Fisika

B. Jenis-Jenis Gelombang

         Ditinjau dari zat penghantar atau medium yang dilalui oleh gelombang, kita dapat membedakan dua macam gelombang, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

1. Gelombang Mekanik

      Gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium atau penghantar untuk dapat merambat. Medium gelombang mekanik dapat berupa zat padat, zat cair, atau gas. Suara atau bunyi merupakan salah satu contoh gelombang mekanik yang dapat merambat melalui zat padat, cair atau gas. Contoh lain dari gelombang mekanik yaitu gelombang pada tali, gelombang pada pegas, gelombang pada permukaan air.

         Berdasarkan arah perambatan dan arah getarnya, gelombang mekanik dapat dibagi lagi menjadi dua macam, yaitu :

• Gelombang Transversal

          Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getar dari tiap titik partikel dalam medium, tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Contohnya gelombang cahaya, gelombang permukaan air, dan gelombang pada tali. Untuk melihat arah getar dari gelombang transversal dapat kita gunakan tali dengan cara salah satu ujung tali diikat sedangkan ujung yang lain dibiarkan bebas.

Pada kasus gelombang tali, gerakan tangan naik turun mengakibatkan energi pada tali. Energi tersebut menggetarkan daerah di sekitarnya sehingga daerah disekitarnya ikut pula bergetar naik turun, demikian seterusnya sampai ujung tali. Pada gelombang transversal, satu panjang gelombang adalah jarak yang sama dengan satu bukit gelombang ditambah satu lembah gelombang. Ciri yang dimiliki gelombang transversal, terdapat satu bukit gelombang dan lembah gelombang dan satu panjang gelombang (lamda) adalah jarak yang sama dengan satu bukit gelombang dengan satu lembah gelombang. 

• Gelombang Longitudinal

          Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya searah (paralel) dengan arah rambatannya. Contohnya gelombang pada pegas (slinki) dan gelombang cahaya. Ketika slinki di gerakkan kedepan dan kebelakang, maka pada slinki akan terbentuk rapatan-rapatan dan renggangan-renggangan seperti yang ditunjukkan pada gambar. Pada gelombang longitudinal, satu panjang gelombang adalah jarak yang sama dengan satu rapatan dan ditambah satu renggangan. Ciri yang dimiliki gelombang longitudinal, terdapat rapatan dan renggangan dan satu panjang gelombang adalah jarak yang sama dengan satu rapatan ditambah satu renggangan.

1. Pengertian Gelombang Elektromagnetik

      Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukan medium dan merupakan gelombang transversal. Namun gelombang elektromagnetik merupakan gelombang medan, bukan gelombang mekanik (materi). Pada gelombang elektromagnetik, medan listrik E selalu tegak lurus arah medan magnetik B dan keduanya tegak lurus arah rambat gelombang. Gangguan gelombang elektromagnetik terjadi karena medan listik dan medan magnet, oleh karena itu gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang vakum.

Medan listrik dan medan magnet pada gelombang elektromagnetik

   Gelombang elektromagnetik berasal dari matahari dan angkasa; peralatan elektronik, pemancar radio/TV, satelit, monitor TV, komputer, kilat, bahan radioaktif, alat Rontgen, bara api dan blok mesin yang panas. Secara umum dapat dikatakan gelombang elektromagnetik muncul dari partikel bermuatan yang dipercepat (bergetar, perputar, diperlambat dan dipercepat).

      Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude dan kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbeda-beda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik. 

A. Persamaan Kecepatan Perambatan Gelombang

      Kecepatan perambatan gelombang adalah satu panjang gelombang dibagi periode. Secara matematis kecepatan perambatan gelombang V dapat ditulis sebagai berikut :

 Karena f = 1/T maka kecepatan perambatan gelombang juga dapat ditulis sebagai berikut :

dengan :

v = kecepatan perambatan gelombang (m)

T = Periode gelombang (s)

f = Frekuensi gelombang (Hz)

λ = panjang gelombang (m)

B. Persamaan Gelombang

    Jika seutas tali yang cukup panjang digetarkan sehingga pada tali terbentuk gelombang transversal berjalan. Gelombang merambat dari titik A sebagai pusat koordinat menuju arah sumbu x positif. Perhatikan gambar dibawah ini.

 

Jika titik A telah bergetar secara periodik selama t sekon. Simpangan gelombang di titik A akan memenuhi simpangan getaran harmonik, yang memenuhi persamaan berikut:

dengan:
          y = Simpangan gelombang (m)
         A = Amplitudo atau simpangan maksimum (m)
         ω = Kecepatan sudut (rad/s)
          t = Lamanya getaran (s)
Oleh karena :

maka persamaan simpangan diatasdapat ditulis menjadi :

y = A sin 2π φ

Contoh soal:

1. Pada permukaan sebuah kolam terdapat dua helai daun yang terpisah satu dengan yang lainnya sejauh 60 cm. Keduanya turun naik bersama permukaan air dengan frekuensi 2 Hz. Bila salah satu berada di puncak bukit gelombang, yang lainnya berada di dasar gelombang. Sedangkan di antara kedua daun itu terdapat satu bukit gelombang, tentukan cepat rambat gelombang pada permukaan kolam ?

  Dik : f = 2 Hz
  Dit : v...... ? 

Penyelesaian :

     Panjang gelombang yang terbentuk dari bukit pertama ke lembah gelombang kedua pada jarak 60 cm

adalah :   3/2 λ = 60 cm, sehingga

                    λ = 2 x 60/3 cm

                    λ = 40 cm

Dengan demikian,

                   v = λf 

                   v = (40 cm) (2 Hz)

                   v = 80 cm/s

2.  Sebuah gelombang berjalan mempunyai persamaan simpangan Y = 0,5 sin π (40t + 8x) m. Cepat rambat gelombang tersebut adalah ?

Penyelesaian :

      Y = 0,5 sin π (40t + 8x) m

      Y = 0,5 sin (40 πt + 8 πx) m

• ω = 40π , dimana ω = 2πf

         2πf  = 40π
             f = 40π/2π
             f = 20 Hz

•    k = 2πx / λ 

        8 πx = 2πx / λ 
            λ =  8π / 2π
            λ = 4π 
            λ = 0,25 m

• v = f x λ 

          v = 20 Hz x 0,25 m
          v = 5 m/s