Bab IX Getaran dan Gelombang

A. GetaranGetaran dapat didefinisikan sebagai gerak bolak-balik di sekitar titik kesetimbangan.

Setiap benda yang melakukan gerak bolakbalik di sekitar titik kesetimbangannya dikatakan bergetar.

1. AmplitudoAmplitudo didefinisikan sebagai simpangan getaran paling besar dari suatu

getaran. Amplitudo suatu getaran berkaitan erat dengan energi getaran tersebut. Jika amplitudo suatu getaran besar, maka energi getarannya juga besar. Sebaliknya, jika amplitudo suatu getaran kecil, maka energi getarannya juga kecil.

2. Periode dan FrekuensiPeriode adalah waktu yang dibutuhkan oleh bandul untuk membuat satu getaran

Periode getaran dilambangkan dengan T. Untuk mengukur periode getaran digunakan persamaan sebagai berikut.

Keterangan:T = periode getaran (sekon) t = waktu yang diperlukan (sekon)n = jumlah getaran

Frekuensi adalah Jumlah getaran setiap satu detik. Frekuensi getaran dilambangkan dengan f, dirumuskan:

Keterangan:f = frekuensi getaran (Hertz)n = jumlah getarant = waktu (sekon)

Satuan frekuensi adalah Hertz (Hz).

3. Hubungan antara frekuensi dan periodeHubungan antara frekuensi dan periode dapat dituliskan dalam bentuk matematika

sebagai berikut.

B. Gelombang 1. Pengertian Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat melalui suatu medium. Syarat perlu agar suatu gelombang terjadi adalah adanya medium dan energi.

2. Gelombang Mekanik dan Gelombang ElektromagnetikBerdasarkan medium perambatannya, gelombang dibedakan

menjadi dua kelompok, yaitu : a. Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya. Gelombang air, gelombang bunyi, gelombang tali, dan gelombang pada slinki merupakan contoh-contoh gelombang mekanik.

b. Gelombang ElektromagnetikGelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa

medium, misalnya gelombang radio, gelombang cahaya dan gelombang radar.

3. Gelombang Transversal dan Gelombang LongitudinalBerdasarkan arah rambatan dan arah getarannya, gelombang dibedakan menjadi

dua, yaitu :a. Gelombang transversal

Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatannya. Contoh dari gelombang transversal adalah gelombang pada permukaan air, dan semua gelombang elektromagnetik, seperti gelombang cahaya, gelombang radio, ataupun gelombang radar.

Gambar Bagian-bagian gelombang transversal

b. Gelombang LongitudinalGelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya sejajar dengan

arah rambatannya. Gelombang longitudinal dapat diamati pada pegas.

Gambar Bagian-bagian gelombang longitudinal

Pada gelombang longitudinal terdapat regangan dan rapatan. Panjang satu gelombang pada gelombang longitudinal adalah jarak antara dua rapatan, atau jarak antara dua regangan. Gelombang bunyi dan gelombang pada gas yang ditempatkan di dalam tabung tertutup merupakan contoh gelombang longitudinal.

4. Cepat Rambat, Frekuensi, dan Panjang GelombangPanjang gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam satu

periode. Panjang gelombang dilambangkan dengan λ (dibaca: lambda). Dalam Sistem Internasional (SI), satuan panjang gelombang adalah meter (m).

Frekuensi adalah jumlah gelombang yang terbentuk selama satu detik. Frekuensi dilambangkan dengan f. Dalam Sistem Internasional (SI), satuan frekuensi adalah Hertz (Hz).

Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu detik. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v, dan dalam Sistem Internasional (SI), satuannya adalah m/s.

Hubungan antara cepat rambat gelombang (v), panjang gelombang (λ), periode (T), dan frekuensi (f) adalah:

5. Pemanfaatan Gelombang dalam Kehidupan Sehari-hariBerikut adalah aplikasi gelombang dalam kehidupan sehari-hari.

a) Satelit BuatanSatelit buatan adalah seperangkat alat elektronik yang diorbitkan pada orbit

tertentu di luar angkasa. Dalam bidang telekomunikasi digunakan untuk menerima dan menyebarkan gelombang televisi dari suatu tempat di bumi kemudian menyebarkannya ke bagian bumi lain sehingga informasi dapat disampaikan saat itu juga.

b) Sel SuryaSel surya digunakan manusia untuk menampung gelombang sinar Matahari

sehingga manusia memperoleh bentuk energi baru.

c) Eksplorasi Minyak dan Gas BumiPara ahli geofisika melakukan penelitian terhadap perut bumi dengan memberikan

gelombang mekanik pada bumi. Gelombang tersebut akan dijalarkan oleh bumi ke segala arah. Jika gelombang tersebut mengenai batuan yang mempunyai sifat elastisitas berbeda, gelombang tersebut sebagian akan dipantulkan dan sebagian akan diteruskan. Dari serangkaian data waktu pemantulan, para ahli geofisika dapat memperkirakan jenis batuan yang dilalui gelombang dan memperkirakan adanya sumber minyak bumi, gas, atau mineral

d) SonarKapal-kapal laut biasanya menggunakan sonar untuk menemukan daerah di laut

yang banyak ikannya. Prinsip kerja sonar ini berdasarkan pada konsep pemantulan gelombang.

C. Gelombang Bunyi 1. Perambatan Bunyi

Selain pada udara dan zat cair, bunyi pun dapat merambat di dalam zat padat. Jadi, bunyi tidak dapat merambat melalui hampa udara (vakum). Syarat terjadi dan terdengarnya bunyi adalah sebagai berikut.a. Ada sumber bunyi (benda yang bergetar).b. Ada medium (zat antara untuk merambatnya bunyi).c. Ada penerima bunyi yang berada di dekat atau dalam jangkauan sumber bunyi.

2. Cepat Rambat Gelombang BunyiKecepatan perambatan gelombang bunyi bergantung pada medium tempat

gelombang bunyi tersebut dirambatkan. Selain itu, kecepatan rambat bunyi juga bergantung pada suhu medium tersebut. Kecepatan gelombang bunyi dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:v = cepat rambat bunyi (m/s) = jarak sumber bunyi dengan pengamat (m) = waktu (s)

3. Infrasonik, Ultrasonik, dan AudiosonikBerdasarkan frekuensinya, bunyi dapat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok,

yaitu 1. Ultrasonik

Bunyi yang mempunyai frekuensi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik. Bunyi ini hanya dapat didengar oleh lumba-lumba dan kelelawar. Bunyi ultrasonik dapat dimanfaatkan manusia untuk mengukur kedalaman laut, pemeriksaan USG (ultrasonografi).2. Audiosonik

Bunyi yang mempunyai frekuensi antara 20 Hz – 20.000 Hz disebut audiosonik. Selang frekuensi bunyi ini dapat didengar manusia. Akan tetapi, kepekaan pendengaran manusia semakin tua semakin menurun, sehingga pada usia lanjut tidak semua bunyi yang berada di rentang frekuensi ini dapat didengar.3. Infrasonik.

Bunyi yang mempunyai frekuensi di bawah 20 Hz disebut infrasonik. Bunyi ini dapat didengar oleh binatang-binatang tertentu, seperti anjing, laba-laba, dan jangkrik.

4. Efek DopplerGejala saat sumber bunyi dan pendengar saling bergerak relatif, frekuensi bunyi

yang terdengar oleh kedua belah pihak tidak sama. Disebut dengan efek Doppler. Secara matematis, efek Doppler dirumuskan dengan :

fp = frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz)fs = frekuensi sesungguhnya dari sumber bunyi (Hz)v = cepat rambat bunyi (m/s)vf = kecepatan pendengar (m/s)vs = kecepatan sumber bunyi (m/s)

Tanda ± dari persamaan di atas berlaku dengan ketentuan: Pendengar mendekati sumber → vp bertanda (+) Pendengar menjauhi sumber → vp bertanda (–) Sumber mendekati pendengar → vs bertanda (–) Sumber menjauhi pendengar → vs bertanda (+)

5. ResonansiJika sebuah benda bergetar, benda lain yang mempunyai frekuensi sama dan

berada dalam daerah rambatan getaran benda tersebut akan bergetar. Peristiwa ini disebut sebagai resonansi.

Sebagian alat musik seperti gitar memanfaatkan peristiwa resonansi ini untuk menghasilkan suara yang lebih nyaring.

Resonansi, selain membawa manfaat juga menimbulkan kerugian.Kerugian akibat resonansi antara lain adalah ketika terjadi gempa, bumi bergetar dan getaran ini diteruskan ke segala arah. Getaran bumi dapat diakibatkan oleh peristiwaperistiwa yang terjadi di perut bumi, misalnya terjadinya dislokasi di dalam perut bumi sehingga bumi bergetar yang dapat kita rasakan sebagai gempa.

6. Pemantulan Bunyia. Hukum Pemantulan Bunyi Hukum pemantulan bunyi sebagai berikut.

1. Bunyi datang, bunyi pantul, dan garis normal terletak pada bidang yang sama.

2. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Gambar Skema pemantulan bunyi oleh dinding pantul.

b. Pemantulan Bunyi dalam KeseharianPeristiwa-peristiwa pemantulan bunyi ini ada yang bersifat menguntungkan dan

ada juga yang bersifat merugikan. Contoh, ketika kamu berbicara dalam ruangan, maka sesaat kemudian terdengar suara dari pantulan bicara kamu. Pemantulan gelombang bunyi pun ada yang bersifat menguntungkan, misalnya penggunaan sonar yang digunakan nelayan untuk mendeteksi keberadaan ikan di bawah kapal mereka.

Pemantulan bunyi pun dapat digunakan untuk menentukan jarak sumber bunyi terhadap pemantul. Persamaan jarak sumber bunyi dan pemantul adalah sebagai berikut.

Keterangan:s = jarak tempuh gelombang bunyi (m)v = cepat rambat gelombang bunyi (m/s)t = waktu tempuh gelombang bunyi (t)

7. Jenis Pemantulan Bunyia. Gaung

Gaung terjadi bila bunyi pantul hanya sebagian yang bersamaan dengan bunyi asli (jarak sumber bunyi ke pendengar berbeda sedikit dengan jarak pendengar ke pemantul ke sumber bunyi). Gaung mengakibatkan bunyi pantul itu mengganggu bunyi asli.

Contoh: bunyi asli : ke - du – abunyi pantul : ke - du – aterdengar : ke .......... a

b. GemaJika bunyi pantul datangnya sesudah bunyi asli selesai diucapkan, bunyi pantul

demikian dinamakan gema. Gema terjadi bila jarak dinding pantul jauh. Apabila dalam satu detik dapat diucapkan 10 suku kata, maka untuk mengucapkan satu suku kata dibutuhkan waktu 1/10 detik.

c. Bunyi pantul yang memperkuat bunyi asliBunyi pantul dapat memperkuat bunyi asli jika jarak sumber bunyi dan dinding

pemantul tidak terlalu jauh. Sehingga dapat kita simpulkan bahwa kuat bunyi yang terdengar tergantung dari hal-hal berikut:

1. Amplitudo sumber bunyi,2. Jarak antara sumber bunyi dan pendengar,3. Resonansi,4. Adanya dinding pemantul (reflektor).

SOAL-SOAL

1. Perhatikan gambar dibawah ini!

Jika bola diayunkan, maka di bawah ini merupakan urutan 1 kali getaran yang benar, kecuali…

a. h – g – i – g – hb. g – h – g – i – gc. g – i – g– h – id. i – g – h – g – i

2. Perhatikan gambar ini!

Amplitudo gelombang ditunjukkan oleh ...a. BB' dan DD'b. AC dan CEc. AB' dan D'Ed. B'C dan CD'

3. Candra menggetarkan osilator yang menghasilkan getaran-getaran dengan frekuensi 0,25 kHz, besar periode adalah. . .a. 250 detik c. 0,25 detik b. 40 detik d. 0,004 detik

4. Perhatikan gambar berikut ini!

Satuan panjang gelombang adalah ...a. a – gb. a – dc. c – gd. c – f

5. Sebuah pegas bergetar dengan frekuensi 0,5 Hz. Waktu yang dibutuhkan pegas tersebut untuk melakukan 30 getaran adalah. . .

a. 15 detik c. 45 detikb. 30 detik d. 60 detik

6. Empat benda melakukan getaran dengan periode masing-masing, benda A 0,20 sekon, benda B 0,25 sekon, benda P 0,40 sekon dan benda Q 0,50 sekon. Perbandingan frekuensi benda yang benar sesuai pernyataan di atas adalah. . .

a. A : B adalah 4 : 5b. B : Q adalah 1 : 2c. A : P adalah 25 : 50d. B : P adalah 40 : 25

7. Ayunan di sekolah Diky bergetar seperti halnya bandul sederhana sebanyak 50 kali dalam waktu 2,5 sekon. Frekuensi ayunan itu adalah. . .

a. 2 Hz c. 20 Hzb. 5 Hz d. 50 Hz

8. Benda A bergetar 75 getaran tiap sekon, dan benda B bergetar 60 getaran tiap sekon. Perbandingan frekuensi benda A dengan benda B adalah ...

a. 6 : 7b. 5 : 4c. 4 : 5d. 3 : 5

9. Waktu yang diperlukan untuk melakukan 150 getaran adalah 3 menit. Periode getarannya adalah. . .

a. 1sekon c. 2,0 sekonb. 1,2 sekon d. 20 sekon

10. Bila dalam waktu detik terbentuk dua gelombang, periode gelombang adalah. . .

a. detik c. 3 detik

b. detik d. 6 detik

11. Suatu gelombang panjangnya 0,75 m dan cepat rambatnya adalah 150 m/s. Berapakah frekuensinya?

a. 20 Hz c. 200 Hzb. 50 Hz d. 225 Hz

12. Jika frekuensi suatu getaran 440 Hz dan panjang gelombangnya 75 cm, berapakah kecepatan gelombang itu?

a. 330 m/s c. 515 m/sb. 365 m/s d. 586 m/s

13. Dua puluh gelombang dihasilkan pada tali dalam waktu 5 sekon. Jika cepat rambat gelombang 20 m/s maka panjang gelombangnya adalah. . .

a. 4 m c. 80 mb. 5 m d. 100 m

14. Perhatikan gambar gelombang berikut ini!

Panjang gelombangnya adalah ...a. 0,6 m c. 0,1 mb. 0,8 m d. 0,15 m

15. Jarak antara 2 buah puncak gelombang yang berdekatan adalah 18 cm. Periode naik turunnya puncak gelombang adalah 0,25 sekon. Cepat rambat gelombang itu adalah ….

a. 72 m/s c. 4,5 m/sb. 0,72 m/s d. 9 m/s

16. Jika suatu sumber dengan frekuensi 50 Hz memancarkan gelombang dengan panjang gelombang 0,2 m, Waktu yang diperlukan gelombang untuk menempuh jarak 400 m adalah. .

a. 4 s c. 50 sb. 2 s d. 40 s

17. Dalam selang waktu 8 sekon terjadi gelombang seperti pada gambar di bawah ini.

Besarnya frekuensi gelombang diatas adalah. . .a. 0,5 Hz c. 0,4 Hzb. 5 Hz d. 2 Hz

18. Berikut ini adalah data kemampuan hewan dalam mendengar bunyi.

Dari data di atas, hewan yang mampu mendengar bunyi infrasonik adalah … a. Gajah

b. Gajah dan Kucing c. Anjing dan ikan Alosinae d. Ikan Alosinae

19. Cepat rambat gelombang radio adalah 300.000.000 m/s. Jika sebuah stasiun radio mengudara dengan panjang gelombang 500 m, maka frekuensi gelombang yang dipancarkan oleh stasiun radio tersebut adalah …..

a. 400.000Hzb. 600.000 Hzc. 1.500.000 Hz d. 1.677.777 Hz

20. Pernyataan yang benar mengenai hukum pemantulan bunyi adalah ...a. bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak pada satu bidang, sudut datang

lebih kecil dari sudut pantulb. bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak pada satu garis, sudut datang

sama dengan sudut pantulc. bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak pada satu bidang, sudut datang

sama dengan sudut pantuld. bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak pada satu bidang, sudut datang

tidak sama dengan sudut pantul

JAWABAN

1. 1 Kali getaran adalah gerakan 1 kali bolak balik kembali ke titik semula. Dari pilihan yang ada, yang tidak kembali ke titik awal adalah plihan ketiga.

Jawaban : C

2. Amplitudo adalah simpangan getaran paling besar dari suatu getaran. Simpangan dari gelombang tersebut ada dua yakni BB' dan DD'

Jawaban : A

3. TA = 0,20 TB = 0,25 TP = 0,40TQ = 0,50

fA : fB : fP : fQ = : : :

= : : :

= 5 : 4 : 2,5 : 2= 50 : 40 : 25 : 20

Dari perbandingan diatas, maka pernyataan yang memenuhi adalah pernyataan yang terakhir.

Jawaban : D

4. Berdasarkan rumus frekuensi,

Waktu yang dibutuhkan : t =

=

= 60 detik

Jawaban : D

5. Satuan panjang gelombang adalah panjang 1 bukit dan 1 lembah, karena gelombang ini adalah gelombang transversal.

Jawaban : C

6. Frekuensi (f) = 0,25 kHz = 250 Hz

T =

=

= 0,004 Detik

Jawaban : D

7. Frekuensi (f) =

=

= 20 HzJawaban : C

8. fA =

=

= 75 Hz

fB =

=

= 60 Hz

fA : fB = 75 : 60= 5 : 4

Jawaban : B

9. Periode (T) =

=

= 1,2 s

Jawaban : B

10. Periode (T) =

=

= detik

Jawaban : A

11. Frekuensi (f) =

=

= 200 Hz

Jawaban : C

12. λ = 75 cm = 0,75 mKecepatan gelombang (v) = λ × f

= 0,75 × 440 = 330 m/s

Jawaban : A

13. Untuk soal ini, yang dicari adalah frekuensi atau kalau tidak bisa juga periode, tetapi sama saja. Untuk kali ini, yang dicari yakni periode (T)-nya.

T =

= sekon

λ = v × T

= 20 ×

= 5 m

Jawaban : B

14. Panjang gelombang (λ) =

=

= 10 cm= 0,1 m

Jawaban : C

15. Dua puncak yang berdekatan adalah panjang gelombangnya (λ) = 18 cm = 0,18 mT = 0,25 s

Cepat rambat (v) =

=

= 0,72 m/sJawaban : B

16. Yang pertama kali dicari dalam penyelesaian soal ini adalah kecepatan gelombang tersebut. v = λ × f

= 0,2 × 50= 10 m/s

Lalu, dicari waktunya

t =

=

= 40 s

Jawaban : D

17. Untuk soal ini, yang pertama kali dicari adalah banyak gelombang yang ada terlebih dahulu.Banyak gelombang (n) = 4 ( 1 gelombang = 1 bukit 1 lembah)

Frekuensi (f) =

=

= 0,5 HzJawaban : A

18. Bunyi infrasonik adalah gelombang yang mempunyai frekuensi di bawah 20 Hz. Dari data diatas yang frekuensi dibawah 20 Hz terletak di table no. 1

Jawaban : A

19. Frekuensi (f) =

=

= 600000 Hz

Jawaban : B

20. Hukum pemantulan bunyi sebagai berikut.a. Bunyi datang, bunyi pantul, dan garis normal terletak pada bidang yang sama.b. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Jawaban : C