Gelombang

A.    Pengertian Gelombang

Gelombang adalah suatu getaran yang merambat, dalam perambatannya gelombang membawa energi. Dengan kata lain, gelombang merupakan getaran yang merambat dan getaran sendiri merupakan sumber gelombang. Jadi, gelombang adalah getaran yang merambat dan gelombang yang bergerak akan merambatkan energi (tenaga).

B.     Macam – macam Gelombang

Secara umum pembagian jenis gelombang didasarkan pada medium perambatan gelombang dan hanya terdapat dua jenis gelombang saja, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

1.      Gelombang mekanik, adalah sebuah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, yang menyalurkan energi untuk keperluan proses penjalaran sebuah gelombang. Suara merupakan salah satu contoh gelombang mekanik yang merambat melalui perubahan tekanan udara dalam ruang (rapat-renggangnya molekul-molekul udara). Misalnya: gelombang air, gelombang bunyi, gelombang slinki, gelombang bunyi, gelombang permukaan air, dan gelombang pada tali.

2.      Gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium, artinya gelombang tersebut dapat merambat melalui vakum (hampa udara). Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang, frekuensi, amplitude, dan kecepatan. 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.

 

Pada Gambar 1.1, 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.

Gambar 1.3. Gelombang Longitudinal pada slinki

Pada Gambar diatas, 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.

Hubungan antara cepat rambat, panjang gelombang, periode, dan frekuensi gelombang diberikan oleh persamaan berikut.

λ  = v . T                     

dengan :

                 v = cepat rambat gelombang (m/s)

                 λ = panjang gelombang (m)

                 T = periode (s)

Gelombang menurut amplitudonya dibedakan menjadi gelombang berjalan dan gelombang stasioner. Gelombnga merambat selalu memiliki amplitudo tetap digolongkan ke dalam gelombang berjalan. Sedangkan gelombang yang merambat dengan amplitudo selalu berubah di golongkan kedalam gelombang stasioner.

a.       Gelombang berjalan

Gelombang berjalan adalah gelombang yang bergerak dengan amplitudo tetap.

Lihatlah gambar berikut

Untuk menentukan simpangan gelombang di suatu titik, di tinjau titik P pada gambar diatas misalny gelombang merambat ddengan kecepatan v searah sumbu x positif. Waktu yang diperlukan gelombang untuk merambat dari titik O ke tiik P  adalah  sehingga ketika titik O telah bergetar t sekon titik P baru bergetar selama  atau  dari persamaan getaran  simpangan titik P pada saat titik O telah bergetar t sekon adalah

Keterangan :

y = simpangan di titik P (m )

A = amplitudo atau simpangan maksimum (m atau cm)

                    = frekuensi sudut (rad/s)

                    T = periode (s)

                    possisi titik P dari sumber getaran/ titik O (m atau cm)

                    t  = waktu (s)

                   k  = bilangan gelombang (

b.      Gelombang stasioner

Gelombang stasioner adalah gelombang yang amplitudonya berubah terhadap posisi. Pada gelombang berjalan, jika rambatan gelombang berjalan terus-menerus dan akhirnya membentur suatu penghalang, maka akan timbul gelombang pemantulan. Apabila gelombang telah mengalami pemantulan, sedangkan sumber gelombang masih memberikan energi terus – menerus maka akan mengalami pertemuan antara gelombang datang dan gelombang pantul. Pertemuan atau interferensi antara gelombang datang dan gelombang pantul inilah yang dinamakan gelombang stasioner.

Amplitudo disetiap titik pada gelombang stasioner tidak selalu sama. Titik- titik yang mempunyai amplitudo maksimum disebut perut gelombang sedangkan titik-titik yang mempunyai amplitudo minimum disebut simpul gelombang.

C.    SIFAT-SIFAT GELOMBANG

a.       Pemantulan

Pada peristiwa pemantulan gelombang akan berlaku hukum pemantulan gelombang yaitu sudut pantul sama dengan sudut datang. Artinya, ketika berkas gelombang datang membentuk sudut θ terhadap garis normal (garis yang tegak lurus permukaan pantul), maka berkas yang dipantulkan akan membentuk sudut θ terhadap garis normal.

Gambar Pemantulan Gelombang

b.      Pembiasan

Pembiasan gelombang (refraksi) adalah pembelokan arah muka gelombang ketika masuk dari satu medium ke medium lainnya. Adakalanya pembiasan dan pemantulan terjadi secara bersamaan. Ketika gelombang datang mengenai medium lain, sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian lainnya akan diteruskan atau dibiaskan. Refraksi terjadi karena gelombang memiliki kelajuan berbeda pada medium yang berbeda.

Gambar : Pemanulan dan Pembiasan Gelomban

c.       Interferensi

Interferensi gelombang adalah perpaduan atau superposisi gelombang ketika dua gelombang atau lebih tiba di tempat yang sama pada saat yang sama. Interferensi dua gelombang dapat menghasilkan gelombang yang amplitudonya saling menguatkan (interferensi maksimum) dan dapat juga menghasilkan gelombang yang amplitudonya saling melemahkan (interferensi minimum). Gambar interferensi gelombang pada tali :

Gambar: interferensi mak-min

d.       Difraksi

Difraksi gelombang adalah peristiwa pembelokan gelombang ketika melewati celah sempit atau penghalang.

Gambar : Difraksi Gelombang

Di dalam suatu medium yang sama, gelombang merambat lurus. Oleh karena itu, gelombang lurus akan merambat ke seluruh medium dalam bentuk gelombang lurus juga. Hal ini tidak berlaku bila pada medium diberi penghalang atau rintangan berupa celah. Untuk ukuran celah yang tepat, gelombang yang datang dapat melentur setelah melalui celah tersebut. Lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah dinamakan difraksi gelombang.

Jika penghalang celah yang diberikan oleh lebar, maka difraksi tidak begitu jelas terlihat. Muka gelombang yang melalui celah hanya melentur di bagian tepi celah, seperti ditunjukkan pada gambar  9 dibawah ini. Jika penghalang celah sempit, yaitu berukuran dekat dengan orde panjang gelombang, maka difraksi gelombang  sangat jelas. Celah bertindak sebagai sumber gelombang berupa titik, dan muka gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk lingkaran-lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya.

e.       Polarisasi Gelombang

Pemantulan, pembiasan, difraksi, dan interferensi dapat terjadi pada gelombang tali (satu dimensi), gelombang permukaan air (dua dimensi), gelombang bunyi dan gelombang cahaya (tiga dimensi). Gelombang tali, gelombang permukaan air, dan gelombang cahaya adalah gelombang transversal, sedangkan gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal. Nah, ada satu sifat gelombang yang hanya dapat terjadi pada gelombang transversal, yaitu polarisasi. Jadi, polarisasi gelombang tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal, misalnya pada gelombang bunyi.

Fenomena polarisasi cahaya ditemukan oleh Erasmus Bhartolinus pada tahun 1969. Dalam fenomena polarisasi cahaya, cahaya alami yang getarannya ke segala arah tetapi tegak lurus terhadap arah merambatnya (gelombang transversal) ketika melewati filter polarisasi, getaran horizontal diserap  sedang getaran vertikal diserap sebagian (lihat Gambar 1.25). Cahaya alami yang getarannya ke segala arah di sebut cahaya tak terpolarisasi, sedang cahaya yang melewati polaroid hanya memiliki getaran pada satu arah saja, yaitu arah vertikal, disebut cahaya terpolarisasi linear.

Gambar 1.25. Polarisasi cahaya pada polaroid

D.    Percobaan

1.      Gelombang Transversal

a.       Tujuan : menentukan cepat rambat gelombang trasversal pada gelombang tali.

b.      Alat dan Bahan :

·         Tali 5 meter

·         Stopwatch

·         Meteran

·         Alat tulis

c.       Cara kerja

1.    Ambillah sebuah tali yang tebal dan suruh teman anda memegang salah satu ujungnya

2.    Bentangkan tali itu, kemudian berikan suatu sentakan dari arah samping kiri ke samping kanan yang keras pada ujung yang bebas, kemudian perhatikan gerakan gelombang yang di hasilkan

3.    Hitunglah berapakah gelombang yang dihasilkan,panjang gelombang,amplitudo,frekuensi,periode serta cepat rambat gelombang.

2.      Gelombang longtudinal

a.      Tujuan             : menentukan rapatan dan regangan pada pegas

b.      Alat  dan Bahan :

·         Pegas

·         Penggaris

·         Alat tulis

c.       Cara kerja :

a.       Ikatlah pegas pada salah satu ujungnya

b.      Tekan salah satu bagian dari pegas

c.       Lihatlah hasil percobaan dan jelaskan apa yang kamu lihat

3.      Gelombang berjalan dan stasioner

a.       Tujuan : menentukan gelombang berjalan dan gelombang stasioner

b.      Alat dan Bahan :

·         Nampan

·         Air

c.       Cara kerja

1.      Siapkan alat dan nampan

2.      Isilah air di dalam nampan

3.      Lalu hentakkan nampan hingga terbentuk gelombang

4.      Lihatlah gelombang yang timbul

4.      Inerferensi Gelombang

a.       Tujuan : menentukan gelombang berjalan dan gelombang stasioner

b.      Alat dan Bahan :

·         Nampan

·         Air

c.       Cara kerja

a)      Siapkan alat dan nampan

b)      Isilah air di dalam nampan

c)      Lalu hentakkan nampan hingga terbentuk gelombang

d)     Lihatlah gelombang yang timbul

5.      Resonansi

a.       Tujuan : menentukan gelombang berjalan dan gelombang stasioner

b.      Alat dan Bahan :

·         Nampan

·         Air

c.       Cara kerja

a)      Siapkan alat dan nampan

b)      Isilah air di dalam nampan

c)      Lalu hentakkan nampan hingga terbentuk gelombang

d)     Lihatlah gelombang yang timbul