gelombang mekanik
TRANSCRIPT
.
GERAK HARMONIK SEDERHANA
A. Gaya Pemulih pada Gerak Harmonis Sederhana
1. Ayunan sederhana
atau
2. Pegas
Fp = - k . y
Simpangan Getaran (y)
x
Ket.
y = Simpangan getaran (m)
A = Amplitudo (m)
T = Periode
t = Waktu (s)
w = Kec. Sudut (rad/s)
Kecepatan getaran ( )
y = = = Aw Cos wt
x = = = w. b
x = -Aw sin t
Percepatan getaran
a = =
a = - Aw2 sin wt a = - w2 . y
Fp = W . sin
HK . III NewtonM.a = mg sin
A = 9 sin
a = 9 .x
PI = R sin PII = R cos
y = A sin y = R sin
X = A cos wt
Y = A sin wt = A sin . t
y = Aw cos wt mas = Aw
Contoh soal !
1. Sebuah ayunan sederhana dengan massa benda 250 gr dan panjang tali 12 cm bergerak
hormonik sederhana (3p+9b) tentukanlah besar gaya pemutih pada ayunan tersebut.
2. Sebuah partikel bergerak harmonik sederhana. Persamaan simpangannya dinyatakan oleh
y = 6 sin 0,2t dengan t dalam sekon y dalam cm, hitunglah :
a) Amplitudo c) Persamaan kec. Dan percepatannya
b) Periode dan frekuensi gerak d) Simpangan kec. Dan …. Pada t = 2,5… sekon
1. Diket : m = 250 gr
= 12 cm
Dit : Fp ?
Jawab : Fp = w . sin x x = = 0,8 cm
= 0,25 . 10 .
= 2,5 . 0,6 = 1,5 N
2. Diket : y = 6 sin 0,2 t
Dit : A ?
Jawab : y = A sin w t
y = 6 sin 0,2
a) A = 6 m
w = 0,2 rad/s
2 f = 0,2
b) f =
T =
= 1 x sekon
c) = = d(6 sin 0,2 t)
= 0,2 . 6 cos 0,2 t
= 1,2 cos 0,2 t
a =
=
= - 0,2 . 1,2 sin 0,2 t
9,6 cm12 cm
= - 0,24 sin 0,2 t
d) t = 2,5 sekon
y = 6 sin 0,2 t
= 6 sin 0,2 . 2,5
= 6 sin 0,5 = 6 sin 90 m = 6m
= 1,2 cos 0,2 . 2,5
= 1,2 cos 0,5 = 1,2 cos 90 m/s = 0 m/s
a = - 0,24 sin 0,2 . 2,5
= - 0,24 sin 0,5 = - 0,24 sin 90 m/s2 = - 0,24 m/s2
Ayunan Sederhana
a = 9 sin a = - w2 . y
a = 9 .
w2 – y = 9 .
(2 f)2 = Rumus Pegas Juga
4 2f2 =
f =
Pegas
f = T = 2
1. Sebuah pegas dengan konstanta pegas 800 N/m digantung vertikal pada ujungnya diberi
beban 300 gr. Beban ditarik, ditarik kebawah dan dilepaskan sehingga pegas bergerak bolak-
balik. Hitunglah frekuensi dan periode getar pegas.
2. Sebuah ayunan sederhana memiliki frekuensi 1,5 Herst. Hitunglah panjang tali yang
digunakan jika grafitasi 9,8 m/s2
3. Sebuah jam bandul dipindahkan dari suatu lokasi yang percepatan grafitasinya 9,8 m/s2
ketempat lain yang grafitasinya 10,02 m/s2. berapakah prosentasi perubahan panjang bandul
jika jika periode jam bandul tersebut tetap ?
1. Diket : k = 800 N/m
m = 300 gr = 0,3 kg
Dit : T dan f ?
Jawab : T = 2
f =
T = 2
= 2 = T = 2
f = f =
f = .40 = f =
2. Diket : f = 1,5 Hz 9 = 9,8 m/s2
Dit : ?
Jawab : f =
1,5 =
2,25 =
9 = 9,8
=
3. Diket : 91 = 9,8 m/s2 92 = 10,02 m/s2
Dit : ?
Jawab : T1 = 2 = 2
= = =
=
=
= 0,02
= 0,02 x 100 = 2,2
SUDUT FASE, FASE DAN BEDA FASE GERAK HARMONIK SEDERHANA
… =
Sudut fase ( )
= w . t =
= 2 = 2 …
= A sin w t
Beda fase …
t1 - t….1 = … = …2 - …1
t2 – t …2 = … =
SUPERPOSISI 2 GETARAN HARMONIK SEDERHANA
a) Secara grafik
b) Secara matematis
y1 + y2 = sin ½ ( ) cos ½ ( )
Kedudukan Partikel dalam Getaran
- Sefase … = 0,1,2… atau … = n
- Berlawanan … = ½, 1½,… atau … = n + ½
n bilangan cacah
n = 0,1,2,…
Soal
1. 2 buah partikel melakukan gerak harmonik pada suatu garis lurus. Kedua partikel itu berankat
dari titik keseimbangan pada saat dan arah yang sama. Periodenya masing-masing dan
.
a. Hitung sudut fase
b. Fase
c. Beda fase setelah partikel itu bergerak selama s
d. Kapa 2 fase tiu berlawanan
e. Kapan fase kedua partikel sama
f. Kapan fase kedua partikel berbeda
Diket : T1 = T2 =
Dit : a) θ, …., … t = s
b) t … berlawanan
c) t … sefase
d) … = t ?
Jawab :
a) 1 =
1 =
2 =
…1 =
…2 =
… = …2 - …1 … = - =
b) … = …2 - …1
=
= 7t – 4t = 3t
… = 3t
… = n + ½
3t = n + ½
jika n = 0, t = …
c) … = n
3t = n
t =
t = 0, , ,…
d) … = n +
3t = n + n = 0,1,2,3…
t =
ENERGI GETARAN HARMONIK
1. Energi Kinetik
Ek = ½ mV2 (energi kinetik)
= ½ M (a W COS WT)2
= ½ M . A2 . w2 . cos2 w t
= ½ . A2 . w2 . cos2 w t
f =
(2 f)2 =
4 2f2 =
m = k
2. Energi Potensial
Ep = ½ ky2 ½ k x2
Ep = ½ k (A sin w t) 2
3. Energi Mekanik
EM = Ek + Ep
= ½ k A2 cos2 w t + ½ k A = …
Ek = ½ k A2 cos2 w t
½ m 2 = ½ k A2 cos2 w t
2 = A2 cos2 w t
2 = w2 A2 (1- sin2 w …
= w2 A2 - w2 A2 sin2
2 = w2 (A2 - y2)
Jika diket Amplitudo
Ek = ….
1. Benda yang massanya 20 gr digantungkan pada pegas dengan 0,8 m dan bertambah panjang
sejauh 10 cm. Benda ditarik 5cm ke bawah dan dilepaskan, tentukanlah :
a. Kec. benda pada saat simpangannya 1cm
b. Energi total benda
c. Energi potensial dan energi kinetik pada saat simpangannya 2cm
Ek = ½ k A2 . cos2 w tEk max = ½ k A2
Ep = ½ k A2 sin2 w t
EM = ½ k A2
= w
d. Simpangan benda pada saat kecepatannya 0,4 m/s
2. Tentukan fase getaran saat energi kinetiknya 3x energi potensialnya.
3. Sebuah benda yang masanya 10gr bergerak harmonik dengan persamaan simpangan y = 0,1
sin 100 t y(cm) t (s). tentukan energi total getaran itu?
GELOMBANG MEKANIS (Gel. Tali, laut, air)
Gelombang Arah rambatan Tranversal bukit
Longitudinal (gel. bunyi)
Medium Mekanik : (perlu medium) gel. Bunyi
Elektromagnetik : gel. Cahaya (tidak perlu medium)
Amplitudo Gelombang berjalan : Amplitudonya tetap
Gelombang stasioner : Amplitudonya berubah
Persamaan Umum Gelombang
B F
B1 C E F1 G
D
Gelombang Berjalan
A
X
y = A sin w t
= A sin 2 …
… =
…p =
=
yp = A sin 2 … p
= A sin 2 ( )
= A sin (w t - )
yp = A sin (w t – kx)
yp = A sin (w t kx)
D1
= ….
T = f =
ke atas ke kanan
Kecepatan Partikel
p =
= A w cos (wt - kx)
ap =
= A w2 cos (wt - kx)
Sudut Fase, Fase dan Beda Fase Gelombang Berjalan
yp = A sin 2 ( )
= A sin 2 … p
Sudut fase ( p)
p = (wt - kx) = 2 ( )
Fase (…1)
…p = …p =
Beda fase
B … = ….B - ….A
.C = ( ) - ( )
=
1. Salah satu ujung seutas kawat digetarkan harmonik dengan frekuensi 5Hz dan amplitudonya
16cm sehingga getaran tersebut merambat kekanan sepanjang kawat dengan cepat rambat 20
m/s. tentukan :
a. Persamaan umum simpangan gelombang berjalan.
b. Kecepatan dan percepatan partikel di titik x = 38,5 m ketika ujung klawat telah bergetar
1,5 sekon.
c. Kecepatan dan percepatan max.
d. Beda fase antara 2 partikel yang terpisah pada jarak 1 ½ m.
e. Sudut fase dan fase gelombang kejadian di B
Diket : f = 5 Hz A = 16 cm = 16 . 10-2m
= 20 m/s
Dit : a. Pers. y b. dan a x = 38,5 m, t = 1,5 s c. dan a max.
d. … x = 1 ½ m e. … di B
Jawab :
a. y = A sin (w t – kx)
2 f = w
2 5 = w 10
= k
= k
k =
y = 0,10 sin (10 t - )
y = 0,16 sin 2 (5t - ) y = 0,16 sin 2 (5t – 0,25x)
b. x = 38,5 m, t = 1,5 s
=
= 0,16 10 cos (
= 1.6 cos (15 - 19,25 )
= 1,6 cos (-4,25 )
= 1,6 cos 45
= 1,6 . ½ = 0,8 m/s
a =
= 1,6 cos (15 - 19,25 )
= 1,6 (10 )2 cos (15 - 19,25 )
= 16 2(½ ) = 8 2 m/s2
c. max = A . w
= 0,16 (10 ) = 288 m/s = 16 m/s
a max = - A (w2)
= -0,16 (10 )2 = - 518 . 400 m/s2 = - 16 2 m/s2
d. … =
e. = (w t – kx)
= (10 . 1,5 - . 38,5) = 15 - 19,25
= -4,25
… = = = 2,125 = -2
1. Gelombang Stationer
Persamaan gelombag stationer ujung terikat
y1 = A sin (kx - wt)
y2 = A sin (kx + wt)
y1 + y2 = A sin (kx - wt) + A sin (kx + wt)
y1 + y2 = A(sin (kx - wt) + sin (kx + wt))
= A (2 sin ½ (2 kx) cos ½ (-2 wt))
= A (2 sin kx cos (-wt)
= 2A sin kx cos (-wt)
y1 + y2 = As cos (wt)
Ket. As = Amplitudo Stationer
Letak Perut dan Simpul
Simpul
s = 0, ,…
s =
n = 0,1,2,3,…
Perut
P =
Pn = (2n + 1)
1. Seutas kawat yang panjanynya 100cm yang salah satu ujungnya digerakkan naik turun
dengan frekuensi = Hz dan A16cm. Ujung yang lain terikat getaran merambat ke kanan
dengan cepat rambat 4,5 cm/s. Tentukan,
a. Amplitudo gelombang hasil interferensi di titik yang berjarak 61cm dari titik asal getaran.
b. Letak simpul ke-5 dan perut ke-4 dari titik asal getaran
Jawaban !
Diket : = 100cm A = 16cm x = - 6 = 39
f = Hz = 4,5 cm/s
Dit : a. As
b. P4 dan P5
Jawab : As = 2A sin kx k =
As = 2 . 16 sin . 39 k = = k =
As = 32 sin ( ) = = 36
As = 32 sin 30 Dari titik asal
= 32 . ½ = 16 100 – 63 = 37cm
P4 = (2n = 1)
= (2 (3) + 1)
= 100 – 72 = 28cm
2. Ujung Bebas
Super posisi stationer
Letak Perut dan Simpul
Soal !
1. Seutas tali horisontal panjangnya 255cm salah satu ujungnya di naikkan naik turun dengan
frekuensi Hz dan amplitudo 10cm. Ujung yang lain dibiarkan bebas. Jika cepat rambat
getaran sepanjang tali 9 cm/s, tentukan :
a. As (amplitudo gel. Stationer di titik berjarak 255cm dari tiik asal getaran).
b. Letak simpul ke-5 dan perut ke-7 dari titik asal getaran
2. Getaran dari sebuah pegas yang panjangnya 60cm dinyatakan oleh : y = 4 cos ( ) sin (100
t).
a. Tentukan simpangan maksimum suatu partikel pada x = 15cm
b. Tentukan letak simpul sepanjang pegas
c. Berapakah kelajuan partikel pada x = 5cm dan f = s
Jawaban !
1. Diket : = 255cm f = Hz A = 10cm = 0,1m
= 9 cm/s = m/s
Jawab :
a. As 10cm
As = …………..
b. ………