubah atau tidaknya simpangan/amplitudo
gelombang, maka gelombang yang merambat dengan amplitudo tetap kita sebut
Gelombang berjalan, sedangkan gelombang yang merambat dengan amplitudo
berubah kita sebut Gelombang stationer.
FISIKA Page 10
Jika gelombang merambat dengan kecepatan v maka untuk mencapai titik P sepanjang
x dibutuhkan waktu Jika dari titik 0 gelombang telah berjalan t detik maka
waktu di titik P adalah
Dengan konsep persamaan getaran harmonis y = A sin wtp kita peroleh persamaan
umum gelombang berjalan yaitu:
Ket: A = amplitudo gelombang (m); l = v /.T = panjang gelombang (m); v = cepat rambat
gelombang (m/s);
= bilangan gelombang (m’); x = jarak suatu titik terhadap titik asal (m)
Ketentuan tanda:
a. tanda ± di depan amlplitudo
positif (+) => arah getar pertama kali ke atas
negatif ( – ) => arah getar pertama kali ke bawah
FISIKA Page 11
b. tanda ± di depan bilangan gelombang
positif (+) => arah rambat gelombang ke kiri
negatif ( – ) => arah rambat gelombang ke kanan
rumus :
1. v = λ f dan f = 1/T
2. dan
3.
4. Sudut fase : besar sudut dalam fungsi sinus (dinyatakan dalam radian)
Fase gelombang
Beda fase antara titik B dan A
_______
Dalam persamaan gelombang berjalan ω pasti bergandengan dengan t dan k
bergandengan dengan x
FISIKA Page 12
Gelombang stasioner atau biasa disebut gelombang diam atau ada yang menyebut
sebagai gelombang tegak (gelombang berdiri) bisa terjadi dengan menginterferensikan
dua buah gelombang berjalan yang memiliki :
- amplitudo sama
- frekuensi sama
- arah gerak berlawanan
Gelombang stasioner yang dihasilkan memiliki amplitudo (paduan) Ap yang besarnya
berubah seiring dengan perubahan jarak (x). Ingat kembali bahwa kedua buah
gelombang berjalan penghasil gelombang stasioner memiliki amplitudo yang tetap dan
sama sebesar A.
Persamaan gelombang stasioner ujung bebas pada tali
Pola persamaan gelombang stasioner pada seutas tali yang salah satu ujungnya bebas
adalah sebagai berikut:
Y = 2A cos kx sin ω t
Keterangan:
Y adalah simpangan gelombang stasioner dalam satuan meter,
A adalah amplitudo masing-masing gelombang berjalan
FISIKA Page 13
x adalah jarak titik dari ujung bebas
ω adalah frekuensi sudut dalam rad/s, dimana ω = 2π f
k adalah bilangan gelombang atau tetapan gelombang dimana nilai k = 2π/λ,
λ adalah panjang gelombang (wavelength) dalam satuan meter.
Gelombang berdiri atau gelombang stasioner pada dawai gitar dihasilkan dari
interferensi gelombang datang dan gelombang pantul.
Panjang gelombang pada gelombang berdiri dapat diamati dari tampilan simpul dan
perutnya. Gelombang berdiri mempunyai amplitudo yang berbeda di setiap titiknya.
Amplitudo maksimum disebut perut, sedangkan amplitudo nol atau tidak ada
simpangan disebut dengan simpul.
Percobaan Melde menunjukkan bahwa massa beban menghasilkan gaya berat atau
tegangan dawai. Tegangan dawai secara matematis dinyatakan sebagai berikut:
F = m.g ......................................................................1)
dengan : F = tegangan dawai (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s2
Frekuensi gelombang sama dengan frekuensi sumbernya, sedangkan laju gelombang
pada dawai ditentukan oleh tegangan dan kerapatan massa linear dawai. Secara
matematik laju gelombang pada dawai dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai
berikut:
v^2 = F/µ ........................................................................2)
dengan: F = tegangan dawai (N)
µ = massa per satuan panjang dawai (kg/m)
v = cepat rambat gelombang pada dawai (m/s)
FISIKA Page 14
Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada
medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa
karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi,
amplitude/amplitude, kecepatan
Gelombang mekanik adalah sebuah gelombang yang dalam perambatannya
memerlukan medium, yang menyalurkan energi untuk keperluan proses penjalaran
sebuah gelombang. Suara merupakan salah satu contoh gelombang mekanik yang
merambat melalui perubahan tekanan udara dalam ruang (rapat-renggangnya molekul-
molekul udara). Tanpa udara, suara tidak bisa dirambatkan. Di pantai dapat dilihat
ombak, yang merupakan gelombang mekanik yang memerlukan air sebagai
mediumnya. Contoh lain misalnya gelombang pada tali atau per (slinky).
FISIKA Page 15