GELOMBANG

A. Pengertian Gelombang :

Gelombang adalah bentuk dari getaran yang merambat pada suatu medium.

Pada gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium

perantaranya.

Satu gelombang dapat dilihat panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah dan

bukit (gelombang tranversal) atau menhitung jarak antara satu rapatan dengan satu

renggangan (gelombang longitudinal). Cepat rambat gelombang adalah jarak yang

ditempuh oleh gelombang dalam waktu satu detik.

Gelombang dapat dikelompokkan berdasarkan sifat-sifat fisisnya, yaitu :

1. Berdasarkan arah getarannya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni

gelombang longitudinal dan gelombang transversal.

a. Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarannya berimpit dengan

arah rambatannya, misalnya gelombang bunyi.

b. Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan

arah rambatannya, misalnya gelombang pada tali dan gelombang cahaya.

2. Berdasarkan amplitudonya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni

gelombang berjalan dan gelombang diam/berdiri.

a. Gelombang berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang

dilalui gelombang, misalnya gelombang pada tali.

b. Gelombang diam/berdiri, yaitu gelombang yang amplitudonya berubah, misalnya

gelombang pada senar gitar yang dipetik.

FISIKA Page 1

3. Berdasarkan zat perantara atau medium rambatannya, gelombang dibedakan

menjadi dua, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

a. Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang dalam perambatannya memerlukan

medium, misalnya gelombang air, gelombang pada tali, dan gelombang bunyi.

b. Gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang dalam perambatannya tanpa

memerlukan medium, misalnya gelombang cahaya.

Sebelum membicarakan sifat gelombang, akan kita bahas mengenai pengertian front

gelombang atau muka gelombang dan sinar gelombang. Apabila kita menggunakan

keping getar, maka pada permukaan air akan kita lihat garis lurus yang bergerak ke tepi

dan jika kita menggunakan bola sebagai penggetarnya, maka pada permukaan timbul

lingkaran-lingkaran yang bergerak ke tepi. Sekumpulan garis-garis atau lingkaran-

lingkaran itu yang dinamakan front gelombang atau muka gelombang. Jadi muka

gelombang didefinisikan sebagai tempat sekumpulan titik yang mempunyai fase yang

sama pada gelombang. Muka gelombang dapat berbentuk garis lurus atau lingkaran

Muka gelombang lurus

Muka gelombang lingkaran

FISIKA Page 2

Tempat kedudukkan titik yang mempunyai fase yang sama mempunyai jarak 1λ, 2 λ, 3

λ …, dan seterusnya, sehingga jarak antarfront gelombang yang saling berdekatan

sebesar 1 λ. seperti ditunjukkan dalam gambar. Setiap gelombang merambat menurut

arah tertentu. Arah rambatan gelombang disebut sinar gelombang. Sinar gelombang

arahnya selalu tegak lurus muka gelombang.

Karateristik Gelombang

Karakteristik utama suatu gelombang ditunjukkan oleh beberapa besaran yang penting,

yang digunakan untuk mendeskripsikan gelombang sinusoida periodik, seperti

diperlihatkan pada Gambar :

Karateristik gelombang kontinu satu frekuensi

Titik-titik tertinggi pada gelombang disebut puncak gelombang, sedangkan titik-titik

terendah disebut lembah gelombang. Amplitudo adalah perpindahan maksimum, yaitu

ketinggian maksimum puncak, atau kedalaman maksimum lembah, relatif terhadap

posisi kesetimbangan. Makin besar amplitudo, makin besar energi yang dibawa.

Ayunan total dari puncak sampai ke lembah sama dengan dua kali amplitudo.

Jarak dua titik berurutan pada posisi yang sama disebut panjang gelombang ( λ ).

Panjang gelombang juga sama dengan jarak antardua puncak yang berurutan.

Frekuensi ( f ), adalah jumlah puncak atau siklus lengkap yang melewati satu titik per

satuan waktu. Sementara itu, periode (T ), adalah waktu yang diperlukan untuk sekali

osilasi, yaitu waktu yang berlalu antara dua puncak berurutan yang melewati titik yang

sama pada ruang. Besar T adalah setara dengan 1/f.

FISIKA Page 3

Jarak yang ditempuh gelombang dalam satuan waktu disebut kecepatan gelombang

(v). Jika sebuah gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang ( λ ), dalam satu

periode (T ), maka kecepatan gelombang adalah sama dengan λ /T, atau v = λ/T

v =λ .f

Kecepatan gelombang bergantung pada sifat medium perambatannya. Misalnya,

kecepatan gelombang pada tali bergantung pada tegangan tali (FT), dan massa tali per

satuan panjang (m/L). Hubungan tersebut dapat dirumuskan:

Dari persamaan ini, apabila besar massa per satuan panjang semakin besar, maka

makin besar inersia yang dimiliki tali, sehingga perambatan gelombang akan lambat.

Fase Gelombang

Penjelasan mengenai suatu tahap yang telah dicapai oleh suatu gerak berkala,

biasanya dengan membandingkan dengan gerak lain yang sejenis dengan frekuensi

sama disebut fase.

Dua gelombang dikatakan sefase, bila keduanya berfrekuensi sama dan titik-titik yang

bersesuaian berada pada tempat yang sama selama osilasi (misalnya, keduanya

berada pada puncak) pada saat yang sama. Jika yang terjadi sebaliknya, keduanya

tidak sefase. Dan dua gelombang berlawanan fase jika perpindahan keduanya tepat

berlawanan arah (misalnya, puncak dan lembah). Beda fase antara dua gelombang

menyatakan ukuran seberapa jauh, diukur dalam sudut, sebuah titik pada salah satu

gelombang berada di depan atau di belakang titik yang bersesuaian dari gelombang

lainnya. Untuk gelombang-gelombang yang berlawanan fase, beda fasenya adalah

180o; untuk yang sefase, besarnya 0o.

FISIKA Page 4

Sifat-sifat Gelombang Mekanik

1. Pemantulan Gelombang

Pemantulan gelombang lurus

Untuk mengamati pemantulan gelombang dapat dilakukan dengan menempatkan balok

kaca atau logam pada tangki riak sebagai penghalang gelombang yang mempunyai

muka gelombang lurus. Sinar gelombang tersebut akan dipantulkan pada saat

mengenai dinding penghalang tersebut. Dalam pemantulan gelombang tersebut berlaku

hukum pemantulan gelombang yaitu :

a) sudut datang gelombang sama dengan sudut pantul gelombang, dan

b) gelombang datang, gelombang pantul, dan garis normal terletak dalam satu bidang

datar.

2. Pembiasan Gelombang

Pembiasan gelombang

FISIKA Page 5

Untuk mempelajari pembiasan gelombang dapat dilakukan dengan menempatkan balok

kaca/logam pada tangki riak yang seluruhnya berada di dalam air, sehingga akan

membedakan kedalaman permukaan air dalam tangki riak.

Hal ini untuk menggambarkan adanya dua medium rambatan gelombang, permukaan

dalam menggambarkan medium yang rapat dan permukaan air yang dangkal

menggambarkan medium yang kurang rapat. Sinar gelombang yang melewati bidang

batas antara kedalaman air terlihat dibelokkan/dibiaskan di mana front gelombangnya

menjadi lebih rapat.

Hal ini menunjukkan adanya perubahan panjang gelombang, akan tetapi frekuensinya

tetap yaitu sama dengan frekuensi sumber getarnya. Dalam pembiasan gelombang

berlaku hukum pembiasan yang menyatakan :

Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap.

Secara umum sering dituliskan :

Sin i/sin r = λ1/λ2 = v1/v2 = n1/n2 = n21

dengan :

i = sudut datang gelombang (derajat atau radian)

r = sudut bias gelombang (derajat atau radian)

λ1 = panjang gelombang pada medium 1 (m)

λ2 = panjang gelombang pada medium 2 (m)

v1 = cepat rambat gelombang pada medium 1 (m/s)

v2 = cepat rambat gelombang pada medium 2 (m/s)

n1 = indeks bias medium 1

FISIKA Page 6

n2 = indeks bias medium 2

n21 = indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1

3. Interferensi Gelombang

Untuk menunjukkan gejala interferensi gelombang dapat dipergunakan dua sumber

getar berbentuk bola atau sumber getar berupa keping/plat yang diberi dua

lubang/celah di mana celah tersebut dapat dianggap sebagai sumber getaran

(gelombang). Untuk mengamati gejala interferensi gelombang agar teramati dengan

jelas, maka kedua gelombang yang berinterferensi tersebut harus merupakan dua

gelombang yang koheren.

Dua gelombang disebut koheren apabila kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi

dan amplitudo yang sama serta memiliki selisih fase yang tetap/konstan. Ada dua sifat

hasil interferensi gelombang, yaitu interferensi bersifat konstruktif dan destruktif.

Interferensi bersifat konstruktif artinya saling memperkuat, yaitu saat kedua gelombang

bertemu (berinterferensi) memiliki fase yang sama. Sedang interferensi bersifat

destruktif atau saling melemahkan jika kedua gelombang bertemu dalam fase yang

berlawanan.

Pola interferensi gelombang

Gambar di atas menunjukkan pola interferensi yang ditunjukkan tangki riak, di mana

garis tebal/tidak terputus adalah hasil interferensi yang bersifat konstruktif, sedangkan

garis putus-putus menunjukkan interferensi yang bersifat destruktif.

FISIKA Page 7

4. Difraksi Gelombang

Untuk menunjukkan adanya difraksi gelombang dapat dilakukan dengan meletakkan

penghalang pada tangki riak dengan penghalang yang mempunyai celah, yang lebar

celahnya dapat diatur.

Difraksi gelombang adalah peristiwa pembelokan/penyebaran (lenturan) gelombang

jika gelombang tersebut melalui celah. Gejala difraksi akan semakin tampak jelas

apabila lebar celah semakin sempit. Dengan sifat inilah ruangan dalam rumah kita

menjadi terang pada siang hari dikarenakan ada lubang kecil pada genting. Serta suara

alunan musik dari tape recorder dapat sampai ke ruangan lain, meskipun kamar tempat

tape tersebut pintunya tertutup rapat.

Difraksi gelombang (a) penghalang dengan celah lebar, (b) penghalang dengan celah

sempit

FISIKA Page 8

Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang memiliki arah getaran yang sama

dengan arah rambatan.

Artinya arah gerakan medium gelombang sama atau berlawanan arah dengan

perambatan gelombang.

Gelombang longitudinal mekanis juga disebut sebagai gelombang mampatan atau

gelombang kompresi.

Contoh-contoh gelombang longitudinal adalah gelombang suara dan gelombang

pseismik yang disebabkan oleh gempa dan ledakan. Persamaan Maxwell

mengindikasikan gelombang elektromagnetik berbentuk gelombang transversal dalam

ruang hampa, namun gelombang elektromagnetik dalam medium plasma bisa

berbentuk transversal, longitudinal, atau campuran keduanya.

FISIKA Page 9

Gelombang Transversal

Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan

arah rambatannya. Satu gelombang terdiri atas satu lembah dan satu bukit, misalnya

seperti riak gelombang air, benang yang digetarkan, dsb.

Persamaan Gelombang berjalan

Kalau kita  lihat gelombang berdasarkan berubah atau tidaknya simpangan/amplitudo

gelombang, maka  gelombang yang merambat dengan amplitudo tetap kita sebut

Gelombang berjalan, sedangkan gelombang yang merambat dengan amplitudo

berubah kita sebut Gelombang stationer.

FISIKA Page 10

Jika gelombang merambat dengan kecepatan v maka untuk mencapai titik P sepanjang

x dibutuhkan waktu Jika dari titik 0  gelombang telah berjalan t detik maka

waktu di titik P adalah

Dengan konsep persamaan getaran harmonis  y = A sin wtp kita peroleh persamaan

umum gelombang berjalan yaitu:

Ket: A = amplitudo gelombang (m); l = v /.T = panjang gelombang (m); v = cepat rambat

gelombang (m/s);

= bilangan gelombang (m’);  x = jarak suatu titik terhadap titik asal (m)

Ketentuan tanda:

a. tanda ± di depan amlplitudo

positif (+) => arah getar pertama kali ke atas

negatif ( – ) => arah getar pertama kali ke bawah

FISIKA Page 11

b. tanda ± di depan bilangan gelombang

positif (+) => arah rambat gelombang ke kiri

negatif ( – ) => arah rambat gelombang ke kanan

rumus :

1. v  =   λ f    dan f = 1/T

2. dan

3.

4. Sudut fase : besar sudut dalam fungsi sinus (dinyatakan dalam radian)

Fase gelombang

Beda fase antara titik B dan A

_______

Dalam persamaan gelombang berjalan ω  pasti bergandengan dengan t dan k

bergandengan dengan x

FISIKA Page 12

Gelombang stasioner atau biasa disebut gelombang diam atau ada yang menyebut

sebagai gelombang tegak (gelombang berdiri) bisa terjadi dengan menginterferensikan

dua buah gelombang berjalan yang memiliki :

- amplitudo sama

- frekuensi sama

- arah gerak berlawanan

Gelombang stasioner yang dihasilkan memiliki amplitudo (paduan) Ap yang besarnya

berubah seiring dengan perubahan jarak (x). Ingat kembali bahwa kedua buah

gelombang berjalan penghasil gelombang stasioner memiliki amplitudo yang tetap dan

sama sebesar A.

Persamaan gelombang stasioner ujung bebas pada tali

Pola persamaan gelombang stasioner pada seutas tali yang salah satu ujungnya bebas

adalah sebagai berikut:

Y = 2A cos kx sin ω t

Keterangan:

Y adalah simpangan gelombang stasioner dalam satuan meter,

A adalah amplitudo masing-masing gelombang berjalan

FISIKA Page 13

x adalah jarak titik dari ujung bebas

ω adalah frekuensi sudut dalam rad/s, dimana ω = 2π f

k adalah bilangan gelombang atau tetapan gelombang dimana nilai k = 2π/λ,

λ adalah panjang gelombang (wavelength) dalam satuan meter.

Gelombang berdiri atau gelombang stasioner pada dawai gitar dihasilkan dari

interferensi gelombang datang dan gelombang pantul.

Panjang gelombang pada gelombang berdiri dapat diamati dari tampilan simpul dan

perutnya. Gelombang berdiri mempunyai amplitudo yang berbeda di setiap titiknya.

Amplitudo maksimum disebut perut, sedangkan amplitudo nol atau tidak ada

simpangan disebut dengan simpul.

Percobaan Melde menunjukkan bahwa massa beban menghasilkan gaya berat atau

tegangan dawai. Tegangan dawai secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

F = m.g ......................................................................1)

dengan : F = tegangan dawai (N)

m = massa beban (kg)

g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s2

Frekuensi gelombang sama dengan frekuensi sumbernya, sedangkan laju gelombang

pada dawai ditentukan oleh tegangan dan kerapatan massa linear dawai. Secara

matematik laju gelombang pada dawai dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai

berikut:

v^2 = F/µ ........................................................................2)

dengan: F = tegangan dawai (N)

µ = massa per satuan panjang dawai (kg/m)

v = cepat rambat gelombang pada dawai (m/s)

FISIKA Page 14

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat  walau tidak ada

medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa

karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi,

amplitude/amplitude, kecepatan

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). Tanpa udara, suara tidak bisa dirambatkan. Di pantai dapat dilihat

ombak, yang merupakan gelombang mekanik yang memerlukan air sebagai

mediumnya. Contoh lain misalnya gelombang pada tali atau per (slinky).

FISIKA Page 15