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