Fisika-Gelombang Mekanik

Apa itu gelombang mekanik? Gelombang mekanik adalah sebuah gamnguan atau usikan berjalan yang dalam perambatannya memerlukan medium, yang menyalurkan energi untuk keperluan proses perambatan sebuah gelombang. Kajian gelombang sering dilakukan oleh para ahli ilmu kebumian, misalnya ketika suatu gempa bumi terjadi, berita dari peristiwa itu berjalan melalui permukaan bumi dalam bentuk gelombang seismik. Dengan melakukan kajian gelombang semacam ini, para ahli geofisika mempelajari struktur internal bumi dan di mana gempa bumi kemungkinan akan terjadi pada masa yang akan datang. Ada banyak contoh peristiwa gelombang dalam kehidupan kita sehari-hari. Ketika sedang menikmati ombak lautan di pantai, maka kita akan merasakan terpaan gerak gelombang. Riak-riak di kolam, bunyi musik yang kita dengar, bahkan bunyi lain yang tak dapat kita dengar, semua ini adalah fenomena gelombang.

Gelombang dapat terjadi apabila suatu sistem diganggu dari posisi kesetimbangannya dan bila gangguan itu dapat berjalan atau merambat (propagade) dari suatu daerah sistem itu ke daerah lainnya.

Tetapi, tidak semua gelombang itu termasuk gelombang mekanik. Suatu jenis lain adalah gelombang elektromagnetik, termasuk cahaya, gelombang radio, radiasi inframerah, dan ultraviolet, sinar X dan sinar gamma. Berbeda dengan gelombang mekanik, gelombang eleketromagnetik tidak memerlukan medium, gelombang ini dapat berjalan pada ruang hampa. Dan juga terdapa fenomena gelombang lainnya diantaranya adalah perilaku yang menyerupai gelombang dari partikel atomik dan partikel subatomik. Perilaku ini membentuk sebagian dari dasar mekanika kuantum, yaitu teori dasar yang digunakan untuk analisis struktur atom dan struktur molekul.

Jenis-jenis Gelombang Mekanik

Berdasarkan arah rambat dan arah getarnya gelombang atas dibedakan:

1. Gelombang Transversal

Sewaktu gelombang mekanik berjalan melalui medium, partikel yang membentuk medium mengalami berbagai macam perpindahan (pergeseran), yang bergantung pada sifat gelombangnya. Misalnya yang terjadi pada gelombang dawai, jika ujung dawai atau tali yang mengalami tegangan kita goyang sedikit ke arah atas, maka goyangan itu berjalan sepanjang dawai tersebut. Bagian-bagian dawai yang berurutan mengalami gerak yang sama dengan yang kita berikan kepada ujung dawai itu, tetapi setelahnya secara berurutan. Karena pergeseran medium itu tegak lurus atau transversal terhadap arah perjalanan gelombang sepanjang medium itu, maka gelombang ini disebut gelombang transversal. Jadi, gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatnya saling tegak lurus dengan arah rambatnya.

Contoh lain dari gelombang transversal adalah: gelombang tali, gelombang air, dan semua bentuk gelombang eletromagnetik.

2. Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinanal adalah gelombang yang arah getarnya mempunyai arah yang sama dengan arah rambatnya. Misalnya piston, jika kita menggerakkan piston itu satu kali bolak balik, maka fluktuasi tekanan akan berjalan sepanjang medium itu. Pada waktu ini, gerakan partikel-partikel medium itu adalah gerakan bolak-balik sepanjang arah yang sama seperti arah perjalanan gelombang.

3. Gelombang Tranversal-Longitudinal

Selain itu, terdapat jenis gerakan yang berprilaku sebagai gelombang transversal sekaligus gelombang longitudinal seperti yang diperlihatkan oleh Slinky.

Masing-masing sistem tersebut mempunyai keadaan setimbang. Untuk dawai yang diregangkan, keadaan kesetimbangannya adalah ketika sistem tersebut diam, dan diregangkan sepanjang sebuah garis lurus. Dalam setiap kasus, ada gaya yang cendrung memulihkan sistem itu ke posisi kesetimbangannya bila sistem itu digeser, seperti pada gaya gravitasi yang cendrung menarik sebuah bandul menuju ke posisi kesetimbangannya yang lurus ke bawah bila bandul itu digeser. Ketiga contoh diatas mempunyai sifat yang sama yaitu:

1. dalam setiap kasus gangguan itu berjalan atau merambat dengan laju tertentu melalui medium tersebut, dinamakan laju gelombang  v (wave speed)
2. medium itu sendiri tidak berjalan melalui ruang, partikel-partikelnya masing-masing mengalami gerakan bolak-balik atau gerak turun-naik disekitar posisi kesetimbangannya, pola dari gangguan gelombang itulah yang berjalan.
3. untuk membuat salah satu sistem ini bergerak, kita harus memberikan energi dengan melakukan kerja mekanik pada sistem tersebut.

Gerak gelombang mengangkut energi dari satu medium ke daerah lainnya. Tapi satu hal yang harus dingat adalah gelombang hanya mengangkut energi, tetapi tidak mengangkut materi.

Artikel 2

Pengertian dan Contoh Gelombang Mekanik dan Elektromagnetik

Seperti yang dijelaskan pada postingan sebelumnya tentang pengertian gelombang, bahwa berdasarkan medium perambatannya, gelombang dibedakan menjadi dua kelompok yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Apa pengertian dan contoh gelombang mekanik dan gelombang elektomagnetik?

Gelombang Mekanik

Gelombang air, gelombang bunyi, gelombang tali, dan gelombang pada slinki merupakan contoh-contoh gelombang mekanik. Gelombang-gelombang ini memerlukan medium untuk dapat merambatkan gelombang. Air, udara, tali, slinki adalah medium yang digunakan untuk merambatkan gelombang air, gelombang bunyi, gelombang tali, dan gelombang pada slinki. Gelombang-gelombang ini ditimbulkan oleh adanya getaran mekanik.

Oleh karena itu, gelombang-gelombang tersebut dikelompokkan ke dalam gelombang mekanik. Umumnya, gelombang mekanik seperti contoh tersebut dapat diamati dengan mata telanjang. Jadi dapat disimpulkan bahwa pengertian gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium.

Gelombang Elektromagnetik

Tahukah kamu gelombang TV dan gelombang radio dapat merambat? Sebagai contoh, kamu dapat melihat pertandingan bola di Italia secara langsung padahal jarak rumahmu ke negara tersebut sangat jauh. Kamu dapat melihat acara TV karena adanya gelombang elektromagnetik. Siaran pertandingan bola di Italia dipancarkan ke satelit bumi dan oleh satelit bumi ini dipancarkan kembali ke bumi. Televisimu dapat menangkap gelombang ini dan mengubahnya menjadi gambar dan suara. Bagaimana gelombang elektromagnetik dapat merambat di luar angkasa ketika menuju satelit bumi padahal di luar angkasa merupakan ruangan hampa?

Gelombang elektromagnetik dapat merambat meskipun tidak terdapat medium untuk menjalarkan gelombangnya. Contoh lain gelombang elektromagnetik yaitu gelombang sinar matahari. Gelombang sinar matahari dapat sampai ke bumi meskipun antara matahari dan bumi tidak terdapat medium untuk menjalarkan gelombang. Gelombang yang dapat merambat tanpa membutuhkan medium disebut gelombang elektromagnetik. Jadi dapat disimpulkan bahwa pengertian gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium.

Selain gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik ada jenis gelombang yang lain yaitu gelombang yang berdasarkan arah rambatannya, yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Apa pengertian gelombang transversal dan gelombang longitudinal? Apa contoh gelombang transversal dan gelombang longitudinal? Untuk lebih jelasnya silahkan baca postingan “Pengertian dan Contoh Gelombang Transversal dan Gelombang Longitudinal”

Artikel 3

1.4.2  Jenis gelombang

Pada penjelasan di atas, telah disebutkan beberapa contoh gelombang yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Walaupun terdapat banyak contoh gelombang dalam kehidupan kita, secara umum hanya terdapat dua jenis gelombang saja, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Pembagian jenis gelombang ini didasarkan pada medium perambatan gelombang.

1) Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang perantaranya butuh medium. Misalnya: gelombang air, gelombang bunyi, gelombang slinki, gelombang bunyi, gelombang permukaan air, dan gelombang pada tali.

2) Gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang perambatannya tidak memerlukan medium. Misalnya gelombang cahaya,  cahaya, sinar ultra violet, infra merah, gelombang radar, gelombang radio, gelombang TV, sinar – X, dan sinar gamma (γ)

Sedangkan berdasarkan arah rambatan dan getarannya, dibagi menjadi dua, yaitu gelombang transversal  dan longitudinal.

1)      Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan arah getarannya. Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali. Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang. Perhatikan Gambar 1.1.

Gambar 1.1. Gelombang transversal pada tali

Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang. Bentuk gelombang transversal tampak seperti pada Gambar 1.2.

Gambar 1.2. Bentuk gelombang Tranversal pada tali

Pada Gambar 1.2, tampak bahwa gelombang merambat ke kanan pada bidang horisontal, sedangkan arah getaran naik-turun pada bidang vertikal. Garis putus-putus yang digambarkan di tengah sepanjang arah rambat gelombang menyatakan posisi setimbang medium (misalnya tali atau air). Titik tertinggi gelombang disebut puncak sedangkan titik terendah disebut lembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak atau kedalaman maksimum lembah, diukur dari posisi setimbang. Jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada gelombang disebut panjang gelombang (disebut lambda – huruf Yunani). Panjang gelombang juga bisa juga dianggap sebagai jarak dari puncak ke puncak atau jarak dari lembah ke lembah.

2)      Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarannya (misalnya gelombang slinki). Gelombang yang terjadi pada slinki yang digetarkan, searah dengan membujurnya slinki berupa rapatan dan regangan. Jarak dua rapatan yang berdekatan atau dua regangan yang berdekatan disebut satu gelombang.

Contoh: getaran sinar gitar yang dipetik, getaran tali yang digoyang-goyangkan pada salah satu ujungnya. Perhatikan Gambar 1.3.

Gambar 1.3. Gelombang Longitudinal pada slinki

Pada Gambar 1.3, tampak bahwa arah getaran sejajar dengan arah rambatan gelombang. Serangkaian rapatan dan regangan merambat sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling menjahui. Jika gelombang tranversal memiliki pola berupa puncak dan lembah, maka gelombang longitudinal terdiri dari pola rapatan dan regangan. Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang berurutan. Yang dimaksudkan di sini adalah jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada rapatan atau regangan.

Salah satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara sebagai medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah rambat gelombang udara.

Istilah-istilah pada gelombang transversal

Jarak yang ditempuh getaran dalam satu periode disebut panjang gelombang (λ).

Gambar 1.4. Panjang gelombang, amplitudo, simpul, dan perut

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.

Amplitudo (A) adalah nilai mutlak simpangan terbesar yang dapat dicapai partikel.

Periode (T) adalah selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua puncak berurutan atau jarak antara dua dasar berurutan

Istilah-istilah pada gelombang longitudinal

Panjang gelombang dari gelombang longitudinal. Karena panjang rapatan dan renggangan tidak sama, maka panjang gelombang sebaiknya kita definisikan dengan istilah pusat rapatan dan pusat renggangan. Perhatikan ilustrasi pada Gambar 1.5.

Gambar  1.5. panjang gelombang longitudinal

Pada gelombang longitudinal, satu gelombang (1λ) terdiri dari 1 rapatan dan 1 renggangan. Panjang gelombang didefinisikan sebagai sebagai jarak antara dua pusat rapatan yang berdekatan atau jarak antara dua pusat renggangan yang berdekatan. Jarak antara pusat rapatan dan renggangan yang berdekatan adalah setengah panjang gelombang atau ½ λ.

Persamaan dasar gelombang

Jika cepat rambat gelombang v dan periode getarannya T,  maka :

λ = v T atau λ= v/f,   v=λf   ........................................... 1.1

Dengan

v = cepat rambat gelombang

λ = panjang gelombang

T = periode

f = frekuensi

---

Contoh :

1. Gelombang air laut mendekati mercu suar dengan cepat rambat 7 m/s. Jarak antara dua dasar gelombang yang berdekatan  5 m. Tentukan:

(a)    frekuensi,

(b)   periode gelombang

Pembahasan:

Perhatikan Gambar 1.6 Jarak antara dua dasar berdekatan sama dengan panjang gelombang. Jadi λ = 5 m.

(a) Frekuensi dapat dihitung dengan persamaan (1.1):

v = λf atau f =

=

(b) Periode adalah kebalikan frekuensi:

T =

=

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,  λ= 8/4 = 2 m

Selama 2 sekon terjadi 4 λ atau selama 1 sekon terjadi 2λ. 8 m

Jadi, f = 2 gelombang / sekon atau f = 2 Hz

T = 1/f = ½ sekon,   v = λ f = 2 m x 2 Hz = 4 m/s

---

Contoh :

Sebuah gelombang menjalar pada air. Dalam waktu 2 sekon  gelombang dapat menempuh jarak 10 m. Pada jarak tersebut terdapat 4 gelombang. Tentukan ferkuensi, periode, panjang gelombang, dan cepat rambat gelombang!

Penyelesaian

t = 2 s, S = 10 m, N = 4

a. frekuensi gelombang :

f = N/t=4/2 = 2 Hz

b. periodenya setara :

T =1/f = ½ =s

c. panjang gelombang memenuhi :

λ = S/N=10/4= 2,5 m

d. cepat rambat gelombang :

v = λ.f  = 2,5 . 2 = 5 m/s