Penjelasan tentang Difraksi Gelombang

Difraksi merupakan salah satu dari beberapa sifat gelombang. Untuk membuktikan peristiwa difraksi ini, bisa dilakukan dengan mengadakan suatu eksperimen dengan mempergunakan tangki riak. 

Pada prakteknya gelombang air dilewatkan pada sebuah kisi sempit yang terdapat pada tangki. Dan setelahnya akan terlihat adanya peristiwa pelenturan gelombang air tepat setelah melewati kisi. Nah keadaan dimana terjadinya pelenturan muka gelombang ketika melewati kisi sempit disebut juga sebagai difraksi.

Berikut ilustrasi peristiwa difraksi dari berbagai ukuran celah kisi:

 

Apabila terdapat dua kisi yang menghalangi gelombang datar, maka terjadi dua difraksi yang nantinya akan menghasilkan interferensi. Bagaimana jika kisi atau celah dibuat semakin lebar? Di bagian tengah kisi, tidak akan terlihat adanya lenturan muka gelombang. Lenturan hanya akan terlihat ditepi kisi.

Menurut huygens, peristiwa seperti ini bisa dijelaskan dengan anggapan bahwa setiap titik pada muka gelombang sebagai suatu gelombang elementer.

Pembahasan Lengkap tentang Interferensi Gelombang

Apabila terdapat beberapa gelombang pada satu medium yang sama maka gelombang-gelombang tersebut akan saling berinterferensi. Maksud dari interferensi sendiri adalah mengganggu gelombang yang lain. Misakan kalian mengetukan jari kanan kalian ke permukaan air, maka akan muncul sebuah gelombang. Tak lama setelah itu coba kalian mengetukan jari kiri kalian ke permukaan air, maka akan mucul gelombang ke dua. Nah pada saat kedua gelombang bertemu maka akan terjadinya peristiwa interferensi.

Peristiwa interferensi gelombang ini, tidak hanya terjadi pada gelombang air saja. Melainkan terjadi juga pada jenis-jenis gelombang lain, baik itu dari jenis gelombang mekanik ataupun elektromagnetik.

.:: Interferensi dua gelombang sefase

Apabila ada dua atau lebih gelombang sefase yang terjadi pada satu medium yang sama, maka akan memunculkan peristiwa interferensi yang sifatnya saling menguatkan gelombang.

Perhatikan gambar!

Berdasarkan gambar tersebut, kita melihat bahwa dua buah gelombang sefase saling berinetrferensi dan menghasilkan satu gelombang yang besar. Keadaan seperti ini bisa kita katakan sebagai interferensi secara konstruktif. Perpindahan dari setiap gelombang saling menguatkan disemua titik. Penganalogian dari peristiwa ini adalah ketika ada dua atau lebih orang yang mendorong suatu benda.

.:: Interferensi dua buah gelombang yang berbeda fase 180^o

Apabila ada dua buah gelombang yang berbeda fase sebesar 180^o yang terjadi pada satu medium yang sama, maka resultan gelombang yang dihasilkan tidak ada sama sekali.

Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar diatas, perpindahan dari tiap-tiap gelombang saling menghilangkan disemua titik. Hal ni mengakibatkan resultan gelombangnya tidak ada sama sekali. Peristiwa seperti ini disebut juga sebagai interferensi destruktif. Penganalogian dari kejadian ini adalah ketika ada dua orang yang saling berlawanan mendorong suatu benda dengan kekuatan yang sama.

Pembahasan Lengkap tentang Pembiasan Gelombang (Refraksi)

Refraksi merupakan suatu peristiwa dibelokannya suatu gelombang karena melewati medium yang berbeda.

Perlu kita ketahui, setiap medium memiliki kerapatan yang berbeda-beda antara satu dengan yang lainnya. Misalkan kerapatan udara dengan air, udara memiliki tingkat kerapatan yang lebih sedikit dibandingkan dengan air. Dan oleh karenanya ketika ada cahaya yang menembus air yang sebelumnya melalui medium udara, maka cahaya akan dibelokan. 

Contoh paling nyata adalah ketika kita memasukan sedotan kedalam gelas minuman, kita melihat sedotan seolah-olah tidak lurus.

Pada peristiwa refraksi atau pembiasan gelombang ini, ada dua peristiwa yang terjadi, yaitu:

• Cahaya yang datang dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat maka cahaya akan mendekati garis normal.
• Cahaya yang datang dari medium rapat ke medium kurang rapat maka cahaya akan menjauhi garis normal.

Kedua peristiwa diatas merupakan bunyi dari hukum pembiasan cahaya yang dikemukakan oleh willeblord Snellius.

Hubungan antara kecepatan cahaya, sudut datang dan sudut bias

Perhatikan gambar berikut!

Pada saat saat seberkas cahaya melewati suatu medium dengan sudut datang θ_i dan sudut bias θ_l Didapat hubungan :

dimana,

sin θ_i = sinus sudut datang;

sin θ_l = sinus sudut bias;

v₁  = kecepatan di medium 1;

v₂  = kecepatan dimedium 2;

Menentukan Indeks Bias Medium

Besarnya indeks bias bahan/medium bisa dinyatakan dengan persamaan berikut:

n = c/v

dengan,

n = indeks bias bahan
c = kecepatan cahaya di ruang hampa (3 x 10⁸ m/s)

v = kecepatan cahaya di dalam suatu medium (m/s)

Hubungan Frekuensi dan Panjang Gelombang

Nilai frekuensi cahaya akan selalu tetap meskipun cahaya melewati dua medium yang berbeda, namun berbeda ceritanya dengan yang namanya panjang gelombang. Pada medium yang kurang rapat, panjang gelombang akan menjadi lebih renggang dibandingkan pada saat berada di medium yang lebih rapat.

Berikut hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang:

n₁λ₁ = n₂λ₂

Pembahasan Mengenai Pemantulan Gelombang (Refleksi)

Pada pembahasan getaran dan gelombang, refleksi secara garis besar didefinisikan sebagai suatu peristiwa dipantulkannya gelombang oleh suatu zat. Hal tersebut bisa dibuktikan dengan mempergunakan suatu alat yang bernama tangki riak. 

Saat tangki riak dibangkitkan dengan dimunculkannya gelombang melingkar oleh setetes air, keadaan jari-jari gelombang yang terbentuk semakin lama semakin lebar. Namun demikian, panjang gelombang dan kecepatan gelombang masih tetap sama. Begitupun sesaat setelah tumubukan, kecepatan dan panjang gelombang masih sama. Terus yang berbedanya apa? Arah rambatnya.

Apabila muka gelombang yang yang bertumbukan arahnya tegak lurus dengan bidang penghalang maka gelombang akan dipantulan dengan arah yang sama. Namun, jika tebentuk sudut antara arah gelombang dengan bidang penghalang maka arah gelombang yang berupa gelombang datang dan gelombang pantul akan berbeda.

Misalkan saja ada sebuah gelombang datang yang membentuk sebuah sudut θ_i terhadap garis normal, maka sudut pantul θ_r yang terbentuk akan sama besar dengan sudut datang.

Selain tangki riak, hal yang sama juga bisa terjadi pada jenis-jenis gelombang yang lainnya.

Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar tersebut kita melihat ada sebuah tali yang diikatkan pada tiang. Jika salah satu ujung tali digetarkan dan gelombang mulai menumbuk tiang, maka gelombang tali akan dipantulkan.

Pembahasan Mengenai Polarisasi Cahaya

Polariasi cahaya merupakan suatu gejala pengurangan intensitas gelombang yang disebabkan karena hilangnya komponen-komponen pada gelombang tersebut. Sebagai gelombang tranversal, cahaya memiliki komponen-komponen yang saling tegak lurus antara satu dengan yang lainnya. Nah karena adanya komponen yang hilang ini, maka terciptalah peristiwa polarisasi cahaya. 

Secara umum polarisasi cahaya bisa terjadi dengan empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), refraksi (pembiasan), difraksi (pelenturan) dan hamburan.

Polarisasi cahaya karena pemantulan

Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar tersebut kita bisa melihat bahwa sinar bias dan sinar pantul membentuk sudut 90 derajat. Arah getar dari sinar pantul yang mengalami polarisasi akan sejajar dengan bidang pantul. Oleh karenanya sinar pantul akan tegak lurus sinar bias. 

Berdasarkan hal tersebut maka akan berlaku  i_p + r = 90° atau r = 90° – ip

dan berlaku pula hukum Brewster,

n₂/n₁ = tan i_p

Dimana:

n_{2 =} indeks bias medium tempat cahaya datang.

n₁ = Medium dimana cahaya terbiaskan. 

i_p = Sudut pantul yang merupakan sudut terpolarisasi.

Polarisasi cahaya karena absorbsi selektif

Absorsi disini maksudnya adalah penyerapan intesitas cahaya yang disebabkan karena penyerapan pada komponen-komponen cahaya tertentu. Dalam hal ini, bahan yang dapat menyerap secara selektif ini disebut sebagai polarisator.

Polarisasi ini bisa terjadi dengan bantuan berupa kristal polaroid. Bahan ini bersifat meneruskan atau melanjutkan cahaya dengan arah getaran tertentu dan kemudian menyerap cahaya dengan arah getaran yang berbeda. Cahaya yang dilanjutkan ini berupa cahaya yang arah getarannya sejajar sumbu polarisasi polaroid.

Cahaya yang mengalami polarisasi intensitasnya berubah menjadi 1/2I. Nah bagaimana jika cahaya yang terpolarisasi dilewatkan pada suatu bahan lain dan membentuk sudut terhadap polarisator yang pertama? Berdasarkan hasil eksperien dan percobaab didapatkan:

dimana :

i₀ = Intensitas cahaya awal
I = Intensitas cahaya yang terpolarisasi
I’ = Intensitas cahaya sesuadah melewati dua bahan polarisator
α = sudut antar polarisator

Polarisasi karena pembiasan ganda

Apabila seberkas cahaya dilewatkan pada sebuah kaca, maka kelajuan dari cahaya yang keluar itu akan sama ke berbagai arah. Hal ini disebabkan karena kaca memiliki sifat yang homogen, indeks bias hanya mempunyai satu nilai saja. Namun, untuk bahan-bahan kristal tertentu contohnya adalah kuarsa dan klasit, kelajuan cahaya tidak seragam karena bahan-bahan tersebut memiliki 2 nilai indeks bias.

Cahaya yang melewati 2 bahan dengan indeks bias berbeda akan mengalami pesitiwa pembiasan dengan arah yang berbeda pula. Beberapa berkas sinar akan mengikuti hukum snellius, sedangkan yang lainnya tidak.

Polarisasi karena hamburan

Polarisasi cahaya yang disebabkan karena hamburan bisa terjadi ketika persitiwa terhamburnya sinar-sinar matahari oleh partikel debu yang terdapat di atmosfer bumi. Sinar matahari yang mengalami penghamburan oleh partikel-partikel debu membuat cahaya menjadi terpolarisasi. Itulah kenapa, pada saat langit cerah langit terlihat berwarna biru. Hal ini terjadi karena warna cahaya biru dihamburkan paling baik dan efektif dibandingkan warna cahaya lainnya.

Pembahasan Gelombang Berjalan Lengkap dengan Contoh Soalnya

Pada postingan kali ini, konsep yang akan kita pelajari adalah berkenaan dengan gelombang berjalan. Gelombang berjalan termasuk ke dalam kelompok gelombang yang diklasifikasin berdasarkan nilai ampiltudonya. Gelombang ini mempunyai nilai Amplitudo (simpangan maksimum) yang tetap dan tidak mengalami perubahan.

Coba perhatikan gambar berikut!

Kita misalkan titik awal getaran adalah titik A. Pada tali terdapat titik P yang berjarak x dari titik A. Gelombang merambat denagn kecepatan v. Apabila A telah bergetar selama t sekon, maka titik P bergetar selama (t - x/v)

t_p = (t - x/v) sekon

t_A = t sekon

Nilai x/v adalah selang waktu dari titik A ke P. Nah persamaan simpangan P setiap saat dinyatakan dengan,

Y = A sin ωt_p

   = A sin  ω(t - x/v)

   = A sin 2πf (t-x/v)

   = A sin 2π (ft - f/v)

   = A sin 2π (ft - x/λ); dimana ft - x/λ merupakan fase gelombang (φ).

 

Sehingga didapatkan,

Y = A sin (ωt - kx); k = 2π/λ

Contoh Soal:

Sebuah gelombang merambat pada tali yang memenuhi persamaan y = 0,5 sin 2π (60t - 0,5x). Semua besaran dinyatakan dalam SI. Hitunglah:
a. Amplitudo, frekuensi dan panjang gelombang
b. Cepat rambat gelombang

Jawab:

Diketahui:
y = 0,5 sin 2π (60t - 0,5x)

Ditanyakan:
a. A, f dan λ . . . ?
b. v . . . ?

Penyelesaian:

a. Amplitudo (A), frekuensi (f) dan Panjang Gelombang (λ)

#Amplitudo, A = 0,5 meter;

#Frekuensi
ω = 2πf
120π = 2πf
f  = 60 Hz

#Panjang Gelombang

k = 2π/λ
π = 2π/λ
λ = 2 meter

b. Cepat Rambat (v)

v = λf
   = 2 . 60 = 120 m/s

Pembahasan Gelombang Stasioner Lengkap dengan Contoh Soalnya

Seperti yang kita ketahui bersama, gelombang stasioner merupakan salah satu jenis gelombang yang dikelompokan berdasarkan Amplitudonya. Apakah termasuk yang Amplitudonya tetap atau berubah-rubah. Apabila amplitudonya tetap maka bisa dikatakan itu adalah gelombang berjalan sedangkan apabila amplitudonya berubah-rubah maka gelombang stasionerlah yang termasuk didalamnya.

Nah dipostingan kali ini, topik utama yang akan dibahas adalah berkaitan dengan gelombang stasioner. Pada kosep ini kalian akan mempelajari berkenaan dengan persamaan-persamaan gelombang stasioner, contoh soal dan lain sebagainya. Bagi kalian yang ingin mempelajarinya, silahkan simak ulasan-ulasannya dibawah!

Gelombang Stasioner Pada Ujung Terikat

Maksud dari gelombang stasioner pada ujung terikat adalah suatu gelombang yang terjadi pada sebuah dawai/tali dan salah satu ujungnya terikat. Ada dua hal yang akan dibahas pada saat kita mempelajari konsep ini, yaitu menentukan Persamaan & Amplitudo, simpul dan perut pada gelombang stasioner.

 

a. Menentukan persamaan gelombang

Pada dasarnya persamaan gelombang stasioner bisa dituliskan sebagai berikut:

y = 2A sin kx cos ωt

y = A_p sin cos ωt

dengan Amplitudo Stasionernya: 2A sin kx

Keterangan: 

A_p = Amplitudo Gelombang Stasioner (m);

k = Bilangan Gelombang;

λ = Panjang Gelombang  (m);

b. Menentukan simpul gelombang pada ujung terikat

Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar tersebut kita melihat yang namanya simpul-simpul gelombang. Nah untuk menentukan letak-letak simpul tersebut kita bisa mempergunakan persamaan:

x_n+1= (2n) λ /4

dengan n = 0, 1, 2, . . .

Untuk simpul ke-1, n = 0, perut ke-2, n = 1 dan seterusnya.

c. Menentukan perut gelombang pada ujung terikat

Perhatikan gambar berikut!

Setelah mempelajari simpul gelombang, selanjutnya kita akan mengkaji tentang perut pada gelombang. Berdasarkan gambar gambar diatas kita melihat yang namanya perut-perut gelombang. Nah untuk menentukan letak-letak perut gelombang tersebut kita bisa mempergunakan persamaan:

x_n+1 = (2n + 1) λ/4

dengan n = 0, 1, 2, . . .

Untuk simpul ke-1, n = 0, perut ke-2, n = 1 dan seterusnya.

Gelombang Stasioner Pada Ujung Bebas

Kebalikan dari gelombang stasioner ujung terikat, pada gelombang stasioner ujung bebas salah satu ujungnya tidak diikat secara kuat melainkan dibiarkan longgar sehingga ujung tali bisa bergerak secara bebas. 

a. Menentukan persamaan gelombang stasioner ujung bebas

 

Pada dasarnya persamaan gelombang stasioner bisa dituliskan sebagai berikut:

y = 2A cos kx sin ωt

y = A_p sin ωt

dengan Amplitudo Stasionernya: 2A cos kx

Keterangan: 

A_p = Amplitudo Gelombang Stasioner (m);

k = Bilangan Gelombang;

λ= Panjang Gelombang  (m);

b. Menentukan letak simpul pada ujung bebas gelombang stasioner

Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar di atas kita melihat yang namanya simpul-simpul gelombang. Untuk mengetahui letak-letak gelombang yang dihitung dari ujung gelombang, maka bisa dipergunakan persamaan:

x_n+1 = (2n + 1) λ/4

dengan n = 0, 1, 2, . . .

Untuk simpul ke-1, n = 0, perut ke-2, n = 1 dan seterusnya.

c. Menentukan perut gelombang stasioner pada ujung bebas

Perhatikan gambar berikut!

Untuk menentukan letak-letak perut seperti yang ditunjukan diatas, bisa dipergunakan persamaan berikut:

x_n+1 = (2n) λ/4

dengan n = 0, 1, 2, . . .

Untuk perut ke-1, n = 0, perut ke-2, n = 1 dan seterusnya.

Contoh Soal:

Sebuah tali salah satu ujungnya digetarkan terus menerus dan ujung lainnya terikat kuat. Jika amplitudo yang diberikan adalah 10 cm, frekuensi 4 Hz dan cepat rambat gelombang pada tali 4 m/s, tentukanlah:
a. Amplitudo sebuah titik yang berjarak 1 m dari titik ikat.
b. Jarak simpul ke-3 dari ujung terikat.
c. jarak perut ke-2 dari ujung terikat.

Jawab:

Diketahui :
A = 10 cm = 0,1 m
f  = 4 Hz
v  = 4 m/s

Ditanyakan:
a. Ap . . .?
b. x₃ . . . ?
c. x₂ . . . ?

Penyelesaian:

Untuk menyelesaikan soal diatas, ada beberapa besaran/nilai yang perlu dicari terlebih dahulu, yaitu panjang gelombang λ dan bilangan gelombang k.

Menghitung panjang gelombang:

λ = v/f
    = 4/4
    = 1 meter

Menghitung bilangan gelombang k:

k = 2π/λ
    = 2π/1
    = 2π

a. Amplitudo suatu titik pada jarak 1 m

A_p = 2A cos kx = 2 x 0,1 x cos (2π . 1) = 0,2 meter.

b. Simpul ke-3

x₃ = (2n + 1) λ/4 = (2.2 + 1) 1/4 = 1,25 meter

c. Perut ke-2
x₃ = (2n) λ/4 = (2.1) 1/4 = 0,5 meter

Pengertian dan Contoh Gelombang Mekanik dan Eletromagnetk

Pada postingan sebelumnya yang membahas tentang getaran dan gelombang, gelombang berdasarkan mediumnya terbagi menjadi dua jenis yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Nah pada postingan kali ini, akan dikaji lebih mendetail berkaitan dengan dua jenis gelombang ini. Silahkan dipelajari!

Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik memiliki pengertian gelombang yang dalam perambatannya membutuhkan medium perambatan. Tanpa adanya medium maka mustahil gelombang mekanik terbentuk. Pada dasarnya gelombang mekanik terjadi sebagai akibat dari adanya getaran-getaran mekanik dari suatu medium sampai pada akhirnya timbulah sebuah gelombang.

 

Contoh dari gelombang mekanik ada banyak sekali beberapa diantaranya adalah gelombang pada air, gelombang bunyi, gelombang pada dawai dan juga gelombang pada slinki.

Gelombang Elektromagnetik

Kebalikan dari gelombang mekanik. Dalam perambatannya gelombang elektromagnetik sama sekali tidak membutuhkan medium. Salah satu contoh dari gelombang elektromagnetik ini adalah cahaya matahari. Coba kalian perhatikan, sinar matahari yang merupakan salah satu bentuk gelombang bisa sampai ke bumi padahal jarak matahari ke bumi sangat jauh ditambah lagi antara bumi dan matahari terbatasi oleh yang namanya ruang hampa.

Contoh lain dari gelombang elektromagnetik adalah satelit. Satelit dalam kehidupan sehari-hari sangat terasa sekali manfaatnya. Dengan benda ini kita bisa melihat siaran langsung televisi dari dalam atau pun luar negeri. Satelit memiliki kemampuan untuk merekam apa yang terjadi disuatu tempat dan kemudian meyiarkannya kembali ke bumi dalam bentuk gelombang. 

Nah mungkin sekian penjelasan berkaitan dengan gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetiknya. Semoga pembahasan konsep ini bisa bermanfaat dan menambah wawasan kalian semua.

<<Kembali ke materi gelombang dan getaran

Pengertian Gelombang Transversal Lengkap dengan Contoh dan Penjelasannya

Gelombang transversal merupakan salah satu jenis gelombang yang diklasifikasikan berdasarkan arah rambatnya. Gelombang ini memiliki ciri dimana arah getar dan arah rambat saling tegak lurus. Contoh dari gelombang tranversal adalah gelombang pada tali, air atau juga pada dawai.

Perhatikan gambar berikut!

Gambar diatas merupakan sebuah ilustrasi dari gelombang tranversal. Pada gambar tersebut, ada beberapa istilah yang sekiranya perlu kalian ketahui. Istilah-istilah yang dimaksud meliputi:

• Panjang gelombang: Satu panjang gelombang didalamnya terdiri atas satu bukit dan juga satu lembah. Nah jika melihat gambar diatas, untuk satu gelombang meliputi: a-b-c-d-e; b-c-d-e-f; c-d-e-f-g dan lain sebagainya. Simbol untuk panjang gelombang sendiri adalah . . . dengan satuannya adalah meter.
• Amplitudo gelombang: Merupakan simpangan maksimum atau jarak terjauh antara garis keseimbangan dengan titik getar. Pada gambar ditunjukan oleh b'-b
• Puncak gelombang: Merupakan titik terjauh dari garis keseimbangan dan letaknya berada di bukit gelombang. Pada gambar ditunjukan oleh b, f, j dan lain sebagainya.
• Dasar gelombang: Merupakan titik terjauh dari garis keseimbangan dan letaknya berada di lembah gelombang. Pada gambar ditunjukan oleh b, f, j dan lain sebagainya.
• Bukit gelombang: Merupakan daerah gelombang yang letaknya berada di bagian atas dari garis keseimbangan. Pada gambar ditunjukan pada a-b-c, e-f-g dan lain sebagainya.
• Lembah gelombang: Merupakan daerah gelombang yang letaknya berada di bagian bawah dari garis keseimbangan. Pada gambar ditunjukan pada c-d-e, g-h-i dan lain sebagainya.

Selain gelombang tranversal, jenis gelombang lain yang tergolong ke dalam gelombang berdasarkan mediumnya adalah gelombang longitudinal. Silahkan kunjungi link berikut penjelasan gelombang longitduinal untuk mempelajarinya.

Pengertian Gelombang Longitudinal Lengkap dengan Contoh dan Penjelasannya

Gelombang longitudinal merupakan satu dari beberapa gelombang yang terklasifikasikan ke dalam jenis gelombang berdasarkan mediumnya. Pada dasarnya gelombang longitudinal ini adalah gelombang yang arah rambat serta arah getarnya searah. Contoh dari gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi, gelombang suara atau gelombang pada pegas.

Perhatikan gambar berikut!

Gambar di atas merupakan ilustrasi dari gelombang longitudinal. Berdasarkan gambar diatas, kita akan menemukan beberapa istilah yang sekiranya perlu untuk kita ketahui.

• Rapatan: Bagian gelombang yang antara satu dengan yang lainnya saling berhimpit. Pada gambar di atas ditunjukan oleh bagian A atau B.
• Regangan: Bagian gelombang yang antara satu dengan yang lainnya saling merenggang. Pada gambar ditunjukan oleh bagian C dan D.
• Panjang Gelombang: Satu panjang gelombang pada gelombang longitudinal adalah jarak terdekat antara dua regangan atau dua rapatan. Berdasarkan gambar diatas, 1 panjang gelombang ditunjukan oleh A-B-C atau B-C-A.

 

Pemaparan Lengkap tentang Konsep Gelombang

Gelombang didefinisikan sebagai getaran yang merambat. Sampai saat ini, konsep gelombang sudah dimanfaatkan diberbagai aspek kehidupan manusia, mulai dari kesehatan, industri dan lain sebagainya. Namun sebelum kalian mengkaji lebih jauh tentang gelombang ini mari kita pelajari konsep-konsep dasarnya terlebih dahulu.

Jenis-jenis Gelombang

Dilihat dari berbagai segi, gelombang terkelompokan menjadi beberapa jenis. Beberapa diantaranya ada yang dibagi  berdasarkan arah rambat, medium dan amplitudonya. Silahkan simak ulasannya berikut!

a. Jenis gelombang berdasarkan arah rambat dan arah getar

Berdasarkan arah rambat dan arah getarannya, gelombang terbagi menjadi dua macam, yaitu:

• Gelombang Tranversal: Gelombang yang arah rambat dan arah getarnya saling tegak lurus. Baca lebih lengkap>>
• Gelombang Longitudinal: Gelombang yang arah rambat dan arah getarannya searah. Baca lebih lengkap>>

b. Jenis gelombang berdasarkan medium perambatan

Berdasarkan medium rambatnya (perantara), gelombang terbagi menjadi dua jenis, yaitu:

• Gelombang mekanik: Gelombang yang dalam perambatannya membutuhkan medium atau perantara.
• Gelombang elektromagnetik: Gelombang yang dalam perambatannya tidak membutuhkan medium.

Pelajari gelombang berdasarkan medium secara lebih detail>>

c. Jenis Gelombang berdasarkan Amplitudo

Berdasarkan amplitudonya, gelombang terbagi menjadi dua jenis, yaitu:

• Gelombang berjalan: Gelombang yang amplitudonya tetap. Baca lebih lengkap>>
• Gelombang stasioner: Gelombang yang amplitudonya berubah-rubah. Baca lebih lengkap>>

Sifat-sifat Gelombang

Secara umum gelombang memiliki sifat:

• Refleksi (dipantulkan): Peristiwa pemantulan gelombang oleh suatu zat.
• Refraksi (dibiaskan): Peristiwa terjadinya pembelokan arah gelombang.
• Interferensi (dipadukan): Peristiwa berpaduanya dua jenis gelombang atau lebih.
• Difraksi (dilenturkan): Peristiwa terjadinya pelenturan suatu gelombang karena melewati celah kecil.
• Polarisasi: Peristiwa terjadinya penyerapan sebagian arah getaran.

Pengertian Getaran Lengkap dengan Rumus dan Contohnya

Getaran didefinisikan sebagai gerak bolak-balik suatu benda akibat dari adanya pengaruh gaya dalam selang waktu yang tetap. Pada bab ini ada dua jenis getaran yang akan kita bahas, yaitu getaran pada pegas dan ayunan pada bandul.

GETARAN PEGAS

Silahkan kalian lihat gambar berikut!

Berdasarkan gambar disamping kita bisa mendapatkan informasi bahwa ketika sebuah pegas mendapatkan gaya luar baik itu tarikan atau tekanan, maka secara bersamaan pegas yang mendapatkan gaya tersebut pun akan menghasilkan juga yang namanya gaya. Dalam hal ini kita sebut sebagai gaya pegas.

Gaya pegas secara matematis ditulis:

F = - kx

Tanda negatif mengindikasikan bahwa gaya pegas berlawanan arah dengan gaya luar. Dan x merupakan pertambahan panjang pegas.

Perlu kita ketahui bersama, gaya luar yang bekerja terhadap pegas mengikuti kaidah hukum newton 2 dimana persamaan matematisnya adalah:

F = ma

Dari sini kita mendapatkan dua jenis gaya, gaya luar dan gaya pegas. Apabila kedua jenis gaya tersebut kita substitusikan maka akan diperoleh:

ma = -kx

Besar percepatan (a) merupakan turunan dua kali dari fungsi posisi (x), sehingga diperoleh:

m . d²x/dt = -kx

Nilai x pada pegas merupakan fungsi cosinus atau sinus dari x = A cos (ωt+φ) , sehingga jika dimasukan ke persamaan diatas akan diperoleh:

m . d²(A cos (ωt+φ)/dt = -k . A cos (ωt+φ)

Sekarang kita diferensialkan fungsi x terhadap waktu, yang mana hasil akhirnya adalah sebagai berikut:

m . ω²A cos (ωt+φ) = -k . A cos (ωt+φ)

Jika persamaan diatas kita sederhanakan maka akan diperoleh:

ω²m = k

.:: Mencari Periode Getaran Pegas

Dari persamaan di atas kita mengetahui bahwa ω²m = k, dengan begitu kita bisa merubahnya ke persamaan :

pada gerak rotasi nilai dari ω adalah 2π/T, sehingga jika kita subsitusikan ke persamaan tersebut akan dihasilkan:

nah setelah itu kita tinggal menentukan persamaan periodenya dan dihasilkan:

.:: Mencari Frekuensi Getaran Pegas

Perlu kita ketahui bahwa f = 1/T 

dan T pada pegas sudah diketahui persamaannya, yaitu

sehingga nilai frekuensi bisa diketahui persamaan akhirnya yaitu

keterangan:
T = periode (s)
f  =frekuensi (Hz)
k  = konstanta pegas (N/m)
m = massa (kg)

AYUNAN BANDUL

Ayunan bandul merupakan salah satu bentuk dari gerak harmonik sderhana. Dimana gaya berat merupakan satu-satunya gaya yang bekerja pada bandul sebagai akibat dari adanya gravitasi bumi. 

Perhatikan gambar berikut!

Ketika bandul ditarik ke samping maka bandul akan menghasilkan gaya permulih sebesar:

F = mg sin θ

Jika kita asumsikan nilai θ sangat kecil maka nilai sinus θ akan memiliki nilai:

sin θ = x/l

Mengetahui hal tersebut, maka persamaan gaya pemulihnya akan menjadi:

F = mg . x/l

Di dalam pegas kita mengetahui bahwa nilai F = kx, nah apabila nilai ini kita substitusikan ke persamaan diatas akan diperoleh:

kx =mg . x/l

sehingga nilai k dari persamaan tersebut adalah:

k = mg/l

.:: Mencari rumus periode (T) ayunan bandul

Untuk mencari nilai T pada ayunan bandul, silahkan substitusikan persamaan k di atas ke persamaan periode pada pegas. Maka akan dihasilkan persamaan periode ayunan bandul sebagai berikut:

.:: Mencari rumus frekuensi (f) ayunan bandul

Seperti kita ketahui bersama f = 1/T, maka jika nilai periode diatas disubstitusikan ke persamaan tersebut akan diperoleh:

 

keterangan:
T = periode (s)
f  = frekuensi (Hz)
g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)
l  = panjang tali (m)

Contoh Soal Getaran :

1. Sebuah pegas salah satu ujungnya ditempelkan pada sebuah atap dan pada ujung lainnya diberi beban sebesar 0,4 kg. Hal tersebut mengakibatkan pegas bertambah panjang sebesar 4 cm. Tentukanlah:
a. periode getaran benda
b. frekuensi getaran benda

Jawab:

Diketahui:
m = 0,4 kg
x  = 4 cm = 4 x 10^-2 m
g  = 10 m/s²

Ditanyakan:
a. T = . . . ?
b. f  = . . . ?

Penyelesaian:
Untuk menentukan frekuensi dan periode getaran, kita harus menentukan terlebih dahulu besar konstanta pegasnya dengan;

F = kx
mg = kx
0,4 . 10 = k .  4 x 10^-2
k   = 4/ 4 x 10^-2
k   = 100 N/m

Sekarang kita bisa menghitung berapa besar periode dan frekuensinya:

a. Mencari Periode (T)
 




T = 0,39 s

b. Mencari Frekuensi (f)

f = 1/T
f = 1/0,39
f = 2,5 Hz

2. Sebuah ayunan bandul dengan panjang tali 2 meter diberi sudut simpangan 60 lalu dilepaskan. Hitung besar:
a. periode ayunan
b. frekuensi ayunan

Jawab:

Diketahui:
l = 2 m
θ = 60
g  = 10 m/s²

Ditanyakan:
a. T = . . . ?
b. f  = . . . ?

Penyelesaian:

a. Periode ayunan




b. Frekuensi ayunan

Getaran, Gelombang dan Bunyi

Apakah kalian pernah berkunjung ke sebuah pantai? Di sana kalian pasti akan melihat riak-riak air yang tengah berjalan. Riak-riak air yang dihasilkan merupakan salah satu gelombang yang terjadi di permukaan air laut.  Hal yang sama juga akan terjadi ketika kalian melemparkan batu ke sebuah kolam atau menggoyang-goyangkan penggaris. Setidaknya prilaku-prilaku tersebut akan menghasilkan suatu getaran dan gelombang.

Nah bagi kalian yang ingin lebih lanjut mempelajari konsep-konsep getaran, gelombang dan bunyi. Silahkan kunjungi link-link berikut!

Pelajari konsep getaran>>

Pelajari konsep gelombang>>

Pelajari konsep Bunyi>>

Penjabaran tentang Gaya Pegas dan Elastisitas

Apa yang kalian lihat ketika ada sebuah karet mendapatkan tarikan? Karet akan memanjang dan  berubah dari bentuk aslinya. Namun setelah gaya dihilangkan karet akan kembali normal dan memendek. Keadaan pada saat terjadinya perubahan bentuk akibat adanya gaya luar (tarikan/dorongan) dikenal dengan istilah deformasi. Sedangkan kemampuan benda untuk kembali ke keadaan semula dikenal dengan istilah elastisitas.

.:: Elastisitas

Nah berbicara elastisitas. Disana kita akan mempelajari konsep-konseo tentang tegangan, regangan dan modulus young. Ketiga hal ini merupakan bagian penting dari elastisitas. Untuk penjabarannya silahkan simak ulasan berikut.

1. Tegangan 

Tegangan didefinisikan sebagai suatu gaya yang bekerja pada suatu benda per satuan luas permukaan benda itu. Gaya yang ditimbulkannya sendiri bisa diakibatkan oleh beberapa sebab, misalkan karena tarikan, dorongan atau juga pelintiran.

Secara matematis, besar tegangan yang dialami oleh suatu benda bisa dituliskan:

 σ = F/A

dimana,

σ  = Tegangan (N/m )

F  = Gaya (N)

A  = luas permukaan (m²)

2. Regangan (ϵ)

Selain tegangan, didalam elastisitas kita juga dihadapkan dengan istilah regangan. Apa itu regangan? Regangan adalah perbandingan antara perubahan panjang yang dialami benda dengan panjang awalnya. 

Secara matematis, persamaan tegangan adalah sebagai berikut:

ϵ = Δl/l₀

Keterangan:

ϵ = Regangan

Δl = perubahan panjang (m)

l₀ = panjang awal (m)

Regangan terjadi sebagai konsekuensi dari adanya gaya yang bekerja pada benda. Akibatnya benda menjadi semakin panjang atau bahkan sebaliknya. Pertambahan panjang bisa disebabkan karena adanya tarikan, sedangkan pemendekan bisa terjadi karena adanya tekanan.

3. Modulus Young atau Modulus Elastisitas

Modulus young merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan. Secara matematis, persamaan modulus young bisa kita tuliskan:

Y = σ/ϵ

Dimana,

Y = modulus elastisitas (N/m²)

Berikut adalah tabel modulus young dari beberapa benda:

 

Bahan	Modulus Young (x 1010N/m2)
Alumunium	7
Kuningan	9.1
Tembaga	11
Baja	20
Tungsten	35
Gelas	6.5 - 7.8
Kuarsa	5.6

.:: Hukum Hooke

Apabila kalian sudah faham dengan konsep-konsep elastisitas, seperti tegangan, regangan dan modulus elastisitas. Selanjutnya kita akan belajar berkaitan tentang hukum hooke.

Perhatikan bunyi hukum hooke berikut

"Pertambahan panjang pegas sebanding dengan gaya tarik yang dikenakan pada pegas sebelum melampau batas elastisitas pegas"

Berdasarkan hukum hooke ini, didapatkan bahwa ketika ada sebuah tarikan (gaya) yang bekerja pada sebuah benda dan kemudian gayanya tersebut tidak melebihi batas elastisitasnya, maka pertambahan panjang akan berbanding lurus dengan gaya yang bekerjanya.

Untuk penjelasan berkenaan dengan batas elastisitas, secara lebih mendetail bisa disimak pada grafik berikut:

Pada saat benda mendapatkan tarikan dan kemudian gaya yang dihasilkan melebihi batas elastisitasnya, maka benda tidak akan kembali ke keadaan semula. Benda akan berdeformasi ke bentuk baru selamanya. Dan jika tarikannya sampai ke titik patah, maka pegas akan rusak dan terputus.

Secara maematis, persamaan hooke bisa dituliskan:

F = k . Δx

dimana,
F = gaya (N)
k = konstanta
Δx = perubahan panjang (m)

.:: Susunan Pegas

Ada dua jenis susunan dalam pegas, yaitu susunan pegas seri dan susunan pegas pararel.

1. Susunan Seri



Pertambahan panjang pada rangkaian seri:

x_s = x₁ + x₂

Konstanta total rangkaian seri:



2. Susunan pararel



Pertambahan panjang pada rangkaian pararel

x_p =  x₁ = x₂

Konstanta total rangkaian seri

k_p =  k₁ = k₂

<<Kemali ke materi dinamika gerak lurus

Analisis Gaya Gesek pada Bidang Datar dan Bidang Miring

Setelah kita mempelajari konsep-konsep dasar gaya gesek maka disini kita sudah siap untuk merambah ke level selanjutnya. Ya, disini kita akan belajar melakukan proses analisis/perhitungan terhadap gaya gesek pada bidang datar dan bidang miring.

Analisis gaya gesek pada bidang datar I

 

Perhatikan gambar berikut!

Terlihat ada sebuah balok dengan berat w didorong dengan arah horizontal sebesar F. Untuk menghitung berapa besar gaya geseknya (f) tentu yang pertama kali kita lakukan adalah mencari gaya normalnya terlebih dahulu. 

Sebagaimana yang dijelaskan pada ulasan pembahasan tentang gaya normal didapatkan:

∑F = 0

N - w = 0

N = w

Nah sekarang kita sudah mengetahui bahwa besar gaya normal pada sistem di atas adalah w. Sekarang saatnya memasukan nilai gaya normal tersebut ke rumus gaya gesek:

f = µ . N = µmg

Selesai! Sampai di sini nilai gaya gesek sudah diketahui. Namun jika kalian dituntut untuk mengetahui berapa besar percepatan sistem (pada arah horizontal) maka solusinya adalah dengan mengaplikasikan hukum Newton 2. 

Perhatikan gaya-gaya yang terdapat pada arah horizontal. Kita menemukan ada yang namanya gaya F dan juga gaya gesek f.



Sehingga,

∑F = ma

F - f = ma

* Nilai f negatif karena berlawanan dengan arah gerak

Sehingga berdasarkan persamaan diatas akhirnya diperoleh persamaan besar percepatan:

Analisis gaya gesek pada bidang datar II

Sistem di atas adalah analisis gaya gesek dengan keadaan dimana gaya luar tidak membentuk sudut θ alias 0. Terus bagaimana jika sistemnya seperti gambar berikut?

Sama seperti cara diatas, untuk menghitung berapa besar gaya gesek, pertama kita harus mencari tahu dulu nilai gaya normalnya. Dimana gaya normal bisa diketahui dengan memperhatikan gaya-gaya yang terdapat pada arah vertikal.

Disana kita mendapatkan w, N dan F sin θ. Ketiga jenis gaya tersebut adalah komponen gaya pada arah vertikal. Dengan mengaplikasikan hukum 1 Newton didapat:

N + F sin θ = w

N = w - F sin θ

N = mg - F sin θ

* F sin θ dan w bernilai negatif karena arahnya berlawanan dengan arah gaya normal.

Substitusikan persamaan tersebut ke rumus gaya gesek:

f = µN = µ(mg - F sin θ)

Sampai disini besar gaya gesek sudah diketahui. Selanjutnya jika kalian ingin mencari besar percepatan sistem pada arah horizontal bisa diketahui dengan memperguanakan hukum 2 Newton berikut.

∑F = ma

F cos θ - f = ma

F cos θ - µ(mg - F sin θ) = ma

F cos θ - µmg + µF sin θ = ma

F ( cos θ + µsin θ ) - µmg = ma

Sehingga hasil akhirnya adalah,

a = {F ( cos θ + µsin θ ) - µmg} : m

Analisis Gaya Gesek pada Bidang Miring

Perhatikan gambar berikut!

Gambar diatas menginformasikan kepada kita bahwa ada sebuah benda dengan berat w tengah disimpan di permukaan bidang miring yang membetuk sudut θ. Untuk menentukan berapa besar gaya geseknya kita cari dulu besar gaya normalnya dengan persamaan:

∑F = 0
N - w sin θ = 0
N = w sin θ

Baru setelah itu masukan nilai N ke rumus gaya gesek:

f = µN
f = µ . w cos θ

Sedangkan untuk mencari percepatan sistem pada arah sumbu x (horizontal) bisa diketahui dengan mengaplikasikan hukum 2 Newton berikut:

∑F =ma
w sin θ  - f = ma
w sin θ - µ w cos θ = ma
mg sin θ - µ mg cos θ = ma

sehingga hasil akhirnya,

a = g (sin θ - µ cos θ)

<<Kembali ke materi dinamika gerak lurus

Penjelasan Lengkap tentang Gaya Gesek pada Konsep Fisika

Gaya gesek adalah gaya yang bekerja pada sebuah benda dan arahnya selalu melawan arah gerak benda. Perlu kita ketahui bersama, gaya gesek hanya terjadi jika ada gaya lain yang bekerja pada benda, semisal dorongan, tarikan atau lain sebagainya.

 

Meskipun gaya gesek ini jarang sekali dibahas dalam kehidupan sehari-hari. Namun ternyata, gaya gesek memiliki peran penting terhadap keberlangsungan hidup makhluk hidup, khusunya manusia.

Coba saja bayangkan jika kita hidup tanpa adanya gaya gesek, hidup mungkin akan menjadi sesuatu yang sulit. Mau berjalan terpeleset, mau ngerem motor ga bisa, mau megang sesuatu pun akan terus terjatuh. Terbayang sekali bukan jika gaya gesek tidak ada dalam kehidupan ini?

Namun demikian, meskipun gaya gesek memberikan sesuatu yang banyak bagi kita. Tetapi ada beberapa hal lain juga yang ternyata gaya gesek itu merugikan. Contohnya apa? Gaya gesek pada piston mesin. Gaya gesek yang terjadi pada piston akan menghasilkan panas dan tentu ini tidak baik terhadap mesin. Dan biasanya mesin akan rusak jika hal ini dibiarkan.

Macam-macam gaya gesek

Secara umum gaya gesek terbagi menjadi 2 macam yaitu:

• Gaya gesekan statis (f_s), yaitu gaya gesek yang bekerja pada benda yang sedang terdiam
• Gaya gesekan kinetis (f_k), yaitu gaya gesek yang bekerja pada benda yang sedang bergerak

* Khusus untuk gaya gesek statis, besar gaya terbesarnya adalah pada saat benda tepat akan bergerak. Sedangkan pada gaya gesek kinestis, besar nilai gayanya akan selalu konstan.

Kondisi Gesekan

Ada tiga kemungkinan yang terjadi pada sebuah benda jika benda tersebut mendapatkan gaya dari luar.

1. Jika F < (f_s)_maks maka benda akan tetap diam
2. Jika F = (f_s)_maks maka benda tepat akan bergerak
3. Jika F > (f_s)_maks maka benda akan bergerak

Rumus/Persamaan umum gaya gesek

Seperti yang sudah disebutkan di atas, gaya gesek terbagi menjadi dua jenis, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Kedua jenis gaya gesek ini masing-masing memiliki persamaannya sendiri-sendiri. Berikut adalah rumus gaya geseknya.

f_s = µ_s .N

f_k= µ_k. N

dimana,

(f_s)_maks = gaya gesek statis maksimum (N)

f_k = gaya gesek kinetis (N)

µ_s = koefesien gaya gesek statis

µ_k = koefesien gaya gesek kinetis

Adapun tabel beberapa nilai koefesien gesekan antara dua permukaan benda adalah sebagai berikut.

Permukaan	Koefesien gesek statis	Koefesien gesek kinetis
Kayu pada kayu	0,40	0,20
Kayu pada baja	0,70	0,40
Kayu pada salju	0,08	0,06
Baja pada baja	0,74	0,57
Alumunium pada baja	0,61	0,47
Tembaga pada baja	0,53	0,36
Kaca pada kaca	0,94	0,40
Tembaga pada kaca	0,68	0,53
Teflon pada teflon	0,04	0,04
Karet pada beton (Kering)	1,00	0,80
Karet pada beton (Berair)	0,30	0,25
Bola gotri yang diberi oli	<0,01	<0,01
Teflon pada baja	0,04	0,04

Jika kalian hanya ingin mengetahui konsep dasar gaya gesek maka penjabaran halaman ini sudah cukup. Namun jika ingin memperdalam konsep materinya bisa klik link analisis gaya gesek pada bidang datar dan bidang miring.