Getaran dan Gelombang

Posted on July 14, 2016        Written by Ade

a

Saat Galileo muda belajar bidang kedokteran, ia sering mengunjungi sebuah katedral di kota Pisa. Di dalam katedral itu, ia sering mengamati gerak ayun dari lampu gantung katedral itu. Ia menggunakan denyut nadinya untuk mengukur waktu yang diperlukan oleh lampu gantung tersebut untuk bergerak bolak-balik. Ia mendapati bahwa waktu yang diperlukan lampu untuk bergerak bolak-balik tersebut selalu teratur. Hal inilah yang nantinya mendasari cara kerja dari jam pendulum.

b

Dalam Fisika, gerak bolak-balik dari lampu gantung di katedral Pisa dan pendulum pada jam bandul dinamakan gerak harmonik sederhana. Gerak harmonik sederhana (GHS) merupakan gerak bolak balik suatu benda melewati sebuah titik setimbang secara teratur. Contoh-contoh dari gerak harmonik sederhana misalnya; bandul (beban yang digantung dengan tali), beban yang digantung atau terhubung ke pegas. Pada getaran harmonik, 1 periode (T) merupakan waktu untuk gerak bolak-balik melewati titik setimbang secara penuh dan kembali ke posisi awal. Pada bandul dan beban yang digantung di pegas, 1 periode adalah gerak dari A-B-C-B-A.

c

Untuk dapat mensimulasikan persamaan posisi dari benda yang bergerak harmonik, maka kita dapat menggunakan benda yang dihubungkan dengan pen yang dapat menulis pada sebuah kertas yang bergerak.

d

Dapat dilihat bahwa pada kertas tersebut, pen akan menghasilkan suatu gambar yang merupakan sebuah fungsi sinusoidal (sinus atau cosinus). Hal ini dapat dipahami dengan mengingat kembali bahwa pada prinsipnya sebuah grafik sinus atau cosinus dapat dihasilkan dari suatu benda yang bergerak melingkar beraturan dengan kecepatan sudut ω.

e

Secara umum, gerak harmonik sederhana dapat ditulis ke dalam persamaan fungsi sinusoidal (sinus atau cosinus)

f

dimana ω = 2π/λ dengan satuan radian/detik.

  1. pada bandul, periodenya = 2π.√(L/g)

dimana L adalah panjang bandul dan g merupakan percepatan gravitasi di tempat tersebut.

  1. pada beban yang digantung pada pegas, periodenya 2π.√(m/k)

dimana m adalah massa beban dan k merupakan konstanta pegas.

Percobaan di kelas:

Hubungan periode bandul dengan panjang bandul. Pada bagian ini kita akan mempelajari bagaimana hubungan antara panjang bandul dengan periodenya.

g

Energi pada gerak harmonik

Seperti pada benda yang berada pada posisi tertentu, sebuah benda yang bergerak harmonik memiliki energi potensial yang dipengaruhi dari jauhnya simpangan benda terhadap posisi setimbang.

h

Selain itu, benda yang bergerak harmonik juga memiliki energi kinetik yang juga dipengaruhi oleh posisi benda

i

Dengan demikian pada saat benda berada di posisi simpangan terjauh (y = Amplitudo) maka energi kinetik = 0 dan energi potensial bernilai maksimum. Sedangkan pada saat benda berada di posisi setimbang (y = 0) maka energi kinetik bernilai maksimum dan energi potensial bernilai maksimum.

j

k

Demikian, nilai energi total pada suatu gerak harmonik adalah

l

Gelombang

Merupakan getaran yang dirambatkan. Dalam gelombang, energi getaran-lah yang dirambatkan. Secara umum, gelombang terbagi ke dalam beberapa kategori

  1. Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang memerlukan medium atau zat penghantar dalam merambat. Contohnya : gelombang bunyi
  2. Gelombang elektromagnet, yaitu gelombang yang tidak memerlukan zat penghantar untuk merambat (dapat melalui ruang hampa udara) : gelombang cahaya
  3. Gelombang partikel, gagasan ini dikemukakan oleh Louis de Broglie saat meninjau lintasan elektron pada suatu orbit, akan kita diskusikan dalam materi fisika modern.

Ditinjau dari arah getar terhadap arah rambat, gelombang dibagi menjadi:

  1. Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah rambatnya
  2. Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah rambatnya berimpit terhadap arah rambatnya.

Di dalam sebuah gelombang terdapat beberapa besaran umum yang dimiliki.

  1. Panjang gelombang, λ
  2. periode gelombang, T
  3. cepat rambat gelombang, v

Hubungan antara besaran-besaran tersebut adalah sebagai berikut λ = v.T

Persamaan gelombang berjalan

Secara sederhana, sebuah gelombang yang merambat pada sebuah tali yang dihasilkan dari suatu gerak bolak-balik sebuah benda dapat dituliskan dalam bentuk persamaan sebagai berikut :

m

Dimana k disebut sebagai bilangan gelombang dengan nilai k=2π/λ.

Gelombang berdiri

Merupakan gelombang yang terjadi dari penggabungan gelombang yang berjalan. Dalam kehidupan sehari-hari, contoh dari gelombang berdiri misalnya gelombang yang terjadi pada dawai (senar) dan gelombang bunyi yang terjadi pada pipa organa (terbuka dan tertutup)

Gelombang berdiri pada dawai

n

Pada suatu dawai (senar) yang dipetik akan tercipta gelombang dalam dawai atau senar tersebut.

Kecepatan rambat gelombang pada dawai dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya :

  1. gaya tegang yang bekerja pada dawai
  2. jenis bahan dawai

Secara matematis, besar kecepatan gelombang yang merambat pada dawai dapat ditulis v = √(F/μ)

dengan μ adalah massa per panjang dawai, μ = m/l.

Pada saat sebuah dawai dipetik maka bentuk gelombang yang paling sederhana terjadi pada dawai disebut sebagai nada dasar/harmonik pertama (dua buah simpul pada ujung dawai dan sebuah simpul di tengah). Nada berikutnya yang terjadi pada dawai disebut nada atas pertama/harmonik kedua, dan seterusnya.

Gelombang berdiri pada pipa organa

Pipa organa merupakan semacam alat musik tiup yang juga bekerja berdasarkan prinsip gelombang berdiri.

Flute dan seruling merupakan contoh pipa organa yang terbuka pada kedua ujungnya sedangkan klarinet merupakan pipa organa yang pada kedua ujungnya terbuka. Pada pipa organa, kecepatan rambat gelombang yang digunakan adalah kecepatan rambat bunyi di udara. Kecepatan rambat bunyi di udara dapat dipengaruhi oleh tekanan dan kerapatan (massa jenis) udara di tempat tersebut

o

Bunyi terjadi dari suatu benda yang bergetar dan getarannya dirambatkan oleh medium di sekitarnya. Syarat untuk bunyi supaya dapat didengar

  1. Ada sumber bunyi
  2. Ada medium
  3. Ada telinga

Gendang telinga berhubungan dengan tulang telinga (martil, landasan, sanggurdi). Ketika gelombang tekanan udara masuk telinga, gelombang ini diubah menjadi getaran mekanik dalam tulang. Gelombang ini merambat menuju cairan telinga dalam, dimana getaran ini diubah menjadi sinyal listrik yang dibawa syaraf ke otak. Bunyi yang dapat didengar oleh manusia adalah bunyi yang terjadi pada frekuensi audio (20 – 20.000 Hz).

q

Resonansi

Peristiwa bergetarnya suatu benda oleh benda lain yang bergetar karena memiliki frekuensi yang sama.

p

Gema dan Gaung

Gema : Pemantulan bunyi oleh suatu dinding dan terarah,biasanya terdengar dalam selang waktu yang singkat setelah bunyi asli

Gaung : Pemantulan bunyi oleh banyak dinding, contoh : bunyi yang dipantulkan oleh dinding-dinding gua, tebing atau ruangan yang besar

Intensitas bunyi

Ukuran kuat lemahnya suatu bunyi diukur sebagai besaran yang disebut taraf intensitas bunyi (TI)

Besar taraf intensitas bunyi (TI) dapat dihitung sebagai berikut

r

Taraf intensitas bunyi merupakan besaran yang tidak berdimensi dan dinyatakan dalam satuan decibel (dB). Untuk percakapan biasa pada jarak 1 meter akan menghasilkan taraf intensitas bunyi sebesar 60 dB. Bunyi gergaji mesin pada jarak 1 meter akan menghasilkan taraf intensitas bunyi 110 dB. Batas taraf intensitas bunyi yang mulai membuat sakit adalah sebesar 130 dB. Bunyi mesin jet pada jarak 50 meter adalah sebesar 140 dB.

Intensitas bunyi atau intensitas gelombang secara umum dihitung dari daya (P) yang dibawa oleh suatu gelombang dibagi luas permukaan daerah yang dilewati oleh gelombang tesebut. Pada bunyi, dimana gelombang merambat ke segala arah, permukaan yang dilalui oleh gelombang bunyi tersebut adalah sebuah permukaan bola sehingga intensitas pada suatu tempat berjarak r dari sumber bunyi tersebut adalah :

s

Interferensi Gelombang

Secara umum, gelombang dapat dipadukan. Peristiwa perpaduan gelombang (interferensi) dapat menghasilkan interferensi yang saling menguatkan (konstruktif) dan interferensi yang saling meniadakan (destruktif). Saat dua buah gelombang yang identik (sama amplitudo dan sama frekuensinya) dipadukan maka keduanya akan dapat saling memperkuat apabila selisih panjangnya lintasan kedua gelombang tersebut adalah kelipatan dari λ. Namun, kedua gelombang yang identik akan dapat saling meniadakan jika selisih panjangnya lintasan kedua gelombang tersebut adalah kelipatan ganjil dari ½ λ.

Interferensi konstruktif;

t

Interferensi destruktif:

u



Leave a Reply


Calendar

September 2017
M T W T F S S
« May    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930  

Support Us

Galileo To Einstein is entirely supported and maintained by generous people who are very passionate about education. We will always improve its service and keep it for free for

View details

Sitemap