GELOMBANG

1. Pengertian Gelombang
Gelombang adalah rambatan energi dengan tidak disertai perpindahan partikelnya.


2. Macam-macam Gelombang

1. Berdasarkan arah rambatannya ada dua macam gelombang, yaitu :
1. Gelombang transversal
2. Gelombang longitudinal

2. Berdasarkan medium perambatannya :
1. Gelombang mekanik
2. Gelombang elektromagnetik

3. Berdasarkan amplitudonya :
1. Gelombang berjalan
2. Gelombang stasioner


Gelombang transversal

Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah rambatnya.

Contohnya : gelombang tali, gelombang pada permukaan air.

Perambatan gelombang trasversal berbentuk bukit dan lembah.

Beberapa istilah yang berkaitan dengan gelombang transversal, antara lain :
- Puncak gelombang adalah titik-titik tertinggi pada gelombang, misalnya b dan f.
- Dasar gelombang adalah titik-titik terendah pada gelombang, misalnya d dan h.
- Bukit gelombang, misalnya lengkungan a-b-c dan g-h-i.
- Lembah gelombang, misalnya cekungan c-d-e dan g-h-i.
- Amplitudo (A) adalah nilai simpangan terbesar yang dapat dicapai partikel.
- Panjang gelombang (l) adalah jarak antara dua puncak yang berurutan, misalnya b-f, atau jarak antara dua dasar yang berurutan, misalnya d-h.
- Periode (T) adalah selang waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang, atau selang waktu yang diperlukan untuk dua puncak yang berurutan atau dua dasar yang berurutan.


Gelombang longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya searah dengan rambatannya.
Misalnya : gelombang pada pegas, gelombang pada bunyi.

Panjang gelombang (l) merupakan jarak antara dua pusat regangan yang berdekatan atau jarak antara dua pusat rapatan yang berdekatan, sedangkan jarak antara pusat regangan dan pusat rapatan yang berdekatan adalah setengah panjang gelombang ( ½ l).

Hubungan periode dan frekuensi adalah :

Cepat rambat gelombang (v) :
adalah jarak yang ditempuh tiapsatuan waktu

untuk s = l dan t = T
maka atau v = l f

Contoh :
Dalam waktu 5 sekon 20 gelombang melewati sebuah kapal. Jarak dua puncak gelombang 20 cm. Tentukan :
a. Panjang gelombang
b. Periode gelombang
c. Frekuensi gelombang
d. Cepat rambat gelombang

Penyelesaian :
t = 5 sekon
n (jumlah gelombang) = 20
l = 20 cm

Perhitungan :
a. l = 20 cm
b. T = 5/20 = ¼ sekon
c. f = 1/T = 4 Hz
d. v = l f = 20 x 4 = 80 m/s


3. Simpangan Gerak Harmonis

Gerak Harmonis Sederhana adalah gerak bolak - balik suatu benda melewati titik keseimbangan. Contohnya, bandul jam yang bergerak ke kiri dan ke kanan, penggaris yang salah satu ujungnya dijepit di meja dan ujung lainnya digetarkan. Dalam Gerak Harmonis Sederhana, benda terbagi menjadi tiga bagian. Dimana tiap benda yang bergerak secara harmonis akan memiliki simpangan, kecepatan ,dan percepatan. Ketiganya nanti akan dibahas secara lebih lanjut di halaman gerakberikutnya. Termasuk pula akan dibahas mengenai sudut fase, fase, dan beda fase Selanjutnya, akan dibahas pula mengenai gaya pegas yang erat hubungannya dengan gerak haromnis sederhana Dalam hal pegas ini, yang akan dibahas adalah Elastisitas dan Hukum Hooke. Selain itu, modulus elastisitas atau yang sering disebut juga dengan sebutan Modulus Young, yang artinya perbandingan antara tegangan dan regangan, juga akan dibahas secara lanjut di halaman berikutnya. Tegangan dan regangan itu sendiri juga akan dibahas scara satu persatu.
Contoh :
Ayunan dengan panjang tali 1,5 m selama 1/2,4 sekon telah bergetar dengan frekuensi 0,2 Hz. Hitunglah simpangannya !
. Penyelesaian :
Diketahui : A = 1,5 m
t = 1/2,4 sekon
f = 0,2 Hz =1/5 Hz
Ditanyakan : Y = ……..
Perhitungan : Y = A sin (2p/T) t
T = 1/f = 1/(1/5) = 5 sekon
Y = A sin (2p/T) t
= 1,5 . sin (2.180o/5) . 1/2,4
= 1,5 . sin (360o/12)
= 1,5 . sin 30o
= 0,75 m



4. Simpangan Gelombang Berjalan

Contoh :
1. Persamaan gelombang berjalan dari seutas tali Y = 8 sin 2p(50t – 4x). Jika x dan Y dalam cm dan t dalam sekon, hitunglah :
a. amplitudo
b. panjang gelombang
c. frekuensi

Penyelesaian :

Diketahui : Y = 8 sin 2p(50t – 4x)

Perhitungan Y = A sin 2p
a. amplitudo = 8 cm
b. = 4x maka l = ¼ cm
c. = 50t maka T = sekon
frekuansi f = Hz

2. Gelombang merambat dari titik A ke titik B dengan periode 0,2 sekon. Jarak AB 0,3 meter. Jika cepat rambat gelombang 2,5 m/s, dan A telah bergetar selama 2 sekon, amplitudo 1 meter, hitunglah :
a. Beda sudut fase di A dan B
b. Fase titik B
c. Frekuensi gelombang
d. Panjang gelombang
e. Simpangan di titik B

Penyelesaian :

Diketahui :
v = 2,5 m/s
T = 0,2 sekon
t = 2 sekon
A = 1 meter
x = 0,3 meter

Perhitungan :
a. Beda sudut fase A dan B = 2px/l
l = v x T = 2,5 x 0,2 = 0,5 m
2px/l = 2p. 0,3/0,5 = 1,2p rad

b. Frekuensi gelombang (f)
f = 1/T = 1/0,2 = 5 Hz
c. Panjang gelombang (l)
l = v x T = 2,5 x 0,2 = 0,5 m

d. Fase di B = tB/T
Jadi fase di B = 0,88/0,2 = 4,4

e. Simpangan di B
Y = A sin (2p/T) tB
= 1 sin (360o/0,2) x 0,88
= 1 sin 360o x 4,4
= 1 sin(360ox 4) + 1 sin(360ox 0,4)
= 1 sin (360ox 0,4)
= 1 sin 144 o
= 0,587 m


5. Fase Gelombang

Fase gelombang menyatakan keadaan getaran suatu titik pada gelombang yang berkaitan dengan simpangan dan arah getarannya.
Dua titik dikatakan fasenya sama, apabila arah getaran dan simpangannya sama. Demikian pula dua titik memiliki fase berlawanan, apabila simpangannya sama tetapi arahnya berlawanan.
Titik-titik pada gelombang yang memiliki fase sama :
1. O dan U
2. P dan V
3. S dan Y, dan seterusnya.
Jarak antara dua titik berdekatan yang memiliki fase sama : Dx
Dx = (2n) x ½ l
n = 0,1,2, ……
Titik-titik yang memiliki fase berlawanan :
1. O dan R
2. P dan S
3. S dan V, dan seterusnya.
Jarak antara dua titik berdekatan yang fasenya berlawanan :
2n+1 = bilangan ganjil



6. Energi Gelombang

Sewaktu gelombang melalui medium, energi dipindahkan dalam bentuk getaran dari partikel satu ke partikel lainnya dalam medium, tetapi partikel-partikel sendiri tidak ikut berpindah. Ternyata energi yang dipindahkan oleh gelombang sebanding dengan :
1. Kuadrat amplitudonya
E µ A2 atau E = A2
2. Kuadrat frekuensinya
E µ f 2 atau E = f 2

Contoh :
Suatu gelombang memindahkan energi sebesar 1000 Joule. Berapakah energi yang akan dipindahkan oleh gelombang itu jika :
a. Amplitudo diperbesar 2x dan f tetap
b. Amplitudo tetap dan f diperbesar 2x
c. Amplitudo dan frekuensi diperbesar 2x.

Penyelesaian :
a. E µ A2 atau E = A2
1000 = A2® A = Ö1000
A’ = 2xA = 2Ö1000
E’ = (A’)2 = (2Ö1000)2 = 4000 J

b. E µ f 2 atau E = f 2
1000 = f 2® f = Ö1000
f ’ = 2x f = 2Ö1000
E’ = (f’ )2 = (2Ö1000)2 = 4000 J

c. E’ = (f’ )2(A’)2 . E
E’ = 22x22xÖ1000 = 16 000 J



7. Sifat-sifat Gelombang

Ada lima sifat gelombang, yaitu dapat :
1. Dipantulkan (reflection)
2. Dibiaskan (refraction)
3. Dilenturkan (difraction)
4. Dipadukan (interference)
5. Diserap arah getarnya (polaritation)
Kelima sifat gelombang di atas dimiliki oleh gelombang transversal, sedangkan gelombang longitudinal hanya memiliki empat sifat gelombang kecuali sifat polarisasi.



Pemantulan gelombang

Pemantulan gelombang terjadi jika gelombang mengenai penghalang, misalnya gelombang pada tali.
a. Bukit gelombang dipantulkan sebagai bukit untuk ujung bebas

b. Pada ujung tetap, bukit gelombang dipantulkan sebagai lembah gelombang

Pada pemantulan gelombang berlaku hukum pemantulan, yaitu : sudut pantul sama dengan sudut datang.


Pembiasan gelombang

Pembiasan gelombang adalah peristiwa pembelokan gelombang, ketika gelombang merambat dari satu medium (misalnya udara) menuju medium lain (misalnya air). Pada peristiwa ini frekuensi dalam kedua medium tetap sama, tetapi cepat rambat dan panjang gelombangnya tidak sama.
Pada pembiasan berlaku hukum pembiasan sebagai berikut :

a. Gelombang datang, garis normal, dan gelombang bias terletak pada satu bidang datar.

b. Gelombang yang datang dari medium rapat (air) ke medium kurang rapat (udara) dibiaskan menjauhi garis normal

c. Gelombang yang datang dari medium kurang rapat (udara) ke medium rapat (air) dibiaskan mendekati garis normal

Hubungan antara sudut datang dan sudut bias sebagai berikut :

i = sudut datang
r = sudut bias
v1 = cepat rambat dalam medium 1
v2 = cepat rambat dalam medium 2
n1 = indeks bias nedium 1
n2 = indeks bias medium 2
n = indeks bias meium
c = cepat rambat cahaya = 3 x 108 m/s

Contoh :
1. Gelombang merambat dari udara (nu=1) ke air (na=1,34). Jika sudut datangnya 40o. Tentukan sudut biasnya !

Penyelesaian :

r = 28,2o


2. Suatu gelombang melalui udara (nu=1) dengan kecepatan 5.103m/s dan panjang gelombangnya 4,6.10-2m, menuju ke plastik (np=1,6). Hitunglah :
a. Kecepatan gelombang dalam plastik
b. Panjang gelombang dalam plastik

Penyelesaian :
v1 = 5.103m/s
l1 = 4,6.10-2m
n1 = 1
n2 = 1,6
a. n1 . v1 = n2 . v

b. n1 . l1 = n2 . l2
1 x 4,6.10-2 = 1,6 x l2


Difraksi gelombang

Difraksi gelombang adalah suatu sifat gelombang, dimana gelombang mengalami pembelokan karena adanya penghalang berupa celah tipis/sempit.
Untuk lebar celah yang tetap, makin besar panjang gelombangnya makin kuat difraksinya, makin pendek panjang gelombangnya makin lemah difraksinya.
Untuk panjang gelombang tetap, makin sempit celahnya makin kuat difraksinya.


Interferensi gelombang

Interferensi gelombang adalah pengaruh fisis yang ditimbulkan oleh pertemuan dua gelombang dalam suatu medium. Pengaruh fisis tersebut dapat menguatkan atau melemahkan.

A® ¬B A+B
Interferensi konstruktif

A® ¬B A+B
Interferensi destruktif


7. Gelombang Stasioner

Seutas tali yang salah satu ujungnya diikat tetap (ujung tetap) digetarkan. Pada tali merambat gelombang menuju ke ujung tetap kemudian dipantulkan kembali oleh ujung tetap. Pada keadaan tertentu interferensi gelomang datang dan gelombang pantul menghasilkan gelombang stasioner. Pada gelombang stasioner tedapat titik-titik yang tampak tidak bergerak (simpangan = 0). Titik ini dinamakan simpul. Di sebelah titik simpul terdapat titik-titik yang bergetar dengan amplitudo berbeda. Titik ini dinamakan perut. Pada gelombang stasioner terdapat titik simpul dan titik perut yang saling bergantian dengan jarak ¼l, dan jarak antara simpul yang berdekatan atau perut yang berdekatan sebesar ½l.

Cepat rambat gelombang stasioner dalam dawai

Percobaan Melde yang dilakukan dengan menggunakan sebuah garputala, dawai, beban, dan vibrator menghasilkan gelombang stasioner dalam dawai. Cepat rambat gelombang stasioner tersebut memenuhi persamaan :
, dengan
v = cepat rambat gelombang (m/s)
F = gaya tegangan (N)
m = massa persatuan panjang (kg/m)

dalam hal ini kita dapat melihat pergerakan dari gerakan gelombang itu sendiri pada animasi gerakan gelombang panjang berikut, klik kata yang bergaris bawah berikut ini.