1. Pendahuluan Getaran didefinisikan sebagai gerak bolak-balik melalui titik kesetimbangan. Titik kesetimbangan adalah titik dimana saat benda diam. Contoh getaran adalah gerak bandul atau ayunan, gendang yang dipukul, dan lain-lain.

Gambar 1. Getaran adalah gerak bolak balik di sekitar titik setimbang; 2 = titik setimbang ; 1 dan 3 = titik terjauh (Amplitudo); Ada beberapa besaran yang perlu diperhatikan dalam mempelajari getaran yaitu: 1) Frekuensi adalah banyaknya getaran yang terjadi tiap satuan waktu, atau didefinisikan sebagai banyaknya getaran yang terjadi setiap satu sekon. Frekuensi dilambangkan dengan f dan bersatuan Hz (dibaca Hertz) 2) Periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu kali getaran. Periode dilambangkan dengan T dan bersatuan sekon. 3) Simpangan adalah jarak yang ditempuh benda bergetar dan dihitung dari titik kesetimbangan. Simpangan dilambangkan dengan y dan bersatuan meter. 4) Amplitudo adalah simpangan maksimum yang ditempuh benda bergetar. Amplitudo dilambangkan dengan A dan bersatuan meter. 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.

Berikut ini hubungan antara frekuensi dengan periode f = n/t sedangkan T = t/n. Dari definisi periode dan frekuensi getaran di atas, diperoleh hubungan

Keterangan : T = periode, satuannya detik atau sekon f = frekuensi getaran, satuannya 1/detik atau s-1 atau Hz Hubungan diatas mempunyai arti bahwa antara frekuensi dan periode hubungannya berbanding terbalik yaitu bila frekuensi besar maka periodenya akan kecil, begitu juga sebaliknya bila periodenya besar maka frekuensinya akan kecil.

2. Penerapan Konsep Getaran

1) Timbangan atau Neraca Timbangan atau neraca adalah alat yang dipakai melakukan pengukuran massa suatu benda. Timbangan/neraca dikategorikan kedalam sistem mekanik dan juga elektronik. Salah satu contoh timbangan adalah neraca pegas (dinamometer). Neraca pegas adalah timbangan sederhana yang menggunakan pegas sebagai alat untuk menentukan massa benda yang diukurnya. Neraca pegas (seperti timbangan badan) mengukur berat, defleksi pegasnya ditampilkan dalam skala massa (label angkanya sudah dibagi gravitasi).

Gambar 2. Neraca pegas

Persamaan matematis suatu neraca pegas dinyatakan dalam: k*X=m*g dengan k = konstanta pegas X = defleksi m = massa g = gravitasi Neraca/timbangan dengan bandul pemberat (seperti yang terdapat di pasar ikan/sayur) menimbang massa. Biasanya menggunakan massa pembanding yang lebih kecil dengan lever (tuas) yg panjang. Mengikuti hukum tuas (persamaan momen). m1 * g * L1 = m2 * g * L2 dengan m1,m2 = massa benda pertama, massa benda kedua L1,L2 = panjang tuas pertama, panjang tuas kedua g = gravitasi Neraca pegas menunjukkan angka yang berbeda di bumi dan bulan, atau di daerah yg gravitasinya berbeda. Timbangan bandul menunjukkan angka yg sama di mana pun, asal masih ada gravitasi untuk menggerakkan timbangan. 2) Pendulum Clock / Grandfather Clock Jam bandul merupakan salah satu aplikasi dari ayunan mekanik, gerak harmonis sederhana pada bandul. Jam kakek ini ukuranya cukup besar. Biasanya lebih tinggi dari manusia, tapi ada juga yang berukuran kecil, biasanya berbentuk jam dinding. Sekarang memang zaman modern, tetapi jam ini tidak kalah dengan jam modern yang menggunakan baterai. Salah satu kelebihan jam kakek ini adalah tidak menggunakan baterai, hemat energi.

Gambar 3. Grandfather clock

Grandfather clock mempunyai bandul (pendulum) yang terus bergerak, ke kiri dan ke kanan. Jam ini mempunyai rantai-rantai dengan beban yang harus ditarik tiap beberapa hari. Saat jarum panjang menunjuk angka 12, bila-bila besi pada jam ini akan menghasilkan denting suara yang merdu. Bandul rantai, dan suara merdu inilah yang membuat jam bandul masih tetap diminati hingga sekarang, bukan hanya oleh para pencinta benda antik. Ada dua jenis jam bandul. Jenis pertama menggunakan tenaga yang berasal dari gerakan rantai dan beban. Jenis kedua menggunakan tenaga pegas atau per. Baik jam pegas atau jam rantai memiliki mekanisme pemutar. Pada bagian pemutar ini terdapat roda-roda gigi yang saling bertautan. Diantaranya roda gigi penunjuk detik, menit, dan jam. Tidak ketinggalan pula rodaroda gigi untuk bilah-bilah pada penunjuk waktu. Pada jam bandul yang punya fasilitas lengkap, terdapat juga roda gigi penunjuk hari dan bulan. Karena tidak menggunakan baterai, jam bandul bekerja dengan memamfaatkan tenaga gravitasi atau pegas. bandul memiliki peranan penting. Poros bandul ini terkait dengan bagian yang berfungsi menggerakkan roda gigi penunjuk detik, menit, jam, dan seterusnya. Tanpa adanya gerakan bandul jam tidak dapat menunjukkan waktu dengan benar. Bila bandul atau pendulun berhenti bergerak, otomatis jam bandul akan mati. Itu sebabnya, sebelum bandul berhenti, rantai beban harus ditarik keposisi semula. Gerakan rantai akibat gravitasi akan memutar roda utama yang selanjutnya menggerakkan bandul dan memutar roda gigi. Biasanya rantai harus ditarik 2-3 hari sekali.

Bandul (eng: Pendulum) merupakan sebuah benda yang terikat oleh seutas tali dan dapat berayun secara bebas dan periodik. Gerak pendulum merupakan gerak yang mempunyai lintasan melengkung. Disebut gerak harmonis sederhana, karena bandul bergerak bolak-balik disekitar titik kesetimbangan. Bandul akan berada pada titik kesetimbangan jika tidak diberikan gaya luar (ditarik atau diberi sentuhan). Pada Jam kakek, bandul terletak di bagian bawah, yang terikat oleh seutas tali sepanjang L. Kita anggap bandul jam bermassa M ini diberi gaya (ditarik sejauh a), maka kini bandul jam tersebut akan berayun sejauh A dari titik setimbangnya.

cos a = A/L A = L cos a keterangan: A = Amplitudo (simpangan terjauh) (m) L = panjang tali (m) a = sudut deviasi (o)

Jika sebuah benda diberi gaya, maka akan ada sebuah gaya pemulih atau timbal balik. Gaya pemulih inilah yang menyebabkan bandul untuk selalu kembali ke titik setimbang ayunan bandul. Gaya tersebut sebagai konsekuensi gravitasi terhadap benda pada bandul bermassa M dalam bentuk gaya gravitasi Fg yang saling meniadakan dengan gaya yang diberikan. Jika sebuah bandul diayunkan sebesar a terhadap garis vertikalnya, maka gaya pemulihnya:

Fg = - M.g.sin a keterangan:

Fg = gaya gravitasi (N) M = massa bandul (kg) Periode Ayunan bandul pada jam kakek ini juga mempunyai periode. Periode adalah banyaknya waktu yang diperlukan untuk melakukan satu gerakan getaran. T = 2 (l/g)-1/2 keterangan: T = periode (s) l = panjang tali (m) g = percepatan gravitasi (m s-2) Frekuensi frekuensi adalah banyaknya getaran yang dilakukan dalam 1 detik. f = 1/(2 ) (g/l)-1/2 keterangan: f = frekuensi (hertz) l = panjang tali (m) g = percepatan gravitasi (m s-2)

3) Suspensi Kendaraan Secara umum komponen dasar dari sebuah suspensi motor adalah per spiral, katup-katup beserta pengaturnya dan oli khusus untuk peredam kejut tersebut. Cara kerjanya adalah katup-

katup beserta pengaturnya akan meregulasi kecepatan perpindahan oli didalam tabung akibat tekanan pada suspensi tersebut oleh beban pemakaian motor, sedangkan per spiral akan membantu menahan beban motor dan pengendara pada saat pemakaian.

Gambar 4. Suspensi kendaraan Suspensi motor (baik yang depan maupun belakang) telah dirancang agar per spiralnya selalu dalam keadaan tertekan/terkompres, walaupun suspensi tersebut belum terpasang pada motor atau belum diberi beban apapun. Prinsip kerja suspensi kendaraan bermotor ialah jika suatu piston yang ada aliran olinya atau klep yang bergerak keatas dan kebawah dan didalamnya ada seal cylinder, oli harus mengalir melalui lintasan oli dalam piston, tetapi mengalirnya tertahan oleh aliran oli. Jika shock absorber ini tertekan, oli mengalir melalui lintasan oli yang besar dan jika tertarik oli mengalir melalui lintasan yang kecil. oleh karena itu, jika shock absorber tertekan akan berjalan cepat, tapi jika tertarik akan berjalan lambat. dengan cara ini, getaran dari gulungan per dapat diredam. Shock atau suspensi pada kendaraan disusun dsecara pararel seperti gambar berikut

Karena kedua pegas mendapatkan beban yang sama maka berlaku sementara F1+F2 sebab kedua pegas tersebut membagi dua beban yang diterimanya.

Analogi sederhana bisa perhatikan gambar di samping ini :

4) Spring Bed Tidur menggunakan spring bed akan terasa lebih nyaman dibanding dengan menggunakan kasur biasa. Dimana kenyamanan ini diperoleh dari getaran atau gerakan periodik yang berasal dari pegas yang terdapat didalam spring bed yang dicampur dengan spons.

Gambar 5. Spring bed Prinsip kerja dari spring bed ini adalah apabila terdapat beban maka pegas akan bergerak naik-turun melewati titik setimbangnya dan dalam waktu tertentu pegas akan berhenti pada posisi atau keadaan semula. Getaran pada pegas spring bed ini hanya bergerak vertical (naik-turun), pegas yang digunakan pada spring bed ini berjenis pegas koil. Getaran yang terjadi pada spring bed ini adalah getaran teredam, dimana sponslah yang menjadi peredamnya. Hal inilah yang membuat pegas pada spring bed dalam waktu tertentu akan berhenti (tidak bergerak terus menerus). Pada spring bed ini, juga berlaku hukum Newton II (gaya yang terdapat pada system) dan gaya pegas itu sendiri. Yaitu :

M.(dv/dt) = - kx

dimana, M adalah massa beban ; (dv/dt) adalah perubahan momentum ; k adalah konstanta pegas ; dan x adalah simpangan yang diberikan pada pegas.

5) Gitar Gitar adalah sebuah alat musik berdawai yang dimainkan dengan cara dipetik, umumnya menggunakan jari maupun plektrum. Gitar terbentuk atas sebuah bagian tubuh pokok dengan bagian leher yang padat sebagai tempat senar yang umumnya berjumlah enam didempetkan. Gitar secara tradisional dibentuk dari berbagai jenis kayu dengan senar yang terbuat dari nilon maupun baja. Beberapa gitar modern dibuat dari material polikarbonat. Secara umum, gitar terbagi atas 2 jenis: akustik dan elektrik. Gitar akustik, dengan bagian badannya yang berlubang (hollow body), telah digunakan selama ribuan tahun. Terdapat tiga jenis utama gitar akustik modern: gitar akustik senar-nilon, gitar akustik senar-baja, dan gitar archtop. Gitar klasik umumnya dimainkan sebagai instrumen solo menggunakan teknik fingerpicking komprehensif. Gitar elektrik, diperkenalkan pada tahun 1930an, bergantung pada penguat yang secara elektronik mampu memanipulasi bunyi gitar. Pada permulaan penggunaannya, gitar elektrik menggunakan badan berlubang (hollow body), namun kemudian penggunaan badan padat (solid body) dirasa lebih sesuai. Gitar elektrik terkenal luas sebagai instrumen utama pada berbagai genre musik seperti blues, country, reggae, jazz, metal, rock, dan berbagai bentuk musik pop.

Propogasi gitar akustik Gitar merupakan salah satu instrumen musik paling populer saat ini. Gitar dapat digunakan untuk mengiringi berbagai jenis musik, mulai dari musik rock, musik country, musik pop, dll. Gitar sudah ada sejak tahun 1500-an. Gitar akustik adalah gitar yang hanya menggunakan metode akustik untuk memproyeksikan suara yang dihasilkan oleh kombinasi getaran senar-senarnya (strings). Untuk memahami bagaimana sebuah gitar akustik menghasilkan suaranya, kita perlu mengetahui komponen-komponen yang terdapat dalam sebuah gitar akustik.

Gambar 6. Gitar Bagian-bagian dalam Gitar Akusik Sebuah gitar dapat dibagi dalam 3 bagian utama : Badan gitar (hollow body), meliputi kotak suara (soundbox), dan papan suara (soundboard), dan bridge. Leher gitar (neck), tempat fret-fret (pembatas ruas-ruas pada leher gitar). Head, tempat men-tuning frekuensi senar.

Soundboard merupakan bagian terpenting dari sebuah gitar akustik. Soundboard tidak lain adalah papan bagian depan badan gitar dan berfungsi untuk memperkuat output suara dari sebuah gitar agar cukup keras untuk dapat didengar. Pada bagian depan dari soundboard ada sebuah lubang besar yang disebut lubang suara (sound hole, resonant cavity). Ada sebuah pelat tebal yang menempel pada soundboard yang disebut bridge yang berfungsi sebagai jangkar (pengait) untuk salah satu ujung dari keenam senar gitar. Pada bridge terdapat saddle untuk menyandarkan senar. Pada kebanyakan gitar akustik, badan gitar berbentuk seperti pinggang (waist). Bentuk ini mempermudah kita untuk menempatkan gitar pada lutut/paha saat bermain. pinggang ini membagi badan gitar menjadi upper bout dan lower bout.

Permukaan leher gitar, tempat fret-fret berada, disebut fingerboard. Fret adalah potongan logam yang membagi fingerboard menjadi beberapa interval tertentu. Dengan menekan sebuah senar pada interval tertentu, kita mengubah panjang senar dan akan mengubah nada jika senar itu bergetar. Di antara neck dan head terdapat nut, yang beralur untuk menahan ujung lainnya dari senar-senar. Sehingga saddle dan nut berfungsi sebagai dua ujung senar. Jarak antara saddle dan nut disebut panjang skala (scale length) gitar. Senar-senar melewati nut dan akhirnya dikaitkan pada tuning head yang berfungsi menaikkan/menurunkan tegangan senar.

Gambar 7. Bagian-bagian gitar Senar dan Fret dalam Gitar Akustik

Senar gitar bervariasi kerapatan linear, panjang, dan tegangan. Semakin besar linear density, semakin pelan getaran senar. Semakin panjang senar, semakin pelan getarannya. Frekuensi resonansi dari senar dapat dihitung dengan :

Panjang senar (L) dalam persamaan, berubah saat pemain menekan senar pada fret tertentu. Ini akan memperpendek senar sehingga meningkatkan frekuensi suara yang dihasilkan. Pengaturan jarak antar fret sangat penting. Jika jarak antara nut dan saddle 26 inci, maka posisi

fret pertama kira-kira 26/17.817 = 1.46 inci dari nut, atau 24.54 inci dari saddle. Selanjutnya fret kedua diletakkan 26-(26/17.817)/17.817 = 1.38 inci dari fret pertama, atau 23.16 inci dari saddle.

Berikut adalah posisi fret dan frekuensi dari masing-masing note pada senar paling atas. (asumsi scale length = 26 inci)

Saat sebuah senar dipetik, terbentuk sebuah gangguan yang merambat ke dua arah (ke saddle dan ke nut). Gelombang ini merambat pada kecepatan yang ditentukan oleh :

Gelombang berjalan sampai mencapai ujung-ujung dan dipantulkan kembali. Propagasi gelombang dapat dilihat pada gambar berikut. Senar-senar tidak dapat menghasilkan suara cukup, karena sangat tipis. Oleh karena itu, senar-senar harus mentransferkan frekuensinya ke sebuah permukaan yang besar agar dapat menimbulkan gangguan tekanan yang besar.

Jadi senar akan bergetar pada frekuensi tertentu yang ditentukan oleh : 1) Panjang senar 2) Jumlah tegangan pada senar 3) Massa senar 4) Keelastisan material senar Suara Gitar Saat senar bergetar, getaran merambat melalui saddle menuju soundboard. Badan gitar membentuk sebuah kotak suara berongga yang memperkuat getaran pada soundboard. Badan gitar mentransfer getaran dari bridge ke udara di dalam soundbox. Pelat depan (soundboard) adalah bagian yang paling bergetar karena si pemain gitar meredam getaran pada bagian belakang dan papan bagian samping (sisi-sisi gitar) relatif kaku. Oleh karena itu, kita harus membuat soundboard dari kayu yang elastis, misalnya dari sejenis kayu cemara. Semakin mudah soundboard bergetar, semakin keras suara yang dapat diproduksi. Pelat depan juga sebisa mungkin harus datar, sehingga perlu beberapa penahan di bagian dalam pelat. Tanpa penahanpenahan ini, soundboard bisa bengkok dan retak akibat tekanan yang ditimbulkan oleh tegangan pada senar. Hal ini juga berdampak pada magnituda suara yang ditransmisikan. Jadi sebuah gitar akustik menghasilkan suara dengan cara berikut : 1) Saat senar bervibrasi, getaran ditransmisikan ke saddle. 2) Saddle mentransmit getaran ke soundboard. 3) Soundboard dan badan gitar menguatkan suara yana dihasilkan. 4) Suara keluar dari lubang (resonant cavity).