8. Karakteristik Gelombang Mekanik

 

Pengertian Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat.

Jenis-jenis Gelombang

Berdasarkan medium untuk merambat gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

Gelombang mekanik merupakan gelombang yang memerlukan medium untuk merambat. Contohnya gelombang bunyi.

Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat. Contohnya gelombang cahaya, sinar X, dan gelombang radio.

Berdasarkan arah getarannya, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu :

1. gelombang transversal

2. gelombang longitudinal

Berdasarkan Amplitudonya, gelombang terbagi menjadi :

1. gelombang berjalan

2. gelombang stasioner (gelombang berdiri)

Gelombang Transversal

Gelombang transversal yaitu gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah perambatannya.

Pada gelombang transversal mempunyai bagian dan besaran berikut :

▪ puncak gelombang, yaitu titik tertinggi pada gelombang

▪ dasar gelombang, yaitu titik terendah pada gelombang

▪ bukit gelombang

▪ lembah gelombang

▪ amplitudo gelombang, yaitu simpangan terbesar gelombang/tinggi puncak gelombang.

▪ panjang gelombang, yaitu jarak antara dua puncak gelombang yang berturutan atau jarak antara dua dasar gelombang yang berurutan. Jadi sebuah gelombang terdiri dari sebuah bukit dan sebuah lembang gelombang.

▪ periode gelombang, yaitu waktu untuk menempuh 1 buah panjang gelombang.

▪ Frekuensi gelombang, yaitu banyaknya gelombang yang terjadi tiap detik.

Gelombang Longitudinal

Gelombang Longitudinal Yaitu gelombang yang arah getarannya searah dengan arah rambatnya. Contoh : gelombang pegas atau slinki.

Pada gelombang longitudinal terdiri dari rapatan dan renggangan. Satu panjang gelombang ($\lambda$) adalah jarak antara rapatan dengan rapatan yang berurutan atau jarak antara renggangan dengan renggangan yang berurutan.

Besaran-besaran Pada Gelombang

Amplitudo (A)

Amplitudo adalah simpangan maksimum gelombang yang memiliki satuan meter (m).

Panjang Gelombang ($\lambda$)

Pada gelombang transversal : Jarak antara dua puncak yang berdekatan atau jarak antara dua lembah yang berdekatan.

Pada gelombang longitudinal : Jarak antara pusat rapatan ke

rapatan berikutnya atau pusat regangan ke pusat regangan berikutnya.

Frekuensi Gelombang (f)

Frekuensi adalah banyaknya gelombang yang bisa terbentuk setiap detik.

Dapat dirumuskan sebagai : $f=\frac{n}{t}$

Periode Gelombang (T)

Periode adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menempuh satu panjang

gelombangnya. Periode juga bisa didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan

gelombang untuk melakukan satu kali putaran.

Dapat dirumuskan sebagai : $T=\frac{t}{n} \ atau\ T=\frac{1}{f}$

Dengan :

f = frekuensi gelombang (Hz)

T = periode (s)

n = jumlah gelombang terbentuk

t = waktu tempuh gelombang (s)

Kecepatan Rambat Gelombang

Kecepatan rambat gelombang dihitung dengan :

$v=\lambda .f=\frac{\lambda }{T}$

Fase dan Beda Fase Gelombang

Fase gelombang adalah keadaan gelombang yang berkaitan dengan simpangan dan

arah rambatnya.

Secara matematis dapat dinyatakan :  $\psi =\frac{\theta }{2\pi }$

Dengan $𝜓$ adalah fase gelombang dan $\theta$ adalah sudut fase (rad).

Dua titik dikatakan sefase jika kedua titik memiliki jarak $1\lambda ,\ 2\lambda ,\ 3\lambda ,\ ...,\ n\lambda $

Dua titik dikatakan berlawanan fase jika kedua titik berjarak $\frac{1}{2} \lambda ,\ \frac{3}{2} \lambda ,\ \frac{5}{2} \lambda ,\ ...,\ \left( 2n-\frac{1}{2} \lambda \right)$

Beda fase adalah apabila pada tali terdapat dua buah titik, maka beda fasenya adalah jarak antara dua titik tersebut. Persamaan beda fase gelombang adalah $\Delta \psi =\psi _{2} -\psi _{1}$

Sehingga beda sudut fase dinyatakan : $\Delta \theta =2\pi .\Delta \psi $

Energi dan Intensitas Gelombang

Besarnya energi gelombang dapat diperoleh dari :

$ \begin{array}{l} EK=\frac{1}{2} kA^{2} cos^{2} \theta \\ EP=\frac{1}{2} kA^{2} sin^{2} \theta \\ E=\frac{1}{2} kA^{2} =\frac{1}{2} m\omega ^{2} A^{2} \end{array}$

Dengan :

k = m.$\omega^{2}$= konstanta (N/m)

$\omega$ = $2\pi.f$ = frekuensi sudut = kecepatan sudut (rad/s)

Besarnya energi gelombang yang dipindahkan per satuan luas per satuan waktu

disebut intensitas gelombang. Besarnya intensitas gelombang bunyi adalah :

$I=\frac{E}{A.t} =\frac{P}{A}$

Sifat-sifat Gelombang Mekanik

Ada beberapa sifat gelombang, yaitu :

a. Pemantulan (refleksi)

b. Pembiasan (refraksi)

c. Pelenturan (difraksi)

d. Perpaduan (interferensi)

e. Dispersi

f. Polarisasi

Setiap gelombang merambat dengan arah tertentu. Arah merambat suatu gelombang disebut sinar gelombang. Sinar gelombang selalu tegak lurus pada muka gelombang. Muka gelombang (front gelombang) adalah kedudukan titik yang memiliki fase yang sama pada gelombang. Jarak antara dua muka gelombang yang berdekatan sama dengan satu panjang gelombang ($\lambda$).

Pemantulan Gelombang

Gelombang yang datang dan mengenai suatu penghalang akan dipantulkan. Gelombang lurus yang datang pada permukaan bidang datar, akan berlaku hukum pemantulan gelombang, yang berbunyi :

a. Gelombang datang, gelombang pantul dan garis normal (N) terletak pada satu bidang datar.

b. Sudut gelombang dating (i) sama dengan sudut gelombang pantul (r.)

Perhatikan gambar berikut :

Pembiasan Gelombang

Pembiasan adalah peristiwa pembelokan gelombang. Seperti pada peristiwa pemantulan, gelombang yang datang menuju medium yang berbeda akan dibiaskan, dan berlaku hukum pembiasan gelombang, yang berbunyi :

1. Gelombang datang, gelombang bias dan garis normal (N) terletak pada satu bidang datar.

2. Gelombang datang dari tempat yang dalam (medium renggang) ke tempat yang dangkal (medium rapat), maka gelombang akan dibiaskan mendekati garis normal (sudut bias r < sudut datang i)

3. Gelombang datang dari tempat yang dangkal (medium rapat) ke tempat yang dalam (medium renggang), maka gelombang akan dibiaskan menjauhi garis normal (sudut bias r > sudut datang i).

Difraksi Gelombang

Difraksi gelombang adalah pembelokan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah sempit. Celah bertindak sebagai sumber sumber gelombang berupa titik dan gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya.

Interferensi Gelombang

Interferensi adalah peristiwa perpaduan dua atau lebih gelombang disuatu titik pada medium. Interferensi dapat terjadi jika dua buah gelombang yang berinterferensi adalah koheren, artinya memiliki frekuensi dan beda fase yang sama. Dengan menggunakan prinsip superposisi gelombang, maka interferensi dapat dijelaskan.

Polarisasi Gelombang

Polarisasi gelombang adalah penyerapan sebagian arah getar gelombang karena melalui sebuah celah. Polarisasi gelombang hanya terjadi pada gelombang tranversal saja. Itu artinya polarisasi tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal, misalnya pada gelombang bunyi. Polarisasi dapat terjadi karena pemantulan, pembiasan, bias kembar,absorpsi selektif, dan peristiwa bidang getar.

Peristiwa polarisasi dapat divisualisasikan dengan membayangkan gelombang tranversal pada seutas tali..

Seutas tali digetarkan dengan melewati sebuah celah sempit vertikal. Tali terlihat menyimpang seperti spiral. Setelah gelombang tali melewati celah, hanya arah getar vertikal saja yang masih tersisa, sedangkan arah getar herizotal diredam atau diserap oleh celah sempit tersebut. Gelombang yang keluar dari tali disebut gelombang linear.

Dispersi Gelombang

Dispersi gelombang adalah perubahan bentuk gelombang ketika gelombang merambat pada suatu medium. medium nyata yang gelombangnya merambat dapat disebut sebagai medium non dispersi. dalam medium non dispersi, gelombang mempertahankan bentuknya. contoh medium non disperse adalah udara sebagai medium perambatan dari gelombang bunyi.