BAB I GETARAN DAN GELOMBANG

Standar Kompetensi : 6. Memahami konsep dan penerapan getaran, gelombang dan optika dalam produk teknologi sehari-hari.

Kompetensi dasar : 6.1. Mendeskripsikan konsep getaran dan gelombang serta parameter-parameternya.

RINGKASAN MATERI

A. Getaran 1. Pengertian getaran. Getaran yaitu gerakan bolak-balik secara teratur melalui titik keseimbagan. Salah satu ciri getaran adalah adanya amplitudo. Jarak PR atau PQ pada gambar merupakan merupakan amplitudo.

Contoh getaran :- gerak ayunan bandul jam (pada jam bandul)- gerak pegas yang digantungkan dan diberi beban Gambar getaran :Keterangan gambar :P disebut titik keseimbangan (posisi benda saat tidak melakukan getaran)Benda dikatakan melakukan satu getaran penuh, bila benda bergerak satu kali bolak-balik dan kembali ke titik awal setelah melalui titik keseimbangan.Contoh : Pada gambar benda dikatakan telah melakukan satu getaran penuh ketika bergerak :P - Q – P – R – P, atau Q – P – R – P - Q, atau R – P – Q – P - R gambar getaran

2. Beberapa istilah dalam getaran a. Periode getaran (waktu getar) yaitu waktu yang diperlukan untuk melakukan satu kali

getaran penuh. Dituliskan dengan persamaan : dengan :

T= tn t = waktu yang diperlukan benda untuk bergetar (sekon)

n = jumlah getaran T = periode getaran (sekon)

b. Frekuensi yaitu banyaknya getaran yang dilakukan dalam satu satuan waktu, Dituliskan dengan persamaan :

dengan : t = waktu yang diperlukan benda untuk bergetar (sekon)

f=nt n = jumlah getaran

f = frekuensi getaran [ get/sekon atau hertz (Hz)]

c. Antara frekuensi dan periode getaran terdapat hubungan yang dirumuskan : f = 1/T atau T = 1/f dengan f = frekwensi (Hz) dan T = periode getar (detik) d. Amplitudo getaran yaitu simpang getar yang terjauh

B. Gelombang

1. Pengertian gelombang Gelombang adalah getaran yang merambat. Gelombang terjadi karena adanya sumber getaran.

Pada perambatan gelombang yang merambat adalah energi gelombang, sedangkan zat perantaranya tidak ikut merambat. Contoh : gelombang yang terjadi saat batu dijatuhkan ke dalam air, gelombang pada seutas tali yang digerakkan ke atas bawah berkali-kali dan lain-lain.

2. Jenis-jenis gelombang

a. Gelombang berdasarkan medium (zat perantara) perambatannya dibedakan :1)Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium,

misalnya: gelombang pada tali, gelombang pada slinki, gelombang bunyi, gelombang pada air.

2)Gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium, misalnya: gelombang cahaya, gelombang radio.

b. Gelombang berdasarkan arah getarannya dibedakan : 1)Gelombang tranversal, yaitu gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan arah

getarannya . Misalnya: gelombang pada tali atau slinki yang digetarkan ke kanan dan ke kiri atau digetarkan naik turun, gelombang pada permukaan air, gelombang cahaya. Pada gelombang transversal terdiri dari bukit dan lembah.Gambar gelombang transversal :

Beberapa istilah pada gelombang tranversal :- Bukit gelombang : a - b – c dan e – f – g- Lembah gelombang : c – d - e dan g – h – i- Puncak gelombang : b dan f- Dasar gelombang : d dan h- Satu gelombang : Jarak a –b – c – d - e atau jarak b – c – d – e - f- Amplitudo : b’ – b, d’ – d, f’ – f, h’ – hSatu gelombang pada gelombang transversal terdiri dari satu bukit dan satu lembah.

Panjang gelombang pada gelombang transversal adalah panjang satu gelombang yang terbentuk dari satu bukit dan satu lembah.

2)Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah rambatannya searah dengan arah getarannya. Misalnya: gelombang pada slinki yang digetarkan maju mundur atau ditarik-ulur secara berulang-ulang, gelombang bunyi di udara. Pada gelombang longitudinal terdiri dari rapatan dan renggangan.Gambar gelombang longitudinal :

Satu gelombang pada gelombang longitudinal terdiri dari satu rapatan dan satu renggangan. Panjang gelombang pada gelombang longitudinal adalah panjang satu gelombang longitudinal yang terdiri dai satu rapatan dan satu renggangan.

MACAM-MACAM GELOMBANG DAN APLIKASINYA

Gelombang adalah getaran yang merambat melalui medium. Akan tetapi, tidak semua

gelombang memerlukan medium perambatan. Gelombang yang memerlukan medium

perambatan disebut gelombang mekanik, contohnya; gelombang pada slinki, gelombang

permukaan air, dan gelombang bunyi. Gelombang yang tak memerlukan medium perambatan

disebut gelombang elektromagnetik, contohnya; gelombang cahaya, gelombang radio, dan sinar

X. Dengan kata lain gelombang elektromagnet dapat merambat melalui vakum (hampa

udara),sedangkan gelombang mekanik tidak .

Jenis-Jenis Gelombang :

Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik merupakan gelomba

ng yang membutuhkan medium untuk berpindah tempat. Gelombang laut, gelombang tali atau

gelombang bunyi termasuk dalam gelombang mekanik. Kita dapat menyaksikan gulungan

gelombang laut karena gelombang menggunakan laut sebagai perantara. Kita bisa

mendengarkan musik karena gelombang bunyi merambat melalui udara hingga sampai ke

telinga kita. Tanpa udara kita tidak akan mendengarkan bunyi. Dalam hal ini udara berperan

sebagai medium perambatan bagi gelombang bunyi.

Gelombang mekanik terdiri dari dua jenis, yakni gelombang transversal (transverse wave)

dan gelombang longitudinal(longitudinal wave).

Gelombang Transversal

Suatu gelombang dapat dikelompokkan menjadi gelombang trasnversal jika partikel-partikel

mediumnya bergetar ke atas dan ke bawah dalam arah tegak lurus terhadap gerak gelombang.

Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali. Ketika kita menggerakan tali naik turun,

tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang.

Bentuk gelombang transversal tampak seperti gambar di bawah.

Berdasarkan gambar di atas, tampak bahwa gelombang merambat ke kanan pada bidang

horisontal, sedangkan arah getaran naik-turun pada bidang vertikal. Garis putus-putus yang

digambarkan di ten

gah sepanjang arah rambat gelombang menyatakan posisi setimbang medium (misalnya tali

atau air). Titik tertinggi gelombang disebut puncak sedangkan titik terendah

disebutlembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak atau kedalaman maksimum

lembah, diukur dari posisi setimbang. Jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada

gelombang disebut panjang gelombang (disebut lambda - huruf yunani). Panjang gelombang

juga bisa juga dianggap sebagai jarak dari puncak ke puncak atau jarak dari lembah ke lembah.

Gelombang Longitudinal

Selain gelombang transversal, terdapat ju

ga gelombang longitudinal. Jika pada gelombang transversal arah getaran medium tegak lurus

arah rambatan, maka pada gelombang longitudinal, arah getaran medium sejajar dengan arah

rambat gelombang. Jika dirimu bingung dengan penjelasan ini, bayangkanlah getaran sebuah

pegas. Perhatikan gambar di bawah

Pada gambar di atas tampak bahwa arah getaran sejajar dengan arah rambatan gelombang.

Serangkaian rapatan dan reganganmerambat sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah

di mana kumparan pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah di mana

kumparan pegas saling menjahui. Jika gelombang tranversal memiliki pola berupa puncak dan

lembah, maka gelombang longitudinal terdiri dari pola rapatan dan regangan. Panjang

gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang berurutan. Yang

dimaksudkan di sini adalah jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada rapatan atau

regangan (lihat contoh pada gambar di atas).

Salah satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara sebagai

medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah rambat

gelombang udara. Berbeda dengan gelombang air atau gelombang tali, gelombang bunyi tidak

bisa kita lihat menggunakan mata.

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk

merambat dalam ruang hampa. Disini gelombang electromagnet ini mempunyai beberapa sifat-

sifat antara lain sebagai berikut ;

a.       Gelombang elektromagnettik dapat merambat dalam ruang tanpa medium

b.      Merupakan gelombang tranversal.

c.       Tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun

medan listrik.

d.      Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi),

pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi).

e.       Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersama, sehingga medan

listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus.

Macam-macam gelombang elektromagnet dan manfaatnya;

1.      Gelombang radio

Gelombang radio merupakan gelombang yang memiliki frekwensi paling kecil atau panjang

gelombangnya paling panjang. Gelombang radio berada dalam rentang frekwensi yang luas

meliputi beberapa Hz sampai gigahertz. Gelombang radio ini banyak digunakan dalam sistem

telekomunikasi, siaran TV, radio, dan jaringan seluler menggunakan gelombang radio ini pula.

Sistem telekomunikasi menggunakan gelombang radio ini sebagai pembawa sinyal informasi

yang pada dasarnya terdiri dari antenna pemancar dan antena penerima.

2.      Gelombang Mikro

Gelombang mikro adalah gelombang radio dengan frekwensi paling tinggi yaitu diatas  3Ghz, jika

gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda

itu. Maka gelombang mikro ini dapat dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak

makanan dengan cepat dan ekonomis. Gelombang mikro juga dapat dimanfaatkan pada pesawat

RADAR (radio detection and ranging), berarti RADAR mencari dan menentukan jejak sebuah

benda dengan menggunakan gelombang mikro.

3.      Sinar Inframerah

Sinar infra merah meliputi daerah frekwensi 1011Hz sampai 1014Hz atau daerah panjang

gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. sinar infra merah ini dihasilkan oleh elektron dalam

molekul-molekul yang bergetar karena benda dipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti

memancarkan sinar infra merah.

4.      Cahaya Tampak

Cahaya Tampak merupakan spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat oleh mata

manusia.cahaya tampak ini dapat membantu penglihatan mata kita. Dengan adanya sinar

tampak, mata kita dapat melihat benda-benda di sekeliling kita dan dapat dibedakan macam-

macam warnanya.

5.      Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet mempunyai frekwensi dalam daerah 1015Hz sampai 1016Hz atau dalam daerah

panjang gelombang 10-8m - 10-7m, gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam

nyala listirk. Sinar ultraviolet dapat digunakan untuk membunuh mikroorganisme, membantu

pertumbuhan tubuh manusia, dan juga dapat digunakan untuk mengetahui unsur-unsur dalam

suatu bahan dengan teknik spektroskopi.

6.      Sinar X

Sinar X memiliki panjang gelombang berkisar antara 1011 m sampai 108 m, sinar ini memiliki daya

tembus yang cukup kuat yang dapat menembus buku tebal, kayu tebal, bahkan plat logam. Sinar

X ini memiliki beberapa sifat antara lain;

a)      Merambat lurus

b)      Dapat menghitamkan pelat film

c)      Dapat mengionkan gas karena memiliki energi tinggi

d)     Dapat menembus logam tipis

e)      Tidak dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet

f)       Dipancarkan ketika sinar katoda menumbuk logam

g)      Dapat mengeluarkan elektron-elektron foto dari permukaan logam yang ditumbukkan

Sinar-X disebut juga sinar rontgen. Dalam bidang kedokteran sinar ini digunakan untuk memotret

bagian tulang yang patah, batu ginjal, paru-paru, dan bagian tubuh lainnya. Dalam bidang

industri digunakan untuk menemukan cacat las dan bungkus logam. Dalam bidang seni

digunakan untuk melihat bagian dalam patung yang tidak terlihat dari luar. Pada bidang sains

fisika dapat digunakan untuk mempelajari pola-pola difraksi pada struktur atom suatu bahan

sehingga dapat digunakan untuk menentukan struktur bahan tersebut.

7.      Sinar gamma

Sinar gamma memiliki panjang gelombang 1010 m sampai 1013 m. sinar gamma merupakan

gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekwensi terbesar dan bentuk radioaktif yang

dikeluarkan inti-inti atom tertentu. Gelombang ini memiliki energy yang besar yang dapat

menembus logam dan beton. Sinar gamma sangat berbahaya untuk manusia karena dapat

membunuh sel hidup terutama sinar gamma dengan tingkat energy yang tinggi  yang dilepaskan

oleh reaksi nuklir seperti ledakan bom nuklir. Gruond Penertrating Radar merupakan metode

geofisika dengan teknik elektromagnetik untuk mendeteksi objek yang terkubur didalam tanh

dan mengevaluasi kedalam objek tersebut.

3. Hubungan antara panjang gelombang (λ), frekuensi (f), dan cepat rambat gelombang (v).Cepat rambat gelombang (v) adalah jarak yang ditempuh gelombang tiap satu satuan waktu.Frekuensi gelombang (f) adalah banyaknya gelombang yang terjadi tiap satu satuan waktu.Panjang gelombang (λ) adalah jarak yang ditempuh gelombang dalam satu periode.Hubungan antara panjang gelombang, frekuwensi, dan cepat rambat gelombang dirumuskan :

λ = panjang gelombang (m)

v = λ . f karena f = 1/T maka v = λ/T f = frekuensi gelombang (Hz)v = cepat rambat gelombang (m/s)T = periode gelombang (sekon)

4.Konsep gelombang dalam kehidupan sehari-hari.Konsep gelombang dalam kehidupan sehari-hari , antara lain pada gelombang radio, gelombang bunyi, cahaya tampak, sinar-x, gelombang pada permukaan air.

Persamaan Gelombang Jalan

V P - -  

O

Sebuah gelombang dari titik O menuju titik P sejauh x cm ini dinamakan gelombang jalan. Waktu yang dibutuhkan gelombang berjalan dari titik O ke P adalah x / V. Jika O telah bergetar selama t detik maka P baru bergetar ( t – x / V ) detik

- Persamaan umum gelombang Persamaan umum geombang dapat diketahui dari rumusan sebagai berikut :Y = A sin w .t Keterangan :Y : simpangan A : amplitudew : kecepatan sudutt : waktu- Persamaan gelombang jalanY = A sin w.t

berjalan dari kiri ke kanan[ Y = A sin 2 f.t- k.x] berjalan dari kanan ke kiri[ Y = A sin 2 f.t + k.x] Secara umum :Y = A sin 2 f.t ± k.x

GELOMBANG STATIONER

Gelombang stationer disebut juga gelombang berdiri (standing wave) atau gelombang diam atau gelombang tetap.Gelombang statoner ini terjadi dari interferensi (perpaduan) terus menerus antara

gelombang dating dengan gelombang pantul.

Ada dua macam gelombang stationer yaitu :1. gelombang stationer pada ujung terikat (ujung tetap)2. gelombang stationer pada ujung bebas 

sifat sifat gelombang :1. refleksi = pemantulan2. reflaksi = pembiasan3. difraksi = Pelenturan4. Perpaduan = Interferensi = Superposisi

Gelombang Statoner Pada Ujung Terikat 

Persamaan gelombang datangnya adalah Y1=A sin (k.x – w.t)Persamaan gelombang pantulnya adalah Y2=A sin (k.x + w.t) 

Persamaan gelombang stationer (hasil interferensinya) yaitu : Y=Y1+Y2Y = [A sin (k.x – w.t) + A sin (k.x + w.t) ]Y = A [sin (k.x- w.t) + sin (k.x + w.t)] Ingat bahwa : sin a + sin b = 2 sin 1/2 (a + b). cos 1/2 (a- b)Maka :Y = A [2 sin 1/2 (k.x-w.t + k.x-w.t). cos 1/2 (k.x-w.t - k.x-w.t)Y = A [ 2 sin 1/2 (k.x . cos 1/2 (-2 w.t)]Y = A [2 sin k.x. cos w.t]

Dimana 2 A sin k.x = amplitude gelombang stationer

Menentukan letak simpul dan letak titik perut 1. letak simpul pada gelombang stationer pada ujung tetap merupakan kelipatan genap dari seperempat lamda . secara matematik ditulis dengan :x n+1 = 2n ( lamda /4) n : 0,1,2,…2. letak perut gelombang stationer pada ujung tetap merupakan kelipatan ganjil dari seperempat lamda .x n+1 = 2n+1 ( lamda /4) n : 0,1,2,…

Gelombang Stationer Padaujung Bebas

Y = A sin ( k.x – w.t) Y = - A sin ( k.x + w. t)ujung O digetarkan naik turun dan ujung b dibiarkan bebas bergerak.pemantulan oleh ujung bebas meghasilkan gelombang pantul yang sefase dengan gelombang datang.Y=Y1-Y2Y = [A sin (k.x – w.t) - A sin (k.x + w.t) ]Y = A [sin (k.x – w.t) - sin (k.x + w.t) ]Y = A [2 cos 1/2 (k.x-w.t + k.x-w.t). sin 1/2 (k.x-w.t - k.x-w.t)Y = A (2 cos k.x . sin w.t)As= A (2 cos k.x)

Menentukan letak simpul dan letak titik perut pada gelombang stationer pada ujung bebas:1. Letak simpul pada gelombang stationer pada ujung tetap merupakan kelipatan genap dari seperempat lamda . secara matematik ditulis dengan :x n+1 = 2n+1 ( lamda /4) n : 0,1,2,…

2. letak perut gelombang stationer pada ujung tetap merupakan kelipatan ganjil dari seperempat lamda .x n+1 = 2n ( lamda /4) n : 0,1,2,…

Cepat Rambat Gelombang Taransversal Pada Dawai (Tali)

dari percobaan MELDE menyimpulkan bahwa cepat rambat gelombang transversal pada tali yaitu : 

V : √ f / u

V : cepat rambat gelombang transversalf : gaya tegangan tali u: massa per satuan panjang (m /l )