Materi Fisika Karakteristik Gelombang Mekanik

Pengertian Gelombang

Gelombang adalah getaran atau usikan yang merambat.

Jenis-Jenis Gelombang

Berdasarkam medium perambatannya gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :

1.  gelombang mekanik

Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium untuk merambat.

Contoh : gelombang bunyi, gelombang air.

2.  gelombang elektromagnetik

     Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat.

Contoh : gelombang cahaya, sinar X, gelombang radio.

Berdasarkan arah getarannya, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu :

1.  gelombang transversal

Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah perambatannya.

Contoh : gelombang pada tali

2.  gelombang longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya searah dengan arah perambatannya.

Contoh : gelombang pegas atau slinki

Berdasarkan Amplitudonya, gelombang terbagi menjadi :

1.  gelombang berjalan

Gelombang berjalan adalah gelombang yang memiliki amplitudo tetap.

2.  gelombang stasioner

Gelombang stasioner adalah gelombang yang mempunyai amplitudo yang berubah-ubah.

Gelombang Transversal

Pada gelombang transversal mempunyai bagian dan besaran sebagai berikut :

1.  Puncak gelombang yaitu titik tertinggi pada gelombang

2.  Dasar gelombang, yaitu titik terendah pada gelombang

3.  Bukit gelombang

4.  Lembah gelombang

5.  Amplitudo gelombang, yaitu simpangan terbesar gelombang    atau tinggi puncak gelombang.

6. Panjang gelombang, yaitu jarak antara dua puncak gelombang  yang berurutan  atau jarak antara dua dasar gelombang yang berurutan. Satu panjang gelombang terdiri   dari sebuah bukit dan sebuah lembah gelombang.

7.  Periode gelombang, yaitu waktu yang diperlukan untuk   menempuh satu panjang gelombang.

8.  Frekuensi gelombang, yaitu banyaknya gelombang yang terjadi tiap detik.

 Gelombang Longitudinal

 

Pada gelombang longitudinal, terdiri dari rapat dan renggangan. Satu Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan dengan rapatan yang berurutan, atau jarak antara renggangan dengan renggangan yang berurutan.

Besaran-besaran Pada Gelombang

1.   Amplitudo (A)

Amplitudo adalah simpangan maksimum gelombang yang memiliki satuan meter (m).

2.  Panjang gelombang (l)

Jika ditinjau dari gelombang transversal, panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak yang berdekatan atau jarak antara dua lembah yang berdekatan. Pada gelombang longitudinal, panjang gelombang adalah jarak antara pusat rapatan ke rapatan berikutnya atau pusat regangan ke pusat regangan berikutnya.

3.  Frekuensi gelombang (f)

Frekuensi adalah banyaknya gelombang yang dapat terbentuk setiap detik. Secara matematis frekuensi dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan:

f = frekuensi gelombang (Hz);

n = jumlah gelombang yang terbentuk; dan

t = waktu tempuh gelombang (s).

4.  Periode gelombang (T)

Periode adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menempuh satu Panjang gelombang. Periode juga bisa didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan gelombang untuk melakukan satu kali putaran. Secara matematis periode dirumuskan sebagai berikut :

       

Keterangan:

f = frekuensi gelombang (Hz);

T = periode (s);

n = jumlah gelombang yang terbentuk; dan

t = waktu tempuh gelombang (s).

5.  Kecepatan Rambat Gelombang

Kecepatan rambat gelombang pada suatu medium dapat dihitung dengan :

v = kecepatan rambat gelombang (m/s)

l= panjang gelombang (m)

f = frekuensi gelombang (Hz)

T = periode gelombang (s)

6.  Fase dan beda fase Gelombang

Fase gelombang  adalah keadaan gelombang yang berkaitan dengan simpangan dan arah rambatnya. Secara matematis fase gelombang dinyatakan sebagai berikut :

Dimana j = fase gelombang (tanpa satuan) ; q = sudut fase (rad). Dua titik dikatakan sefase jika kedua titik memiliki jarak 1l, 2l, 3l ….,nl.  Jadi kedua titik akan memiliki amplitudo dan arah gerak yang sama. Dua titik dikatakan berlawanan fase jika kedua titik berjarak

 

Kedua titik akan memiliki arah simpangan yang berlawanan, walaupun sama besar. Sedangkan beda fase adalah apabila pada tali terdapat dua buah titik, maka beda fasenya adalah jarak antara dua titik tersebut. Persamaan beda fase gelombang adalah sebagai berikut :

 

sehingga beda sudut fase dinyatakan :

7.  Energi dan Intensitas Gelombang

Gelombang memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain. Gelombang merupakan getaran yang merambat dalam suatu medium. Energi getaran merambat dari satu partikel ke partikel lain sepanjang medium, walaupun partikelnya sendiri tidak berpindah. Besarnya energi gelombang adalah :

 

 

 

 

 

 

 

Besarnya energi gelombang yang dipindahkan per satuan luas per satuan waktu disebut intensitas gelombang. Besarnya intensitas gelombang bunyi adalah :

Contoh Soal :

1.    Berikut ini merupakan gambar gelombang transversal.

 

 

Tentukanlah :

a.  Frekuensi getaran

b.  Panjang gelombang

c.  Cepat rambat gelombang.

 

Pembahasan :

Dari gambar didapatkan bahwa :

T = t/n

T = 8/2

T = 4 s

Maka,

a. Frekuensi Getaran

    f = 1/T

    f = ¼

      f = 0.25 Hz

b. Panjang Gelombang

      λ = s/n

      λ = 16 cm/2

      λ = 8 cm

c. Cepat Rambat Gelombang

     v = f × λ

     v = 0.25×8

    v = 2 m/s 

2.  Suatu gelombang permukaan air yang frekuensinya 500 Hz merambat dengan kecepatan 350 m/s. tentukan jarak antara dua titik yang berbeda sudut fase 60°!

    Pembahasan :

 

Beda fase gelombang antara dua titik yang jaraknya diketahui adalah

 

 

3.  Sebuah gelombang transversal memiliki frekuensi sebesar 0,25 Hz. Jika jarak antara dua buah titik yang berurutan pada gelombang yang memiliki fase sama adalah  0,125 m, tentukan cepat rambat gelombang tersebut, nyatakan dalam satuan cm/s!

Pembahasan :

f = 0,25 Hz

Jarak dua titik yang berurutan dan sefase:

λ = 0, 125 m

ν = .....

ν = λ f

ν = (0,125)(0,25) = 0,03125 m/s = 3,125 cm/s

4. Seutas tali digetarkan pada salah satu ujungnya sehingga menghasilkan gelombang seperti gambar.

 

Jika ujung tali digetarkan selama 0,5 s, tentukanlah besar  panjang gelombang dan cepat rambat gelombang di atas !

Pembahasan :

Untuk dua buah gelombang = 50 cm

Jadi satu panjang gelombang λ = 50 cm / 2 = 25 cm

T = 0,5/2 = 0,25 s

Cepat rambat:

v = λ/ T

v = 25 / 0,25

v = 100 cm/s

5.  Sebuah gelombang transversal memiliki periode 4 s. Jika   jarak antara dua titik berurutan yang fasenya sama adalah 16   cm, berapakah  cepat rambat gelombang tersebut ?

Pembahasan : 

Diketahui  : 1λ = 16 cm, T = 4 s

Ditanya   : v

Jawab :

v = λ/ T

v = 16 / 4

v = 4 cm/s

Kalibrasi Termometer dan Hubungan Panjang Kolom Raksa dan Bacaan Suhu