Gejala Gelombang

A. Fenomena Gelombang

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 dapatditransmisikan 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 ) - j_o }

j_o = 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 atasgelombang 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 berubahsetengah.

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 : A_s = 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 A_s = 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.