GETARAN DAN GELOMBANG

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Rekayasa Lingkungan

Disusun oleh :

Fuad Halim A.

NIM : 21030112140122

Dosen Pengampu :

Ir. Amin Nugroho, MS.

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2013

PENDAHULUAN

A. Pengertian Getaran 

getaran adalah gerak bolak-balik melalui titik setimbang. Satu getaran didefinisikan sebagai satu

kali bergetar penuh, yaitu dari titik awal kembali ke titik tersebut. Satu kali getaran adalah ketika

benda bergerak dari titik A-B-C-B-A atau dari titik B-C-B-A-B. Bandul tidak pernah melewati

lebih dari titik A atau titik C karena titik tersebut merupakan simpangan terjauh. Simpangan

terjauh itu disebut amplitudo. Di titik A atau titik C benda akan berhenti sesaat sebelum kembali

bergerak. Contoh amplitudo adalah jarak BA atau jarak BC. Jarak dari titik setimbang pada suatu

saat disebut simpangan.

B. Ciri-Ciri Suatu Getaran 

Semua getaran memiliki ciri-ciri tertentu. Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu kali

getaran disebut periode getar yang dilambangkan dengan (T). Banyaknya getaran dalam satu

sekon disebut frekuensi (f). Suatu getaran akan bergerak dengan frekuensi alamiah sendiri.

Hubungan frekuensi dan periode secara matematis ditulis sebagai berikut:

dengan: T = periode (s)

f = banyaknya getaran per sekon (Hz)

Satuan periode adalah sekon dan satuan frekuensi adalah getaran per sekon atau disebut juga

dengan hertz (Hz), untuk menghormati seorang fisikawan Jerman yang berjasa di bidang

gelombang, Hendrich Rudolf Hertz. Jadi, satu hertz sama dengan satu getaran per sekon.

PEMBAHASAN

C. Jenis getaran

Getaran bebas terjadi bila sistem mekanis dimulai dengan gaya awal, lalu dibiarkan bergetar

secara bebas. Contoh getaran seperti ini adalah memukul garpu tala dan membiarkannya

bergetar, atau bandul yang ditarik dari keadaan setimbang lalu dilepaskan.

Getaran paksa terjadi bila gaya bolak-balik atau gerakan diterapkan pada sistem mekanis.

Contohnya adalah getaran gedung pada saat gempa bumi.

D. Analisis getaran

Dasar analisis getaran dapat dipahami dengan mempelajari model sederhana massa-pegas-

peredam kejut. Struktur rumit seperti badan mobil dapat dimodelkan sebagai "jumlahan" model

massa-pegas-peredam kejut tersebut. Model ini adalah contoh osilator harmonik sederhana.

Getaran bebas tanpa peredam

Model massa-pegas sederhana

Pada model yang paling sederhana redaman dianggap dapat diabaikan, dan tidak ada gaya luar

yang memengaruhi massa (getaran bebas).

Dalam keadaan ini gaya yang berlaku pada pegas Fs sebanding dengan panjang peregangan x,

sesuai dengan hukum Hooke, atau bila dirumuskan secara matematis:

dengan k adalah tetapan pegas.

Sesuai Hukum kedua Newton gaya yang ditimbulkan sebanding dengan percepatan massa:

Karena F = Fs, kita mendapatkan persamaan diferensial biasa berikut:

Gerakan harmonik sederhana sistem benda-pegas

Bila kita menganggap bahwa kita memulai getaran sistem dengan meregangkan pegas

sejauh A kemudian melepaskannya, solusi persamaan di atas yang memerikan gerakan massa

adalah:

Solusi ini menyatakan bahwa massa akan berosilasi dalam gerak harmonis sederhana yang

memiliki amplitudo A dan frekuensi fn. Bilangan fn adalah salah satu besaran yang terpenting

dalam analisis getaran, dan dinamakan frekuensi alami takredam. Untuk sistem massa-pegas

sederhana, fn didefinisikan sebagai:

Catatan: frekuensi sudut   ( ) dengan satuan radian per detik kerap kali digunakan

dalam persamaan karena menyederhanakan persamaan, namun besaran ini biasanya diubah ke

dalam frekuensi "standar" (satuan Hz) ketika menyatakan frekuensi sistem.

Bila massa dan kekakuan (tetapan k) diketahui frekuensi getaran sistem akan dapat ditentukan

menggunakan rumus di atas.

Getaran bebas dengan redaman

Bila peredaman diperhitungkan, berarti gaya peredam juga berlaku pada massa selain gaya yang

disebabkan oleh peregangan pegas. Bila bergerak dalamfluida benda akan mendapatkan

peredaman karena kekentalan fluida. Gaya akibat kekentalan ini sebanding dengan kecepatan

benda. Konstanta akibat kekentalan (viskositas) c ini dinamakan koefisien peredam, dengan

satuan N s/m (SI)

Dengan menjumlahkan semua gaya yang berlaku pada benda kita mendapatkan persamaan

Solusi persamaan ini tergantung pada besarnya redaman. Bila redaman cukup kecil, sistem masih

akan bergetar, namun pada akhirnya akan berhenti. Keadaan ini disebut kurang redam, dan

merupakan kasus yang paling mendapatkan perhatian dalam analisis vibrasi. Bila peredaman

diperbesar sehingga mencapai titik saat sistem tidak lagi berosilasi, kita mencapai titik redaman

kritis. Bila peredaman ditambahkan melewati titik kritis ini sistem disebut dalam keadaan lewat

redam.

Nilai koefisien redaman yang diperlukan untuk mencapai titik redaman kritis pada model massa-

pegas-peredam adalah:

Untuk mengkarakterisasi jumlah peredaman dalam sistem digunakan nisbah yang

dinamakan nisbah redaman. Nisbah ini adalah perbandingan antara peredaman sebenarnya

terhadap jumlah peredaman yang diperlukan untuk mencapai titik redaman kritis. Rumus untuk

nisbah redaman ( ) adalah

Sebagai contoh struktur logam akan memiliki nisbah redaman lebih kecil dari 0,05, sedangkan

suspensi otomotif akan berada pada selang 0,2-0,3.

Solusi sistem kurang redam pada model massa-pegas-peredam adalah

Nilai X, amplitudo awal, dan  , ingsutan fase, ditentukan oleh panjang regangan pegas.

Dari solusi tersebut perlu diperhatikan dua hal: faktor eksponensial dan fungsi cosinus. Faktor

eksponensial menentukan seberapa cepat sistem teredam: semakin besar nisbah redaman,

semakin cepat sistem teredam ke titik nol. Fungsi kosinus melambangkan osilasi sistem, namun

frekuensi osilasi berbeda daripada kasus tidak teredam.

Frekuensi dalam hal ini disebut "frekuensi alamiah teredam", fd, dan terhubung dengan frekuensi

alamiah takredam lewat rumus berikut.

Frekuensi alamiah teredam lebih kecil daripada frekuensi alamiah takredam, namun untuk

banyak kasus praktis nisbah redaman relatif kecil, dan karenanya perbedaan tersebut dapat

diabaikan. Karena itu deskripsi teredam dan takredam kerap kali tidak disebutkan ketika

menyatakan frekuensi alamiah.

E. Pengertian Gelombang

Pernahkah kamu pergi ke pantai? Tentu sangat menyenangkan, bukan? Demikian indahnya

ciptaan Tuhan. Di pantai kamu bisa melihat ombak. Ombak tersebut terlihat bergelombang dari

tengah menuju pantai dan semakin lama semakin kecil, lalu akhirnya menerpa pesisir pantai.

Jadi, apa sebenarnya ombak itu?

Ketika kamu mengikuti upacara pengibaran bendera di sekolahmu, kamu melihat bendera

berkibar diterpa angin. Pernahkah kamu memerhatikan bagaimana gerak bendera tersebut?

Peristiwa ombak laut ataupun berkibarnya bendera merupakan contoh dari gelombang. Jadi, apa

sebenarnya gelombang itu?

Pada saat kamu menggerakkan tali ke atas dan ke bawah, dikatakan bahwa kamu memberikan

usikan pada tali. Jika usikan itu dilakukan terus menerus, akan terjadi getaran. Setelah memberi

usikan atau getaran, kamu akan melihat ada sesuatu yang merambat pada tali. Sesuatu itu disebut

gelombang. Jadi, gelombang adalah getaran yang merambat atau usikan yang merambat.

F.Gelombang Mekanik Memerlukan Medium untuk Merambat

Gelombang merupakan salah satu konsep Fisika yang sangat penting untuk dipelajari karena

banyak sekali gejala alam yang menggunakan prinsip gelombang. Sebagai makhluk yang paling

pandai, manusia memiliki kewajiban untuk selalu mempelajari gejala alam ciptaan Tuhan untuk

mengambil manfaat bagi kehidupan manusia. Kamu dapat berkomunikasi dengan orang lain

sebagian besar dengan memanfaatkan gelombang suara atau gelombang bunyi.Kamu dapat

mendengarkan radio atau menonton televisi karena adanya gelombang radio.

Berdasarkan medium perambatnya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu

gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik adalah gelombang

yang dalam perambatannya memerlukan medium, misalnya gelombang tali, gelombang air, dan

gelombang bunyi. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa

medium, misalnya gelombang radio, gelombang cahaya, dan gelombang radar. Dari kedua jenis

gelombang tersebut, yang akan kamu pelajari adalah gelombang mekanik. Apakah yang

dirambatkan oleh gelombang tersebut?

Pada saat kamu menggetarkan tali, gelombang akan merambat pada tali ke arah temanmu, tetapi

karet gelang yang diikatkan pada tali tidak ikut merambat bersama gelombang. Jika demikian,

bagian-bagian tali tidak ikut merambat bersama gelombang. Jadi apakah yang dirambatkan oleh

gelombang? Jika kamu meminta temanmu untuk menggetarkan salah satu ujung tali, kamu akan

merasakan sesuatu pada temanmu akibat merambatnya gelombang tersebut. Tentu kamu masih

ingat pelajaran pada bab terdahulu bahwa sesuatu yang memiliki kemampuan untuk melakukan

usaha disebut energi. Jadi, yang dirambatkan oleh gelombang adalah energi. Berdasarkan arah

perambatannya, gelombang mekanik dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gelombang transversal

dan gelombang longitudinal.

1. Gelombang Transversal

Pada saat kamu menggetarkan slinki ke arah samping, ternyata arah rambat gelombangnya ke

depan, tegak lurus arah rambatnya. Gelombang seperti ini disebut gelombang transversal. Jadi,

gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah

rambatannya. Contoh lain dari gelombang transversal adalah gelombang pada permukaan air,

dan semua gelombang elektromagnetik, seperti gelombang cahaya, gelombang radio, ataupun

gelombang radar.

Sumber getaran untuk gelombang air berada pada tempat batu jatuh sehingga gelombang

menyebar ke segala arah. Dari gambar tersebut tampak bahwa semakin jauh dari sumber,

gelombang semakin kecil. Hal tersebut disebabkan energi yang dirambatkan semakin berkurang.

2. Gelombang Longitudinal

Gelombang transversal merupakan gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah

rambatan. Bagaimanakah arah getar pada gelombang longitudinal?

Pada saat kamu mendorong slinki searah dengan panjangnya, gelombang akan merambat ke arah

temanmu berbentuk rapatan dan renggangan. Jika kamu perhatikan, arah rambat dan arah

getarnya ternyata searah. Gelombang seperti itu disebut gelombang longitudinal. Jadi,

gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatannya.

Gelombang bunyi dan gelombang pada gas yang ditempatkan di dalam tabung tertutup

merupakan contoh gelombang longitudinal. Pernahkah kamu memompa ban sepeda atau

menggunakan alat suntik mainan? Pada saat kamu menggunakan pompa, kamu mendorong atau

menekan alat tersebut. Partikel-partikel gas dalam pompa membentuk pola rapatan dan

renggangan sehingga mendorong udara keluar.

G. Panjang Gelombang

Kamu sudah mengetahui bahwa pola gelombang transversal berbentuk bukit dan lembah

gelombang, sedangkan pola gelombang longitudinal berbentuk rapatan dan renggangan. Panjang

satu bukit dan satu lembah atau satu rapatan dan satu renggangan didefinisikan sebagai panjang

satu gelombang. Pada pembahasan tentang getaran kamu sudah mengetahui tentang periode

getaran.

Besaran tersebut identik dengan periode gelombang. Periode gelombang adalah waktu yang

dibutuhkan untuk menempuh satu panjang gelombang. Jadi, satu gelombang dapat didefinisikan

sebagai yang ditempuh panjang satu periode. Panjang gelombang dilambangkan dengan lamda.

Satuan panjang gelombang dalam SI adalah meter (m). Marilah kita pelajari panjang gelombang

transversal dan panjang gelombang longitudinal.

1. Panjang Gelombang Transversal

Jika kamu menggerakkan slinki tegak lurus dengan arah panjangnya, terbentuklah bukit dan

lembah gelombang. Pola tersebut adalah pola gelombang transversal. Bukit gelombang adalah

lengkungan a-b-c sedangkan lembah gelombang adalah lengkungan c-d-e. Titik b disebut puncak

gelombang dan titik d disebut dasar gelombang. Kedua titik ini disebut juga perut gelombang.

Adapun titik a, c, atau e disebut simpul gelombang. Satu panjang gelombang transversal terdiri

atas satu bukit dan satu lembah gelombang. Jadi, satu gelombang adalah lengkungan a-b-c-d-e

atau b-c-d-e-f. Satu gelombang sama dengan jarak dari a ke e atau jarak b ke f. Amplitudo

gelombang adalah jarak b-b’ atau jarak d-d’. Kamu dapat menyebutkan panjang gelombang yang

lain, yaitu jarak f-j atau jarak i-m.

2. Panjang Gelombang Longitudinal

Jika kamu menggerakkan slinki searah dengan panjangnya dengan cara mendorong dan

menariknya, akan terbentuk pola-pola gelombang. Satu panjang gelombang adalah jarak antara

satu rapatan dan satu renggangan atau jarak dari ujung renggangan sampai ke ujung renggangan

berikutnya.

H. Cepat Rambat Gelombang

Gelombang yang merambat dari ujung satu ke ujung yang lain memiliki kecepatan tertentu,

dengan menempuh jarak tertentu dalam waktu tertentu pula. Dengan demikian, secara matematis,

hal itu dituliskan sebagai berikut.

I. Pemantulan Gelombang

Pada saat kamu berteriak di lereng sebuah bukit, kamu akan mendengar suaramu kembali setelah

beberapa saat. Hal ini membuktikan bahwa bunyi dapat dipantulkan. Bunyi merupakan salah satu

contoh gelombang mekanik.

Berdasarkan uraian sebelumnya dan dari hasil diskusimu, dapat disimpulkan bahwa salah satu

sifat gelombang adalah dapat dipantulkan. Dalam kehidupan sehari-hari, kamu sering melihat

pemantulan gelombang air kolam oleh dinding kolam, ataupun gelombang ombak laut oleh

pinggir pantai. Dapat diterimanya gelombang radio dari stasiun pemancar yang sedemikian jauh

juga menunjukkan bahwa gelombang radio dapat dipantulkan atmosfer bumi.

Sebuah gelombang merambat pada tali, jika ujung tali diikat pada suatu penopang, gelombang

yang mencapai ujung tetap tersebut memberikan gaya ke atas pada penopang. Penopang

memberikan gaya yang sama tetapi berlawanan arah ke bawah pada tali. Gaya ke bawah pada tali

inilah yang membangkitkan gelombang pantulan yang terbalik. Ujung yang bebas tidak ditahan

oleh sebuh penopang. Gelombang cenderung melampaui batas. Ujung yang melampaui batas

memberikan tarikan ke atas pada tali dan inilah yang membangkitan gelombang pantulan yang

tidak terbalik.

Bunyi merupakan gelombang mekanik yang dalam perambatannya arahnya sejajar dengan arah

getarnya (gelombang longitudinal).

Syarat terdengarnya bunyi ada 3 macam:

Ada sumber bunyi

Ada medium (udara)

Ada pendengar

Sifat-sifatbunyi meliputi :

Merambat membutuhkan medium

Merupakan gelombang longitudinal

Dapat dipantulkan

Karakteristik Bunyi ada beberapa macam antara lain  :

Nada adalah bunyi yang frekuensinya teratur.

Desah adalah bunyi yang frekuensinya tidak teratur.

Warna bunyi adalah bunyi yang frekuensinya sama tetapi terdengar berbeda.

Dentum adalah bunyi yang amplitudonya sangat besar dan terdengar mendadak.

Cepat rambat bunyi

Karena bunyi merupakan gelombang  maka bunyi mempunyai cepat rambat yang dipengaruhi

oleh 2 faktor yaitu :

Kerapatan partikel medium yang dilalui bunyi. Semakin rapat susunan partikel medium maka

semakin cepat bunyi merambat, sehingga bunyi merambat paling cepat pada zat padat.

Suhu medium, semakin panas suhu medium yang dilalui maka semakin cepat bunyi merambat.

Hubungan ini dapat dirumuskan kedalam persamaan matematis (v = v0 + 0,6.t) dimana v0

adalah cepat rambat pada suhu nol derajat dan t adalah suhu medium.

Bunyi bedasarkan frekuensinya dibedakan menjadi 3 macam yaitu

Infrasonik adalah bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz. Makhluk yang bisa mendengan

bunyii infrasonik adalah jangkrik.

Audiosonik adalah bunyi yang frekuensinya antara 20 Hz sampai dengan 20 kHz. atau bunyi

yang dapat didengar manusia.

Ultrasonik adalah bunyi yang frekuensinya lebihdari 20 kHz. makhluk yang dapat mendengar

ultrasonik adalah lumba-lumba.

Persamaan yang digunakan dalam bab bunyi sama dengan pada bab gelombang yaitu v = s/t

BUNYI PANTUL

Bunyi pantul dibedakan menjadi 3 macam yaitu :

Bunyi pantul memperkuat bunyi asli yaitu bunyi pantul yang dapat memperkuat bunyi asli.

Biasanya terjadi pada keadaan antara sumber bunyi dan dinding pantul jaraknya tidak begitu jauh

(kurang dari 10 meter)

Gaung adalah bunyi pantul yang terdengar hampir bersamaan dengan bunyi asli. Biasanya terjadi

pada jarak antara 10 sampai 20 meter.

Gema adalah bunyi pantul yang terdengar setelah bunyi asli. Biasanya terjadi pada jarak lebih

dari 20 meter

Perbedaan antara Nada dengan Desah, Nada adalah bunyi yang mempunyai frekuensi teratur

sedangkan Desah adalah bunyi yang mempunyai frekuensi tidak teratur.

Beberapa manfaat gelombang bunyi dalam hal ini adalah pantulan gelombang bunyi adalah

dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut disini yang digunakan adalah bunyi ultrasonik

mendeteksi janin dalam rahim, biasanya menggunakan bunyi infrasonik

mendeteksi keretakan suatu logam dan lain-lain.

diciptakannya speaker termasuk manfaat dari bunyi audiosonik.

Persamaan yang digunakan dalam bunyi sama dengan dalam gelombang yaitu v = s/t. Untuk

bunyi pantul digunakan persamaan v = 2.s/t

DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikipedia.org/wiki/Getaran

http://atikaeffendy.blogspot.com/2013/04/makalah-getaran-gelombang-dan-bunyi.html

http://belladao.blogspot.com/2011/06/makalah-fisika-getaran-gelombang-dan.html