fenomena gelombang 2

Gejala mengenai gerak gelombang banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Kkamu tentu mengenal gelombang yang dihasilkan oleh sebuah benda yang dijatuhkan ke dalam air, sebab hal itu mudah diamati. Gelombang tidak lain adalah getaran yang merambat atau menjalar ke suatu tempat dalam suatu ruang. Di dalam perambatannya ada gelombang yang memerlukan medium perantara, misalnya gelombang air, gelombang bunyi. Tetapi ada juga yang tidak memerlukan medium perantara, misalnya gelombang cahaya dan gelombang elektromagnet.

Karena sifat kelentingan dari medium maka gangguan keseimbangan ini dirambatkan ke titik lainnya. Jadi gelombang adalah usikan yang merambat dan gelombang yang bergerak akan merambatkan energi. Sedangkan alat yang dapat menghasilkan getaran dinamakan vibrator atau oscilator.

Vibrator yang terjadi karena getaran mekanik, menghasilkan getaran merambat yang disebut gelombang mekanik. Vibrator yang terjadi karena osilasi (getaran) medan listrik magnet (elektromagnetik) menghasilkan gelombang elektromagnetik. Karena gelombang terjadi akibat osilasi, maka parameter–parameter yang terjadi pada osilasi juga dijumpai pada gelombang, misalnya frekuensi (f), perioda (T) dan simpangan dari titik setimbang (y). Parameter lain yang terdapat pada gelombang adalah panjang gelombang (l) dan cepat rambat gelombang (v). Beragam bentuk gelombang tergantung pada jenis gangguan yang ditimbulkan oleh sumber gelombang dan bahan atau medium tempat gelombang tersebut merambat.

Berdasarkan arah rambat gelombang, gelombang digolongkan menjadi dua.

a. Gelombang Longitudinal

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






Gambar 2. Gelombang Longitudinal

b. Gelombang Transversal

Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus arah rambatnya.










Gambar 3. Gelombang Transversal

Berdasarkan cara rambat dan medium yang dilalui, gelombang dikelompokkan menjadi dua.

a. Gelombang Mekanik

Dimana yang dirambatkan adalah gelombang mekanik dan untuk perambatannya memerlukan medium.

b. Gelombang Elektromagnetik

Dimana yang dirambatkan adalah medan listrik magnet, dan tidak memerlukan medium.







Gambar 4. Gelombang Elektromagnetik

Gambar 3 menggambarkan gelombang elektromagnetik, yang merupakan kombinasi antara gelombang medan listrik (E) yang arahnya sejajar sumbu Y dan gelombang medan magnet (B) yang arahnya sejajar sumbu Z. Sedangkan arah perambatannya ke arah sumbu X positif.

Berdasarkan amplitudonya gelombang digolongkan menjadi dua.

a. Gelombang Berjalan

Gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudonya tetap pada titik yang dilewatinya.

b. Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner adalah gelombang yang amplitudonya tidak tetap pada titik yang dilewatinya, yang terbentuk dari interferensi dua buah gelombang datang dan pantul yang masing-masing memiliki frekuensi dan amplitudo sama tetapi fasenya berlawanan.

Sifat-sifat umum gelombang , antara lain :

a. Dapat Dipantulkan (Refleksi)

Pada proses pemantulan gelombang berlaku:



•


· gelombang datang d, garis normal N dan gelombang pantul p terletak pada satu bidang datar

· sudut datang (i) = sudut pantul (r)

b. Dapat Dibiaskan (Refraksi)

Di dalam pembiasan gelombang akan berlaku Hukum Snellius:




· gelombang datang dari medium kurang rapat (n1) menuju medium lebih rapat (n2) akan dibiaskan mendekati garis normal, begitu juga sebaliknya.

· karena v = f . l dan f adalah konstan pada saat gelombang melalui bidang batas n1-n2

c. Dapat Dipadukan (Interferensi)

Interferensi adalah perpaduan antara dua buah gelombang atau lebih pada suatu tempat pada saat yang bersamaan. Interferensi dapat terjadi bila gelombang melalui selaput tipis atau celah ganda maupun kisi-kisi.


d. Dapat Dilenturkan (Difraksi)

Lenturan gelombang dapat terjadi jika gelombang gelombang sampai pada suatu

penghalang yang berupa celah sempit. Jadi, jika gelombang melewati celah sempit atau penghalang maka titik titik pada celah yang sempit itu akan menjadi sumber gelombang yang baru dan meneruskan gelombang itu ke segala arah.


e. Dapat Diserap Arah Getarnya (Polarisasi)

Pengertian polarisasi hanya untuk gelombang transversal. Polarisasi berkaitan dengan arah getar gelombang medan magnet dan medan listriknya. Cahaya alam (cahaya tampak) termasuk gelombang transversal, dan merupakan gelombang yang dapat terpolarisasi.

Beberapa jenis bahan dapat mempolarisasikan cahaya dinamakan polarisator.

Gelombang yang dapat melewati polarisator dapat ditransmisikan dan gelombang yang tidak dapat melewati polarisator tidak ditransmisikan.

2. Gelombang Mekanik

Untuk memudahkan dalam pemahaman gelombang akan dibahas dengan contoh gelombang mekanik yang merambat pada suatu medium tali. Dalam perambatannya gelombang mekanik selalu memerlukan medium perantara.

Ada empat besaran dasar dari gelombang, yaitu : periode ( T ), frekuensi ( f ), frekuensi sudut (w), bilangan gelombang (k), panjang gelombang ( l ), dan cepat rambat gelombang ( v ).

Hubungannya:

v = l . f atau l = v . T

k = 2p / l atau k = w / v

Jika suatu peristiwa mekanis / gangguan terjadi pada suatu titik dari suatu substansi yang kemudian menjalar ke seluruh bagian hingga terjadi perulangan yang sama pada titik lain dari substansi itu, maka peristiwa ini adalah peristiwa gerak gelombang mekanik.

1. Gelombang Berjalan

Persamaan gelombang dapat diturunkan dengan asumsi getaran merambat dimana sumber getar melakukan gerak harmonis dengan persamaan

y = A sin wt

Di tempat lain yang berjarak x dari sumber getar akan terjadi getaran dengan persamaan yang hampir sama, hanya berbeda dalam hal waktu getar di titik tersebut. Sehingga dapat dituliskan persamaan sebagai :

y = A sin w(t – x/v)

Dengan memperhatikan berbagai persamaan yang telah ada di atas dapat dituliskan bentuk umum persamaan gelombang sebagai berikut :

y = A sin (±wt ± k.x)

(dua tanda yang berlawanan mengindikasikan gelombang merambat ke kanan, dan bila dua tanda tersebut sama mengindikasikaan gelombang merambat ke kiri )


Persamaan tersebut dapat diartikan bahwa di sepanjang tali selalu terjadi getaran dengan besar simpangan bergantung pada waktu (t) dan posisi (x). Dengan memilih nilai x tertentu (konstan) berarti kita mengamati getaran harmonis di titik itu, karena persamaan gelombang berubah menjadi persamaan getaran harmonis. Di sisi lain bila dipilih nilai t tertentu (konstan) itu berarti seolah – olah sedang mengambil gambar gelombang itu sesaat (memotret)

Secara lengkap bentuk persamaan garis sinusioda dinyatakan :

y = A sin { k ( x – v.t ) - jo }

jo = sudut fase saat t = 0 dan x = 0

Kecepatan osilasi partikel di suatu titik yang dilalui gelombang berjalan

v = wA cos (wt – kx)

Percepatan osilasi partikel disuatu titik yang dilalui gelombang berjalan :

a = -w2A sin (wt – kx)

atau a = -w2y

Besar sudut dalam fungsi sinus disebut sudut fase. Jadi sudut fase gelombang berjalan dirumuskan :

q = wt – kx

karena q = 2 p j maka fase gelombang :

Jika dua titik berjarak X1 dan X2 dari titik asal getaran maka beda fase :

Dj = j2 - j1


2. Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner sering disebut gelombang berdiri atau gelombang diam, atau gelombang tegak. Gelombang stasioner adalah gelombang yang terjadi sebagai akibat interferensi dua gelombang berlawanan arah dan memiliki amplitudo sama serta frekuensi sama. Gelombang stasioner terdiri atas gelombang datang dan gelombang pantul yang terus menerus berinterferensi. Gelombang stasioner dapat terjadi pada interferensi antar gelombang transversal maupun antar gelombang longitudinal. Berdasarkan titik ujung pantulnya gelombang stasioner dibagi dua :

a. Gelombang stasioner akibat pemantulan pada ujung tetap

b. Gelombang stasioner akibat pemantulan pada ujung bebas.

a. Gelombang Stasioner Akibat Pemantulan pada Ujung Terikat.

Pada ujung tetap terjadi perubahan fase ½, artinya fase gelombang datang dengan gelombang pantul berbeda, yaitu fase gelombang terpantul berubah ½. Jadi bila bukit gelombang mencapai ujung terikat, oleh ujung terikat bukit gelombang tersebut dipantulkan sebagai lembah gelombang, artinya fase gelombang terpantul berubah setengah.

Gambar 5 menunjukkan tali dengan panjang 1 ujungnya terikat digetarkan terus menerus di titik O, dipantulkan ujung tetap hingga melalui titik N berjarak X dari titik pantul

Gelombang stasioner di titik N :

y = y1 + y2,


Amplitudo Gelombang stasioner : As = 2 A sin kx

Ada titik-titik pada posisi tertentu, yang selalu menghasilkan amplitudo maksimal, yang disebut dengan perut. Di sisi lain, ada titik–titik pada posisi tertentu, yang selalu menghasilkan amplitudo nol (seolah-olah tidak bergetar), yang sering disebut dengan istilah simpul.

Untuk gelombang stasioner akibat pemantulan pada ujung terikat, letak titik-titik perut dari ujung terikat merupakan kelipatan ganjil (2n + 1) dari seperempat panjang gelombang.

X = (2n + 1) . ¼ l

Untuk perut ke 1 ® n = 0, perut ke 2 ® n = 1 dan seterusnya.

Letak titik simpul dari ujung terikat merupakan kelipatan genap (2n) dari seperempat panjang gelombang.

X = (2n) . ¼ l

Untuk simpul ke 1 ® n = 0, simpul ke 2 ® n = 1 dan seterusnya.

b. Gelombang Stasioner Akibat Pemantulan pada Ujung Bebas.

Pemantulan ujung bebas misalnya pada ujung tali diikat dengan gelang dan dimasukkan ke dalam tongkat. Pada ujung bebas tidak ada perubahan fase, artinya gelombang datang dan gelombang pantul memiliki fase sama. Apabila bukit gelombang mencapai ujung bebas, oleh ujung bebas bukit gelombang tersebut dipantulkan tetap sebagai bukit gelombang. Jadi pada pemantulan di ujung bebas fase gelombang terpantul tidak berubah.


Pada gambar tampak gelombang datang dan gelombang pantul tidak mengalami perubahan fase. Untuk titik N dengan persamaan gelombang datang

Amplitudonya As = 2A cos kx

Untuk gelombang stasioner akibat pemantulan pada ujung bebas, letak titik-titik perut dari ujung bebas merupakan kelipatan genap (2n) dari seperempat panjang gelombang.

X = (2n) . ¼ l

Untuk perut ke 1 ® n = 0, perut ke 2 ® n = 1, dan seterusnya

Letak titik simpul dari ujung bebas merupakan kelipatan ganjil (2n + 1) dari seperempat panjang gelombang.

X = (2n +1 ) . ¼ l

Untuk simpul 1 à n = 0 simpul ke 2 à n = 1 dan seterusnya.

fenomena gelombang

GEJALA GELOMBANG ( bagian pertama )
Gelombang adalah getaran yang merambat. Bentuk ideal dari suatu gelombang akan mengikuti gerak sinusoidal. Gelombang dapat berjalan dan dapat memindahkan energi dari satu tempat kepada lain tanpa mengakibatkan partikel medium berpindah secara permanen; yaitu tidak ada perpindahan secara masal. Malahan, setiap titik khusus berosilasi di sekitar satu posisi tertentu.

Suatu medium disebut:
1. Linear jika gelombang yang berbeda di semua titik tertentu di medium bisa
dijumlahkan,
2. Terbatas jika terbatas, selain itu disebut tak terbatas
3. Seragam jika ciri fisiknya tidak berubah pada titik yang berbeda
4. Isotropik jika ciri fisiknya "sama" pada arah yang berbeda

Gelombang dapat diklasifikasikan menjadi beberapa :
A. Berdasarkan Cara Rambat dan Medium yang dilalui
1. Gelombang Mekanik, yaitu gelombang yang perlu medium dalam perambatannya
contoh : gelombang bunyi
2. Gelombang Elektromagnetik, yaitu gelombang yang tidak memerlukan medium
dalam perambatannya. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang
transversal.
contoh : sinar gamma, sinar X, sinar ultraviolet, cahaya tampak, infra
merah, gelombang pendek (radar), gelombang televisi, gelombang radio
(urutan dari frekuensi tertinggi ke frekuensi terendah).
Elektromagnetik dari kata "Elektro" dan "Magnetik yang berarti gelombang
yang terdiri dari Energi Listrik dan Energi Magnet yang memancar dengan
sumber Muatan yang bergerak bolak balik.
Seperti kita ketahui bahwa gelombang elektromagnetik mempunyai cepat rambat
yang relatif sehingga memiliki waktu yang relatif. Cepat rambat gelombang
elektromagnetik yaitu 3 x 10^8 m/s dimana memiliki energi E= mc^2 dengan
massa sebagai massa muatan.
Sifat dari gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang berbentuk bukit
lembah dengan medan magnet dan medan listrik yang saling tegak lurus.
Cahaya Tampak merupakan salah satu gelombang elektromagnetik yang dapat
terlihat secara langsung oleh mata manusia dimana cepat rambatnya 3x10^8
m/s. Cahaya tampak dapat digunakan sebagai media transmisi muatan listrik
sebagai contoh pada fiber optik...,,cahaya dapat juga menghasilkan listrik
dengan penyinaran suatu logam dengan frekuensi cahaya lebih tinggi dari
logam sehingga elektron pada salah satu keping logam akan keluar dan
menabrak keping logam yang lain sehingga terjadi aliran listrik pada logam
lain.

RADAR (Radio Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima
gelombang.
INFRA MERAH, dihasilkan dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk
mempelajari struktur molekul.
CAHAYA TAMPAK, mempunyai panjang gelombang 3990 Aº - 7800 Aº.
ULTRAVIOLET, dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik.

SIFAT-SIFAT GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK :
1. Dapat merambat dalam ruang hampa, dengan kelajuan 3 x 10^8 m/s.
2. Merupakan gelombang transversal (arah getar tegak lurus arah rambat).
3. Dapat mengalami Polarisasi (karena merupakan gelombang transversal).
4. Dapat mengalami Refleksi (pemantulan)
5. Dapat mengalami Refraksi (pembiasan)
6. Dapat mengalami Interferensi (dapat dipadukan)
7. Dapat mengalami Difraksi (lenturan)
8. Tidak dibelokkan dalam medan listrik maupun medan magnet.

Catatan:
Gelombang radio dipakai sebagai gelombang pembawa sistem komunikasi karena
mudah dipantulkan oleh lapisan ionosfer.
Ada 2 macam cara membawa gelombang bunyi:
Modulasi Amplitudo (AM)
Amplitudo gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang bunyi
dengan frekuensi tetap.
Modulasi Frekuensi (FM)
Frekuensi gelombang radio disesuaikan dengan frekuensi gelombang bunyi
dengan amplitudo tetap.
Sistem FM lebih unggul daripada AM karena FM dapat mengurangi desau akibat
kelistrikan diudara, walaupun jangkauannya terbatas sekali.

B. Berdasarkan arah getar dan arah rambat
1. Gelombang transversal : arah getarnya tegak lurus arah rambatnya.
contoh : gelombang elektromagnetik, gelombang pada tali
Gelombang Transversal memiliki bukit dan lembah, satu gelombang terdiri dari
satu bukit dan satu lembah.
2. Gelombang Longitudinal : arah getarnya searah (sejajar) dengan arah rambatnya.
contoh : gelombang bunyi
Gelombang Longitudinal memiliki rapatan dan renggangan, satu gelombang terdiri
dari satu rapatan dan satu renggangan.

C. Berdasarkan Amplitudonya
1. Gelombang berjalan : gelombang yang amplitudonya tetap pada titik yang
dilewatinya.
2. Gelombang stasioner : gelombang yang amplitudonya tidak tetap pada titik yang
dilewatinya. Gelombang ini terbentuk dari interferensi dua buah gelombang
datang dan pantul yang masing-masing memiliki frekuensi dan amplitudo sama
tetapi fasenya berlawana (arahnya berlawanan).