FISIKA

Getaran dan gelombang
1. PENDAHULUAN
Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dikelompokkan menjadi dua, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik yaitu gelombang yang memerlukan medium di dalam perambatannya. Contoh gelombang mekanik antara lain: gelombang bunyi, gelombang permukaan air, dan gelombang pada tali. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Contoh : cahaya, gelombang radio, gelombang TV, sinar – X, dan sinar gamma.
2. HAKEKAT GELOMBANG MEKANIK
A. Terjadinya Gelombang
Gelombang terjadi karena adanya usikan yang merambat.Menurut konsep fisika, cerminan gelombang merupakan rambatan usikan, sedangkan mediumnya tetap. Jadi, gelombang merupakan rambatan pemindahan energi tanpa diikuti pemindahan massa medium.
Klik gambar untuk lihat animasinya
B. Pengertian Gelombang Mekanik
Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya.
Contoh gelombang mekanik :
- Gelombang yang terjadi pada tali jika salah satu ujungnya digerak-gerakkan.

- Gelombang yang terjadi pada permukaan air jika diberikan usikan padanya ( misal dengan menjatuhkan batu di atas permukaan air kolam yang tenang ).

C. Gelombang Transversal
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatannya tegak lurus arah getarannya ( usikannya ).
Perhatikan ilustrasi berikut ini !
Klik gambar untuk lihat animasinya

Contoh gelombang transversal :
- getaran sinar gitas yang dipetik
- getaran tali yang digoyang-goyangkan pada salah satu ujungnya
A. Gelombang Longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarnya ( arah usikannya )

Perhatikan ilustrasi berikut ini !

Contoh gelombang longitudinal :
- gelombang pada slinki yang diikatkan kedua ujungnya pada statif kemudian diberikan usikan pada salah satu ujungnya

- gelombang bunyi di udara

1. Panjang Gelombang
A. Pengertian Panjang Gelombang
Panjang satu gelombang sama dengan jarak yang ditempuh dalam waktu satu periode.
1) Panjang gelombang dari gelombang transversal
Perhatikan ilustrasi berikut!


Klik gambar untuk lihat animasinya
Pada gelombang transversal, satu gelombang terdiri atas 3 simpul dan 2 perut. Jarak antara dua simpul atau dua perut yang berurutan disebut setengah panjang gelombang atau ½ λ (lambda),
2) Panjang gelombang dari gelombang longitudina
Perhatikan ilustrasi berikut !

Pada gelombang longitudinal, satu gelombang (1l) terdiri dari 1 rapatan dan 1 reggangan.
B. Cepat Rambat Gelombang
Jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam satu sekon disebut cepat rambat gelombang. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v dan satuannya m/satau m s-1. Hubungan antara v, f, λ, dan T adalah sebagai berikut :

Keterangan :
λ= panjang gelombang , satuannya meter ( m )
v = kecepatan rambatan gelombang, satuannya meter / sekon ( ms-1 )
T = periode gelombang , satuannya detik atau sekon ( s )
f = frekuensi gelombang, satuannya 1/detik atau 1/sekon ( s-1 )
2. Pemantulan Gelombang
Jika gelombang melalui suatu rintangan atau hambatan, misalnya benda padat, maka gelombang tersebut akan dipantulkan. Pemantulan ini merupakan salah satu sifat dari gelombang.
Berikut ini adalah contoh pemantulan pada gelombang tali


Pemantulan ujung terikat

Pemantulan ujung bebas
Pemantulan gelombang pada ujung tetap akan mengalami perubahan bentuk atau fase. Akan tetapi pemantulan gelombang pada ujung bebas tidak mengubah bentuk atau fasenya.
Contoh Soal :
1. Dalam 1 sekon dihasilkan gelombang seperti gambar di bawah ini

a. berapakah frekuensi gelombang tersebut?
b. Bila jarak PQ = 2 cm, maka berapakah ?
Penyelesaian :
Menurut gambar, gelombang yang terjadi sebanyak 2 gelombang. Berarti, f = 2 gelombang / sekon atau f = 2 Hz.
Pada gambar terjadi 2 gelombang ( 2λ ). Jadi 2 λ= 2 cm atau λ= 1 cm.
2. 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 sehingga λ = 8/4 = 2 m
Selama 2 sekon terjadi 4 λ atau selama 1 sekon terjadi 2λ
Jadi, f = 2 gelombang / sekon atau f = 2 Hz

T = 1/f = ½ sekon sehingga v =λ f = 2 m x 2 Hz = 4 m s-1
A

1)  Dasar-dasar Cahaya 

          Pada awalnya para ilmuwan menganggap bahwa cahaya adalah aliran partikel-partikel yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Namun, tidak semua sifat-sifat cahaya dapat dijelaskan dengan teori tersebut. Percobaan-percobaan  menunjukkan bahwa cahaya juga berlaku/bersifat seperti gelombang.Sekarang,    (sifat)   alamiah    cahaya dijelaskan  dalam  istilah  partikel  dan  gelombang.  Pada bab ini,  anda akan  menerapkan  apa  yang  telah  anda pelajari  tentang gelombang mekanik untuk mempelajari cahaya.

 

2)  Cahaya  

Apakah cahaya itu? Cahaya adalah rentang frekuensi
gelombang elektromagnetik yang merangsang retina mata. Gelombangcahaya mempunyai panjang gelombang dari kurang lebih 400 nm (4.00x 10-7 m) sampai 700 nm (7.00 x 10-7). Panjang gelombang terpendek terlihat  sebagai  cahaya  ungu.  Seiring  dengan peningkatan  panjang gelombang warna akan berubah secara gradual (bertahap) nila, biru, hijau,     kuning,   orange,  dan yang terakhir merah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-1.Cahaya  merambat  dalam  (bentuk)  garis  lurus  dalam  ruang hampa atau dalam medium homogen yang lain.  Bagaimanakah  anda mengetahui hal ini?Jika cahaya dari matahari atau senter dibuat dapat terlihat dengan partikel-partikel debu di udara, lintasan cahaya terlihat sebagai  garis  lurus.  Pada  saat  tubuhmu  menghalangi  sinar  matahari, anda melihat bayang-bayang tajam. Juga, otak kita menentukan letak benda-benda dengan anggapan  secara otomatis bahwa cahaya merambat dari benda ke mata kita sepanjang lintasan lurus.

Gambar 1-1 Spektrum cahaya

            Lintasan  garis  lurus  cahaya  telah  menuntun  ke  model  sinarcahaya. Sinar adalah garis lurus yang mewakili lintasan tajam berkas cahaya.  Penggunaan  diagram  sinar  untuk  mempelajari  perjalanan cahaya, disebut optik sinar atau optik geometrik. Walaupun optik sinar mengabaikan       sifat    alami  gelombang   cahaya,                      optik sinar    sangat bermanfaat  untuk  menjelaskan  bagaimana  cahaya  dipantulkan  dan dibiaskan.

 3) Sumber-sumber Cahaya
Apakah perbedaan antara cahaya
nyala lilin dan cahaya bulan?
Cahaya lilin, dapat terjadi pada
siang maupun malam hari, tetapi
cahaya bulan hanya terang bila
malam hari. Namun sebenarnya
terdapat perbedaan mendasar
yang penting diantara kedua
cahaya tersebut. Benda bersinar
memancarkan gelombang-gelombang cahaya, benda yang disinari
memantulkan gelombang-gelombang cahaya yang dihasilkan oleh
sumber-sumber cahaya dari luar, seperti digambarkan pada
Gambar 1-2. Sebuah lampu pijar, seperti bola lampu pada umumnya,
adalah bersinar karena energi listrik memanaskan kawat tungster kecil
didalam bola lampu dan menyebabkan kawat tersebut berpijar. Bendabenda
berpijar mamancarkan cahaya, sebagai hasil dari benda tersebut
bersuhu tinggi. Sebaliknya, reflector (pemantul) pada sepeda, bekerja
sebagai benda yang disinari. Pemantul sepeda tersebut didesain untuk
memantulkan lampu utama automobile.
Manusia mencatat sensasi cahaya pada saat gelombanggelombang
elektromagnetik dengan panjang gelombang yang tepat
sampai pada mata kita. Mata kita mempunyai sensitifitas yang berbeda
terhadap panjang gelombang yang berbeda.

 4) Flux Cahaya
Kecepatan cahaya tampak dipancarkan dari sumber disebut flux
cahaya, panjang satuan cahaya adalah lumen, lm. Bola lampu pijar
100-watt umumnya memancarkan kurang lebih 1750 km. Bayangkanbahwa bola lampu ditempatkan di pusat lingkaran.Bola lampu memancarkan cahaya pada hampir semua arah.1750 km flux cahaya mengkarakteristikan semua cahaya yang mengenai permukaan dalam lingkaran yang diberikan dalam satuan waktu.

5)  Hubungan satu per kuadrat

Apa  yang  akan  terjadi  jika  bola  sekitar  lampu  lebih  besar?  Jika  bola mempunyai jari-jari 2 m, flux cahaya total akan tetap 1750 lux, tetapi luas  bola  akan  menjadi  4p  (2m)2  =  16p  m2, empat kali lebih besar.Akibatnya, penyinaran pada permukaan tersebut akan berkurang oleh faktor empat sampai 35 lx. Jadi, jika jarak permukaan dari titik sumber lampu  dilipatkan  2x,  penyinaran  yang  diberikan  oleh  sumber  pada permukaan berkurangi oleh factor 4. Dengan cara yang sama jika jarak ditingkatkan         3  m,  penyinaran  hanya  (1/3)2   atau  1/9  dari  apabila sumber  cahaya  berjarak  1  m.  Perhatikan  bahwa  penyinaran  adalah sebanding   dengan   1/r2.   Hubungan   satu   per   kuadrat   ini,   seperti ditunjukkan pada Gambar 1-4, hal ini sama seperti gaya gravitasi yang anda pelajari pada saat yang lalu.

 

GAMBAR 1-4  Penyinaran permukaan benda yang berbeda