Getaran
dan Gelombang
Gambar 1
Peta Konsep
Getaran dan Gelombang
a. Getaran
Gerak bolak-balik
di sekitar titik kesetimbangan inilah yang disebut getaran. Getaran biasanya dihasilkan ketika sebuah benada
dipindahkan atau disimpangkan dari keadaan seimbangnya sehingga benda tadi
menanggapi gaya tersebut dengan kembali ke keadaan setimbangnya.
Gambar 2
Getaran pada suatu benda
Titik
A merupakan titik awal benda sebelum
disimpangkan atau digunakan sebagai titik kesetimbangan. Kemudian, benda
disimpangkan sejauh B kemudian dilepaskan. Benda berayun melewati titik
kesetimbangan (tiitk A) sampai pada
simpangan terjauh di titik C dan
kembali lagi melewati titik A begitu
seterusnya secara teratur. Benda dikatakan melakukan satu getaran penuh jika
benda bergerak dari B – A – C – A –
B atau A – B – A – C – A atau C – A – B – A – C. Dalam getran dikenal dengan istilah-istilah
seperti simpangan, amplitudo, periode, dan frekuensi getaran. Contoh getaran
dalam kehidupan sehari-hari adalah saat kereta api lewat atau datang kamu akan
merasakan tanah yang kamu injak terasa berhetar. Getaran juga terjadi pada
kaca-kaca jendela rumah ketika terjadi guntur yang kuat.
b.
Simpangan dan Amplitodo Getaran
Gambar 3
Amplitudo
satu getaran penuh
dihitung dari titik awal sebuah benda bergerak sampai kembali ke titik itu
lagi. Jarak beban ke titik setimbang disebut dengan simpangan. Adapun simpangan terbesar dari suatu getaran disebut amplitudo.
c. Periode
dan Frekuensi Getaran
Waktu yang diperlukan
untuk menempuh satu kali getaran disebut periode getar yang dilambangkan dengan
T.
T = t /n …[1]
Ket:
n = jumlah
getaran.
t = waktu yang diperlukan
(sekon)
T = periode
getaran (sekon)
Adapun banyaknya getaran dalam satu sekon disebut
frekuensi (f). Periode getaran memiliki
satuan yaitu sekon, sedangkan satuan yang dimiliki oleh frekuensi adalah
Hertz (Hz). Hertz diambil dari nama seorang ilmuan Fisika Heinrich Hertz
(1857-1894). Karena jasa-jasanya, namanya diabadikan dalam satuan frekuensi
yaitu Hertz.
Untuk mengukur periode getaran digunakan persamaan
sebagai berikut.
Hubungan antaran frekuensi dan periode dapat
dituliskan dalam bentuk matematika sebagai berikut:
Getaran
memiliki ciri-ciri sebagai berikut:
1. Untuk
menempuh lintasan satu getaran diperlukan waktu yang biasa disebut
periode (T).
2. Banyaknya getaran dalam satu sekon
disebut frekuensi (f).
d.
Gelombang
Gelombang adalah usikan atau getaran yang merambat
melalui suatu medium. Dalam perambatannya, gelombang membawa energi. Gelombang
dapat merambat melalui tiga jenis medium yaitu zat padat, zat cair, dan gas.
Gelombang ada beberapa jenis. Berdasarkan getaran dan
rambatannya, gelombang dibedakan menjadi dua yaitu gelombang transversal
(gelombang melintang) dan gelombang longitudinal (gelombang membujur). Menurut
medium rambat (zat antara), gelombang dibedakan menjadi gelombnag mekanik dan
gelombnag elektromagnetik.
a.
Gelombang
transversal
Gelombang
transversal adalah gelombang yang arah rambatnya tegak lurus dengan arah
getarnya. Gelombang transversal dapat diamati pada tali yang digerakkan ke atas dan ke bawah. Pada tali akan terlihat
arah getarannya adalah naik-turun sedangkan arah rambatnya menuju ke depan atau
tegak lurus arah getar. Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali dan
gelombang di permukaan air.
Gambar 4
Gelombang Transversal pada tali
b.
Gelombang
Longitudinal
Gelombang
longitudinal adalah gelombang yang mempunyai arah rambat searah dengan usikkan
atau getarannya. Karena searah inilah gelombang longitudinal juga disebut
sebagai gelombang membujur. Gelombang longitudinal terjadi akibat desakkan.
Oleh karena itu, pola yang terbentuk adalah rapatan dan renggangan. Contoh
gelombnag longitudinal adalah gelombang bunyi, pegas yang digetarkan membujur,
dan gelombang dalam air. Perhatikan gambar di bawah ini!
Gambar 5
Gelombang
longitudinal pada pegas
Gambar 6
Gelombang
longitudinal yang terjadi pada pegas
Pola gelombang yang arah getarannya
berimpit arah rambatnya inilah yang dinamakan gelombang longitudinal. Pada
gelombang longitudinal terdapat rapatan dan renggangan. Panjang gelombang (λ)
suatu gelombang longitudinal didefinisikan sebagai:
a. jarak
satu rapatan dan satu renggangan atau
b. jarak
antara dua rapatan yang berdekatan atau
c. jarak
antara dua renggangan yang berdekatan.
c. Gelombang
mekanik
Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium
untuk merambat. Contoh gelombang mekanik antara lain gelombang pada tali,
gelombang air laut, dan gelombang bunyi.
d. Gelombang
elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat
merambat tanpa melalui medium. Contoh gelombang elektromagnetik adalah
gelombang cahaya, gelombang radio, dan sinar-X.
Gambar 7
Gelomabang elektromagnetik merupakan perpaduan tegak lurus antara medan
listrik dan medan magnet
Berdasarkan amplitudonya, gelombang dibedakan menjadi
dua, yaitu:
a.
Gelombang
berjalan
Gelombang yang memiliki amplitudo tetap disebut gelombang berjalan. Contoh gelombang berjalan
adalah gelombang yang terjadi pada tali yang dihubungkan dengan pegas yang
bergetar.
b.
Gelombang
diam (stasioner)
Gelombang yang memiliki amplitudo yang berubah-ubah
disebut gelombang diam (stasioner). Gelombang stasioner terjadi karena
perpaduan antara gelombang datang dan gelombang pantul yang memiliki frekuensi
dan panjang gelombang sama. Contoh gelombang stasioner adalah gelombang pada
dawai gitar dan biola.
e.
Cepat Rambat Gelombang dan Panjang Gelombang
Panjang gelombang. Kamu sudah mengetahui bahwa
pola gelombang transversal berbentuk bukit dan lembah gelombang, sedang kan 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 λ
(dibaca lamda). Satuan panjang gelombang dalam SI adalah meter (m). Kamu
telah mengetahui bahwa gelombang merupakan getaran yang merambat. Merambat
berarti bergerak dari suatu tempat ke tempat lain dalam selang waktu tertentu.
Jika diketahui panjang gelombang dan periodenya, dapat ditentukan kecepatan
gelombang tersebut.
a.
Periode
gelombang
Periode gelombang
adalah waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu panjang gelombang (T).
b.
Frekuensi
gelombang
Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang dalam satu
sekon ( f ).
c.
Cepat
rambat gelombang
Cepat rambat gelombang adalah jarak satu gelombang tiap
periode. Panjang gelombang dilambangkan λ, dengan satuan meter, sedangkan
kecepatan dilambangkan v satuannya m/s. Telah diketahui bahwa periode gelombang
T adalah:
v = λ / T
Mengingat hubungan f = 1 / T ; f frekuensi gelombang (Hz) maka diperoleh persamaan v = λ. f [4]
Panjang gelombang juga dapat dikatakan sebagai jarak
antara duan puncak bukit berurutan atau dua lembah yang berurutan. Waktu yang
diperlukan untuk merambat sepanjang satu gelombang (λ) disebut periode
gelombang (T). Perbandingan antara panjang gelombang (λ) dan periodenya (T)
merupakan cepat rambat (v) gelombang.
λ / T = v....[5]
Adapun periode gelombang longitudinal adalah waktu yang
diperlukan untuk membentuk sebuah rapatan dan sebuah renggangan yang berurutan.
Dengan demikian, frekuensi gelombang longitudinal dapat dikatakan sebagai
banyaknya rapatan dan renggangan yang terjadi setiap sekon. Dalam hal itu, juga
berlaku persamaan.
λ = v.T ....[6]
Dengan demikian, diperoleh
hubungan antara kecepatan gelombang (v)dengan panjang gelombang λ, periode (T),
dan frekuensi gelombang (f) yang dituliskan sebagai berikut.
Keterangan:
v = kecepatan gelombang (m/s)
λ = panjang gelombang (m)
T = periode gelombang (sekon)
f = frekuensi
gelombang (Hz)
f.
Pemantulan dan Pemanfaatan 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.
Gelombang transversal atau gelombang longitudinal apabila
mengenai ujung tetap, arah gelombang pantul berlawanan dengan arah gelombang
datang.
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.
Pada peristiwa pemantulan gelombang berlaku hukum pemantulan
gelombang sebagai berikut:
1) Gelombang datang, garis normal, dan gelombang pantul
terletak pada satu bidang datar.
2) Besar sudut pantul sama dengan sudut datang.
Gelombang memiliki sifat atau karakteristik tertentu.
Sifat gelombang tersebut antara lain:
1.
dapat
dibiaskan,
2.
dapat
terpolarisasi,
3.
dapat
mengalami interferensi,
4.
dapat
mengalami difraksi, dan
5.
dapat
mengalami pemantulan.
Contoh pemantulan gelombang dan pemanfaatannya adalah
sebagai berikut.
a)
Gelombang
air laut dipantulkan oleh pantai sehingga ada gelombang air laut yang menuju ke
tengah laut.
b)
Gelombang
bunyi dipantulkan oleh dinding atau tebing sehingga terjadi gema.
c)
Pemantulan
gelombang bunyi oleh dasar laut dapat dimanfaatkan untuk menentukan kedalaman
laut dengan menggunakan sistem sonar.
Pemantulan gelombang
elektromagnetik oleh suatu benda dapat dimanfaatkan untuk mendeteksi benda
tersebut dengan menggunakan sistem radar.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar