KELAS XI SEMESTER GENAP 2020

Paket

pembelajaran

FISIKA

JARAK JAUH

SMA NEGERI 111

JAKARTA

KOMPETENSI DASAR

1. Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang

secara umum

2. Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang

bunyi dan cahaya

3. Menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi

dan cahaya dalam teknologi

Materi Pembelajaran

Gejala Gelombang

• Gelombang Transversal dan Gelombang Longitudinal

• Gelombang Berjalan dan Gelombang Stasioner

• Sifat-sifat Gelombang

Gelombang Bunyi

• Sifat Dasar Gelombang Bunyi

• Cepat Rambat Bunyi

• Sumber-Sumber Bunyi

• Pelayangan Bunyi

• Resonansi dan Interferensi Gelombang Bunyi

• Efek Doppler

• Intensitas dan Taraf Intensitas Bunyi

• Aplikasi Gelombang Bunyi

Gejala Gelombang

Gelombang adalah osilasi yang merambat padasuatu medium tanpa disertai perambatan bagian-bagian medium itu sendiri

Gelombang merupakan gangguan sifat fisis darisuatu medium yang merambat melalui mediumitu menurut waktu dan tempat, tetapi materi ,tetapi materi medium tidak mengalamiperpindahan

Perambatannya

memerlukan medium atau

zat perantara

Contoh:

Gelombang Bunyi

Gelombang air

Gelombang pada tali

Gelombang pada dawai

Perambatannya tidak

memerlukan medium

atau zat perantara

Contoh:

Gelombang Cahaya

Gelombang Radio

Gelombang berdasarkan Cepat Rambat & Medium yang Dilalui

Gelombang MekanikGelombang

Elektromagnetik

Gelombang Mekanik

Penjelasan:

Ketika kita melihat gelombang pada genangan air, seolah-olah

tampak bahwa gelombang tersebut membawa air keluar dari

pusat lingkaran. Demikian pula, ketika Anda menyaksikan

gelombang laut bergerak ke pantai, mungkin Anda berpikir

bahwa gelombang membawa air laut menuju ke pantai.

Kenyataannya bukan seperti itu. Sebenarnya yang Anda saksikan

adalah setiap partikel air tersebut berosilasi (bergerak naik

turun) terhadap titik setimbangnya. Hal ini berarti bahwa

gelombang tidak memindahkan air tersebut. Kalau gelombang

memindahkan air, maka benda yang terapung juga ikut

bepindah. Jadi, air hanya berfungsi sebagai medium bagi

gelombang untuk merambat.

Gelombang Mekanik Gelombang Mekanik Timbul :

Perlu usikan sebagai sumber

Perlu medium yang dapat diusik

Perlu adanya mekanisme penjalaran usikan

Gelombang Berdasarkan Arah Getar

Gelombang Transversal Gelombang Longitudinal

Gerak partikel yang terusiktegak lurus arah penjalaran

Gerak partikel yang terusiksejajar arah penjalaran

Persamaan Dasar Gelombang

Ket:

Panjang Gelombang (l: meter)

Frekuensi (f : Hertz )

Periode (T: sekon)

Cepat rambat Gelombang (v : m/s)

Contoh Soal

. Seutas tali yang panjangnya 8 m direntangkan lalu digetarkan. Selama 2 sekon terjadi gelombang seperti pada gambar berikut! Tentukan λ, f, T, dan v.

1. Seutas tali yang panjangnya 8 m direntangkan lalu digetarkan.

Selama 2 sekon terjadi gelombang seperti pada gambar berikut!

Tentukan λ, f, T, dan v.

Penyelesaian :Dari gambar terjadi gelombang sebanyak 4 λ.Berarti : 4λ = 8 m

λ= 8/4 = 2 mSelama 2 sekon terjadi 4 λ atau selama 1 sekon terjadi 2λ.Jadi, f = n/t = 2λ/1s

f = 2 HzT = 1/f = ½ sekon,v = λ f = 2 m x 2 Hz = 4 m/s

Gelombang yang

amplitudonya tetap pada

titik yang dilewatinya

Gelombang yang

amplitudonya berubah-

ubah antara nol

sampai nilai

maksimum tertentu

pada titik yang

dilewatinya

Gelombang berdasarkan Amplitudo

Gelombang Berjalan Gelombang Stasioner (Berdiri)

Gelombang Berjalan

1. Persamaan Gelombang Persamaan Umum Gelombang Berjalan :

Kecepatan getaran partikel di titik P :

Percepatan getaran partikel di titik P :

Sudut fase, Fase dan Beda fase

PP ykxtAa 22 )( sin

fase beda

fase

fasesudut 2

x

x

T

t

x

T

t

P

P

)( os kxtcAvP

x

T

tAkxtAyP 2 sin )( sin

Dengan:

A= amplitudo gelombang (m);

T= periode gelombang (s);

t= lamanya titik O (sumber getar) bergetar (s);

x= jarak titik P dari sumber getar (m);

v= cepat rambat gelombang (m/s);

Yp= simpangan di titik P (m);

vp = Kecepatan partikel di titik P (m/s);

ɑp = percepatan partikel di titik P (m/s2)

λ= panjang gelombang (m)

ω= frekuensi sudut

k = bilangan gelombang

φ = fase gelombang

Contoh Soal

2. Gelombang merambat dari sumber P melalui titik Q.

Simpangan getar gelombang di titik p memenuhi :

y= 0,02 sin 10 π(2t – x/20). Semua besaran dalam

satuan SI. Tentukan :

a. amplitudo gelombang

b. periode gelombang

c. frekuensi gelombang

d. panjang gelombang

e. cepat rambat gelombang

Pembahasan:

y = 0,02 sin 10π (2t – x/20 = 0,02 sin 2π(10t – x/4)

Bentuk umum persamaan gelombang berjalan

Jadi dapat diperoleh :

a. amplitudo : A = 0,02 m

b. periode : T =1/10 = 0,1 s

c. frekuensi : f = 1/T= 10 Hz

d. panjang gelombang : λ = 4 m

e. cepat rambat gelombang: v = λ. f = 4 . 10 = 40 m/s

x

T

tAkxtAyP 2 sin )( sin

Gelombang Stasioner

A

Gelombang Stasioner pada

Ujung Terikat

Seutas tali panjangnya l dari OB , titik O digetarkan

terus menerus dan titik B diikat. Titik P berada X dari

ujung terikat. Hasil perpaduan gelombang datang dan

gelombang Pantul adalah gelombag stasioner dan

membentuk simpul dan perut.

Titik Simpul dan Titik Perut

Dari persamaan didapat:

Titik Perut

Titik Perut adalah titik yang amplitudonya

selalu maksimum

Titik Simpul

Titik Simpul adalah titik yang amplitudonya

selalu nol

Gelombang Stationer pada

Ujung Bebas

Salah satu contoh gelombang stationer adalah gelombang tali yang

ujung satunya digetarkan dan ujung lain bebas. Gelombang

stationer ujung bebas juga terbentuk dari dua gelombang berjalan

yaitu gelombang datang dan gelombang pantul. Ini berarti bahwa

fase gelombang datang sama dengan fase gelombang pantul.

Perhatikan Gambar gelombang datang dan gelombang pantul di

ujung bebas adalah 0. Pemantulan pada ujung bebas menghasilkan

pulsa pantul sefase dengan pulsa datangnya

Letak Simpul dan Perut dari Ujung

Bebas

Jadi, letak simpul ke-1, ke-2, ke-3, dan seterusnya adalah:

Letak simpul ke-1, ke-2, ke-3, dan seterusnya adalah:

Letak perut ke-1, ke-2, ke-3, dan seterusnya adalah:

vtxAy

2sin

Untuk Gelombang yang

Menjalar ke kanan

Tv atau vT

T

txAy

2sin

2k

T 2

tkxAy sin

Gel.

Stasioner

Pada dawai dgn Ujung Bebas Pada dawai dgn Ujung

Terikat

Pers. Gel.

Stasioner

Amplitudo

Letak perut

Letak

simpul

)(21 nx

)cos( in 2 kltkxsAyP

kxcAAP os 2

)sin( os 2 kltkxcAyP

41)12( nx

kxsAAP in 2

)(21 nx

41)12( nx

2. Gelombang Stasioner

Contoh Soal3. Seutas tali yang panjangnya 116 cm direntangkan

mendatar. Salah satu ujungnya digetarkan naik-turun

sedangkan ujung lainnya terikat. Frekuensi 1/6 Hz dan

amplitudo 10 cm. Akibat getaran tersebut, gelombang

menjalar pada tali dengan kecepatan 8 cm/s. Tentukan:

(a) Amplitudo gelombang hasil perpaduan (interferensi) di

titik yang berjarak 108 cm dari titik asal getaran.

(b) Letak perut ke-4 dan simpul ke-4 dari titik asal getaran.

Penyelesaian:

λ= 116 cm;

f =1/6 Hz;;

v = 8 cm/s.

A = 10 cm;

PO = 108 cm. Perhatikan gambar di atas,

PO = l – x ↔ x = l – PO = 116 -108 = 8 cm

Jawab:

(a) Untuk menentukan amplitudo gelomabang

stasioner, As, dengan persamaan As = 2 A sin kx, kita

harus menghtung dahulu nilai λ kemudian k = 2 π /λ.

λ=v/f = (8 cm/s)/(1/6Hz) = 48 cm

k = 2 π /λ. = 2 π /40 cm-1.

As = 2A sin kx = 10√3cm

(b) Letak perut ke-3 (n + 1 = 3 atau n=2) dari ujung

tetap dihitung dengan persamaan (1-16).

Xn +1 = 60 cm

Letak perut ke 3 dari titik asal O adalah b:

l – 3 = 116 – 60 = 56 cm

Letak simpul ke-4 (n+1 =4 atau n=3) dari titik

tetap dihitung dengan persamaan

x4 = 2(3) (48cm/4) = 72 cm

Letak simpul ke-4 dari titik asal O adalah:

l – x4 = 116 – 72 = 54 cm

1. Pemantulan Gelombang (Refleksi Gelombang)

Gejala membeloknya arah rambat gelombang karena mengenai bidang

batas medium yang berbeda.

2. Pembiasan Gelombang

Gejala yang terjadi ketika gelombang memasuki medium yang berbeda,

dimana kecepatan gelombang pada medium asal berbeda dengan medium

yang dimasuki sehingga sudut datang akan berbeda dengan sudut bias

3. Difraksi Gelombang

Penyebaran arah rambat gelombang ketika melewati celah yang sempit.

4. Interferensi Gelombang

Perpaduan dua gelombang yang bertemu pada suatu tempat dan

meghasilkan resultan gelombang yang sama dengan jumlah dari kedua

gelombang tersebut

5. Polarisasi Gelombang

Peristiwa perubahan arah getar gelombang yang semula acak menjadi satu

arah getaran

Pemantulan gelombang

Besar sudut datang sama besar dengan sudut pantul

Pembiasan gelombangDiagram pembiasan . Sinar datang dari tempat yang dalam ke tempat

yang dangkal dibiaskan mendekati garis normal (r<1)

Persamaan Pembiasan Gelombang

Persamaan Umum

dengan:

i = sudut datang

r = sudut bias

v1 = cepat rambat gelombang dalam medium 1 (m/s)

v2 = cepat rambat gelombang dalam medium 2 (m/s)

n = indeks bias medium 2 relatif terhadap medium 1.

Jika indeks bias medium 2 adalah n2 dan indeks

bias medium 1 adalah n1, maka n pada dapat

ditulis n=

Selanjutnya, ambil sudut datang i = θ1 dan sudut

bias r =θ2, maka persamaan dapat ditulis:

ataun1 sin θ1 = n2 sin θ2

Persamaan Pembiasan Gelombang

Difraksi gelombang

Difraksi pada gelombang air ketika

melewati celah yang sempit

Interferensi gelombang

Hasil perpaduan gelombang disebut

dengan interferensi gelombang.

Interferensi gelombang ada yang

bersifat konstruktif (saling

menguatkan) dan ada yang bersifat

destruktif (saling melemahkan).

• Interferensi Konstruktif Dua

gelombang memiliki fase yang sama

• Interferensi Destruktif Dua

gelombang memiliki fase yang berbeda

Polarisasi Gelombang

Gelombang yang hanya

merambat pada satu bidang

disebut gelombang terpolarisasi

linier

Sumber bunyi adalah benda yang mengalami

getaran

Medium perambatan bunyi bisa berupa zat

padat, cair dan gas

Bunyi tidak bisa merambat dalam ruang

vakum (hampa udara)

Garpu tala yang digetarkan di

depan tabung menyebabkan

partikel udara di dalam tabung

mengalami tekanan dan

regangan

Analogi antara gelombang

transversal dan gelombang

longitudinal

Frekuensi Bunyi

Frekuensi Bunyi yang bisa didengar oleh telinga manusia normal adalah antara 20 – 20.000 Hz

Umur bisa mengurangi keakuratan pendengaran kita

Nada adalah bunyi tunggal yang mempunyai frekuensi teratur

Desis adalah bunyi tunggal yang mempunyai frekuensi tidak teratur

1

BUNYI =

DESIS =

f = 300 Hz

f = 500 Hz

.01 sec

.01 sec

300 Hz

500 Hz

300 + 500 Hz.

Hasil perpaduan dua Gelombang Bunyi

Cepat Rambat Bunyi pada

Zat Padat

Keterangan :

v= Cepat rambat bunyi pada zat padat (m/s)

E= Modulus Young medium (N/m2)

ρ = Massa jenis medium (kg/m3)

Sebagai contoh, untuk laju yang

E = 2,0 × 1011 Pa dan ρ = 7,8 × 103 kg/m3,

memberikan:

= 5.100 m/s

Cepat Rambat Bunyi Pada Zat

Cair

Keterangan :

v: Cepat rambat bunyi pada zat cair (m/s)

B: Modulus Bulk medium (N/m2)

ρ: Massa jenis medium (kg/m3)

Pada saat Anda menyelam dalam air, bawalah dua buah batu,

kemudian pukulkan kedua batu tersebut satu sama lain.

Meskipun Anda berada dalam air, Anda masih bisa mendengar

suara batu tersebut. Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi

dapat merambat pada zat cair.

Cepat Rambat Bunyi Pada Zat

Gas (Udara)

Cepat rambat bunyi dalam gas dapat dinyatakan dengan:

Contoh:

Untuk udara pada keadaan normal g=1,4 (gas diatomik),

p=1 atm, ρ =1,3 kg/m3, diperoleh:

= 330 m/s

p = tekanan gas (atm)

γ = tetapan Laplace.

ρ = kerapatan (kg/m3)

Gelombang pada Senar/Dawai

Nada Dasar (f0)

(Harmonik pertama)

Nada atas pertama (f1)

(Harmonik kedua)

Nada atas kedua (f2)

(Harmonik ketiga)

Nada atas pertama (f3)

(Harmonik keempat)

021 l

32l

223 l

1l

l

vvf

20

0

l

vvf

2

3

3

l

vvf

2

3

2

2

l

vvf

1

1

Sumber-Sumber Bunyi

Gelombang pada Pipa Organa

Pipa Organa Terbuka Pipa Organa Tertutup

Nada Dasar (f0)

(Harmonik pertama)

Nada atas pertama (f1)

(Harmonik kedua)

Nada atas kedua (f2)

(Harmonik ketiga)

Nada atas ketiga (f3)

(Harmonik keempat)

021 l

32l

223 l

1l

l

vvf

20

0

l

vvf

4

7

3

3

l

vvf

2

3

2

2

l

vvf

4

3

1

1

347 l

245 l

143 l

041 l

l

vvf

2

3

3

l

vvf

4

5

2

2

l

vvf

1

1

l

vvf

40

0

41)12( nln

Resonansi =

Sumber-Sumber Bunyi

Contoh Soal

1. Sebuah pipa panjangnya 68 cm. Tentukan tiga frekuensi

harmonik pertama jika pipa terrbuka pada kedua ujungnya!

Ambil cepat rambat bunyi di udara 340 m/s.

Penyelesaian:

Panjang pipa L = 68 cm = 68 ´ 10-2 m. Frekuensi nada dasar

pipa yang terbuka kedua ujungnya (pipa organa terbuka) bisa

diperoleh dengan persamaan (3.12), dengan n = 1.

Karena semua harmonik muncul pada pipa organa terbuka,

maka dua harmonik berikutnya adalah

f2 = 2f1 = 2 (250) = 500 Hz

f3 = 3f1 = 3 (250) = 750 Hz

2. Sebuah pipa panjangnya 68 cm. Tentukan tiga frekuensi

harmonik terendah jika pipa tertutup satu ujungnya dan

terbuka pada ujung lainnya?

Penyelesaian:

Frekuensi nada dasar pipa yang tertutup satu ujungnnya dan

terbuka pada ujung lainnya (pipa organa tertutup) bisa

diperoleh dengan persamaan (3.15), dengan n=1.

Karena dalam pipa organa tertutup hanya harmonik ganjil

yang muncul, maka dua frekuensi terendah berikutnya

adalah f3 danf5.

f3 = 3f1 = 3 (125) = 375 Hz

f5 = 5f1 = 5 (125) = 625 Hz

Pelayangan Bunyi

21 fff p

Dengan:

fp = frekuensi pelayangan (Hz)

f1 = frekuensi gelombang y1 (Hz)

f2 = frekuensi gelombang y2 (Hz)

Jika dua buah bunyi yang bertemu di suatu titik mempunyai

amplitudo yang sama, namun frekuensinya sedikit berbeda, maka

akan menghasilkan bunyi yang kuat dan lemah secara berulang

dengan frekuensi tertentu. Hal ini dikenal sebagai pelayangan

bunyi.

Besar frekuensi layangan :

Adanya gerak relatif antara sumber bunyi dengan pendengar akan menyebabkan terjadi perubahan frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar.

Efek ini diamati oleh C Johann Doppler.

EFEK DOPPLER

Efek Doppler adalah peristiwa berubahnya harga frekuensi

bunyi yang diterima oleh pendengar (P) dari frekuensi suatu

sumber bunyi (S) apabila terjadi gerakan relatif antara P dan S.

Oleh Doppler dirumuskan sebagai :

fP adalah frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz)

fS adalah frekuensi yang dipancarkan oleh sumber bunyi (Hz)

vP adalah kecepatan pendengar (m/s)

vS adalah kecepatan sumber bunyi (m/s)

v adalah kecepatan bunyi di udara (m/s)

Perjanjian Tanda:

Tanda + untuk vP dipakai bila pendengar bergerak mendekati sumber bunyi.

Tanda - untuk vP dipakai bila pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi.

Tanda + untuk vS dipakai bila sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar.

Tanda - untuk vS dipakai bila sumber bunyi bergerak mendekati pendengar.

Contoh SoalAni berdiri di tepi jalan. Dari kejauhan datang sebuah

mobil ambulan bergerak mendekati Ani, kemudian

lewat di depannya, lalu menjauhinya dengan kecepatan

tetap 20 ms-1. Jika frekuensi sirine yang dipancarkan

mobil ambulan 8.640 Hz, dan kecepatan gelombang

bunyi di udara 340ms-1, tentukanlah frekuensi sirine

yang didengarkan Ani pada saat : (a) Mobil ambulance

mendekati Ani ; dan (b) Mobil ambulan menjauhi Ani.

Penyelesaian:

Diketahui :

v=340 ms-1; vs= 20 ms-1; dan fs = 8.640 Hz

a. Pada saat mobil ambulan mendekati Ani.

=9.180 Hz

b. Pada saat mobil ambulan menjauhi Ani.

= 8.160 Hz

Pada saat mobil ambulan mendekati Ani, frekuensi sirine yang

terdengar 9.180 Hz. Akan tetapi, pada saat mobil ambulan

menjauhi Ani mendengar frekuensi sirine sebesar 8.160 Hz.

Intensitas Bunyi Intensitas Bunyi adalah jumlah energi bunyi yang

menembus tegak lurus bidang per detik atau energi

yang dibawa gelombang per satuan luas persatuan

waktudengan:

I= Intensitas gelombang bunyi (W/m²)

P= daya (W)

A= Luas biadang (m²)

R= jarak suatu titik ke sumber bunyi (m)

Taraf Intensitas Bunyi

Taraf Intensitas Bunyi adalah suatu besaran

yang digunakan untuk menyatakan kuat bunyi.

Untuk n buah sumber bunyi

identik

Jika didengar di dua titik

yang jaraknya berbeda

Dengan:

TI= taraf intensitas bunyi (dB)

I= Intensitas bunyi (W/m²)

Io= Intensitas ambang = 10-12 (W/m²)

r= Jarak (m)

CONTOH SOAL

Seorang anak berteriak di tanah lapang, dan

menghasilkan taraf intensitas 60 dB, diukur

dari jarak 10 meter. Jika ada 10 orang anak

berteriak dengan intensitas bunyi yang sama

dan di ukur dari dan diukur dari jarak 10

meter, hitunglah taraf intensitas anak-anak

tersebut.

Penyelesaian:

TIn = TI1 + 10 log n

= 60 dB +(10 log 10) dB

= 60 dB + 10 dB

= 70 dB.

SELAMAT BELAJAR

SISWA SMAN 111

LATIHAN 1

Jawablah soal dan rancanglah

pembagian gelombang serta

lukislah bentuk gelombangnya

kirim jawaban kalian ke email:

edimu111@gmail .com

atau wa group

. Gelombang merambat dari sumber P

melalui titik Q. Simpangan getar

gelombang di titik p memenuhi : y= 0,05

sin 20 π(2t – x/40). Semua besaran

dalam satuan SI. Tentukan :

a. amplitudo gelombang

b. periode gelombang

c. frekuensi gelombang

d. panjang gelombang

e. cepat rambat gelombang

latihan 2

Adi berdiri di tepi jalan. Dari kejauhan

datang sebuah mobil ambulan bergerak

mendekati Adi, kemudian lewat di

depannya, lalu menjauhinya dengan

kecepatan tetap 40 ms-1. Jika frekuensi

sirine yang dipancarkan mobil ambulan

400 Hz, dan kecepatan gelombang bunyi

di udara 340ms-1, tentukanlah frekuensi

sirine yang didengarkan Adi pada

saat : (a) Mobil ambulance mendekati

Adi ; dan (b) Mobil ambulan menjauhi

Adi.