bab 1 Gelombang

1.       Pengertian Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat melalui medium,berupa zat padat, cair, gas seperti slinki,tali air, dan udara. Dalam perambatannya,gelombang memindahkan energi namun tidak memindahkan materi.

a.       Gelombang Transversal dan Gelombang Longitudinal

1)      Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatnya

Contohnya gelombang pada tali dan permukaan air.

2)      Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatnya searah dengan arah getarnya.

Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang suara dan slinki

Cepat rambat gelombang dirumuskan:

                                                                                                          

Dengan:

V= cepat rambat gelombang (m/s)

𝛌= panjang gelombang (m)

T= periode (s)

F = frekuensi (Hz)

b.      Menurut amplitudonya ada dua macam gelombang,yaitu gelombang berjalan dan gelombang stasioner.

1)      Gelombang berjalan yaitu gelombang yang memiliki amplitudo tetap disetiap titik yang dilalui.

Contoh gelombang pada tali.

2)      Gelombang stasioner yaitu gelombang yang memiliki amplitudo tidak tetap/berubah-ubah pada setiap titik uang dilaluinya. Contoh gelombang pada dawai gitar yang dipetik.

C.  Menurut media perambatannya ada dua macam gelombang,yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagenik

1)      Gelombang mekanik yaitu gelombang yang dalam perambatannya membutuhkan medium. Pada gelombang mekanik ini energi dan momentum dipindahkan melalui medium yang bersifat elastik. Contoh gelombang bunyi yang terjadi karena gesekan senar gitar.

2)      Gelombang elektromagetik  yaitu gelombang yang dalam perambatannya tidak membutuhkan mediium. Contoh gelombang cahaya,gelombang TV,gelombang radio,dan sinar X.

a)      Energi gelomban

 Gelombang memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain.

Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik, energi gelombang dirumuskan: E =  kA² dan frekuensi geombang k = 4²  mf²

 

Sehingga besarnya  :

                                                                                     

Energi yang dipindahkan biasanya diyatakan dalam intensitas.

Besarnya intensitas gelombang ditentukan dari daya pancar gelombang.

 

b)      Superposisi gelombang

Superposisi dari sejumlah gelombang tunggal sapat ditentukan dengan menjumlahkan tiap-tiap simpangan, kemudian dibuat grafik berdasarkan simpangan-simpangan hasil penjumlahan tersebut.

Bentuk gelombang superposisi dari dua gelombang yang memiliki frekuensi sama  dibedakan:

1)      Sefase

Dua gelombang pada saat yang sama selalu memiliki simpangan yang bertanda sama.

2)      Berlawanan fase

3)      Dua gelombang pada saat yang sama selalu memiliki simpangan yang berbeda tanda.

1.       

2.      Sifat-sifat Gelombang

a.      Pemantulan Gelombang

Pemantulan gelombang pada tali dibedakan menjadi 2 yaitu pemantulan pada ujung bebas dan ujung terikat.

Pemantulan pada gelombang permukaan air.

Pemantulan gelombang pada permukaan air sesuai dengan hukum pantulan yaitu:

1)      Sudut gelombang datang = sudut gelombang pantul.

2)      Gelombang datang garis normal dan gelombang pantul terdapat pada satu titik.

b.      Pembiasan Gelombang

Persamaan umum yang berlaku untuk pembiasan gelombang adalah:

 

i = sudut datang

r = sudut bias

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

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

n = indek bias medium 2 relatif terhadap medium 1

c.       Difraksi Gelombang

Adalah pembelokan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah. Celah bertindak sebagai sumber gelombang berupa titik, dan gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk lingkaran-lingkaran dengan celah sebagai pusat.

d.      Interferensi Gelombang

Interferensi gelombang akan terjadi pada dua buah gelombang yang koheren. Pola interferensi dapat dibedakan menjadi:

1)      Pola saling menguatkan (konstruktif), yang terjadi jika δ = nλ ; n = 0, 1, 2, ....

2)      Pola yang saling melemahkan (destruktif), terjadi jika δ = (n + λ) ; n = 0, 1,2, ....

e.       Dispersi

Dispersi adalah penyebaran bentuk gelombang ketika merambat melalui suatau medium. Dapat diamati pada gelombang cahaya putih yang merambat melalui prisma kaca, sehingga akan mengalami dispersi sehingga membentuk warna pelangi.

f.        Polarisasi

Polarisasi adalah peristiwa terserapnya sebagian arah getar gelombang sehingga hanya tinggal memiliki satu arah getar saja. Fenomena polaritas hanya dapat terjadi pada gelombang tranversal saja. Karena arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatnya. Dan tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal. Sehingga dapat disimpulkan bahwa cahaya juga dapat terpolarisasi. Yang telah dibuktikan oleh percobaan. Bartholinus dengan sebuah kristal.

3.      Gelombang Berjalan

a.       Gelombang berjalan adalah gelombang mekanik yang memiliki amplitudo yang konstan pada setiap titik. Pada gerak harmonik, usikan berubah sinusoidal terhadap waktu dan ruang. Pada gelombang berjalan harmonik pada tali, partikel-partikel pada tali bergetar dengan gerak harmonik sederhana tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang. Simpangan partikel dinyatakan oleh: Y = ± A sin (ωt ± kx), dengan x = jarak ke titik acuan. (Apabila A positif menandakan gerak ke atas, k positif menandakan gerak ke kanan dan apabila negatif menandakan ke bawah dan ke kiri)

b.      Hubungan frekuensi sudut berhubungan dengan periode : 

c.       Hubungan bilangan gelombang dengan panjang gelombang  λ = panjang gelombang.

d.      Cepat rambat gelombang berjalan  , dengan v = cepat rambat gelombang

Kecepatan, Percepatan, dan Sudut Fase Gelombang Berjalan

Kecepatan partikel naik turun di suatu titik adalah turunan pertama dari simpangan terhadap waktu.

                                                                                                                 

                                            Dengan V_p = kecepatan partikel

Percepatan partikel naik turun di suatu titik adalah turunan pertama dari kecepatan partikel terhadap waktu.

                                                                                                                                

Dengan a_p = percepatan partikel

Sudut fase gelombang di suatu titik adalah besar sudut dalam fungsi sinus.

4.      Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner terjadi karena interferensi terus menerus antara gelombang datang dan gelombang pantul yang memiliki amplitudo dan frekuensi sama tetapi arah geraknya berlawanan.

Pada ujung tetap,pemantilan pulsa mengalami pembalikan fase. Resultan gelombang datang y= A sin (kx-t) dengan gelombang pantul y= A sin (kx + t) menghasilkan gelombang stasioner dengan A = amplitudo gelombang berjalan dan As = amplitudo gelombang stasioner.

Letak smpul dari ujung tetap merupakan kelipatan genap dari ¼ .

Letak perut dri ujung tetap merupakan kelipatan ganjil dari ¼

 

Pada ujung bebas pulsa yang dipantulkan tidak terjadi pembalikan fase. Resultan antara gelombang datang  dengan gelombang pantul :  menghasilkan gelombang stasinor  .

 

                                                                                                                             

5.      Percobaan malde

a.      Massa per satuan panjang

Cepat rambat gelombang transversal dawai d hubungkan dengan tegangan dawai dan massa per satuan panjang.

Keterangan :

V = cepat rambat dawai

F = tegangan dawai

μ = massa per satuan panjang

A = luas penampang dawai

Ρ = massa jenis dawai