BAHAN BACAAN Pertemuan pertama A. Pengertian Gelombang Ayo dijawab , bagaimana cara astronot berkomunikasi di luar angkasa? Apakah mereka bisa bercakap-cakap layaknya orang yang ada di Bumi? Jika mereka bercakap-cakap seperti saat di Bumi, tentu suara mereka tidak akan terdengar satu sama lain. Hal itu karena di luar angkasa merupakan ruang hampa udara. Oleh karena itu, para astronot bisa berkomunikasi menggunakan gelombang radio. Mengapa gelombang bunyi tidak bisa merambat di luar angkasa, sementara gelombang radio bisa merambat di luar angkasa? Keadaan tersebut menunjukkan bahwa gelombang itu bermacam-macam jenis dan karakteristiknya. Ingin tahu selengkapnya tentang macam-macam gelombang beserta karakteristiknya? Jadi apa itu gelombang? Gelombang adalah getaran yang merambat. B. Jenis-jenis Gelombang Berdasarkam medium untuk merambatnya gelobang dibedakan menjadi dua yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang yang memerlukan medium untuk merambat disebut gelombang mekanik. Contoh : gelombang bunyi, gelombang air. Gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat disebut gelombang elektromagnetik. Contoh : gelombang cahaya, sinar X, gelombang radio. Berdasarkan arah getarannya, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu : 1. gelombang transversal 2. gelombang longitudinal. Berdasarkan Amplitudonya, gelombang terbagi menjadi : 1. gelombang berjalan 2. gelombang stasioner (gelombang berdiri) Berdasarkan medium perambatannya, gelombang terbagi menjadi : 1. gelombang mekanis 2. gelombang elektromagnetis
C. Gelombang Transversal Yaitu gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah perambatannya. Contoh : gelombang tali yang diusik. Pada gelombang transversal mempunyai bagian dan besaran berikut : ▪ puncak gelombang, yaitu titik tertinggi pada gelombang ▪ dasar gelombang, yaitu titik terendah pada gelombang ▪ bukit gelombang ▪ lembah gelombang ▪ amplitudo gelombang, yaitu simpangan terbesar gelombang/tinggi puncak gelombang. ▪ panjang gelombang, yaitu jarak antara dua puncak gelombang yang berturutan atau jarak antara dua dasar gelombang yang berurutan. Jadi sebuah gelombang terdiri dari sebuah bukit dan sebuah lembang gelombang. ▪ periode gelombang, yaitu waktu untuk menempuh 1 buah panjang gelombang. ▪ Frekuensi gelombang, yaitu banyaknya gelombang yang terjadi tiap detik. D. Gelombang Longitudinal Yaitu gelombang yang arah getarannya searah dengan arah rambatnya. Contoh : gelombang pegas atau slinki. Pada gelombang longitudinal, terdiri dari rapat dan renggangan. Satu panjang gelombang ( ) adalah jarak antara rapatan dengan rapatan yang berurutan, atau jarak antara renggangan dengan renggangan yang berurutan. E. Besaran-besaran Pada Gelombang 1. Amplitudo (A) Amplitudo adalah simpangan maksimum gelombang yang memiliki satuan meter (m). 2. Panjang gelombang (λ) Jika ditinjau dari gelombang transversal, panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak yang berdekatan atau jarak antara dua lembah yang berdekatan. Pada gelombang
longitudinal, panjang gelombang adalah jarak antara pusat rapatan ke rapatan berikutya atau pusat regangan ke pusat regangan berikutnya. 3. Frekuensi gelombang (f) Frekuensi adalah banyaknya gelombang yang bisa terbentuk setiap detik. Secara matematis, frekuensi dirumuskan sebagai berikut. = Keterangan: f = frekuensi gelombang (Hz); n = jumlah gelombang yang terbentuk; dan t = waktu tempuh gelombang (s). 4. Periode gelombang (T) Periode adalah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menempuh satu panjang gelombangnya. Periode juga bisa didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan gelombang untuk melakukan satu kali putaran. Secara matematis, periode dirumuskan sebagai berikut. = = 1 Keterangan: f = frekuensi gelombang (Hz); T = periode (s); n = jumlah gelombang yang terbentuk; dan t = waktu tempuh gelombang (s). 5. Kecepatan Rambat Gelombang Kecepatan rambat gelombang pada suatu medium dihitung dengan : = . = Kecepatan rambat gelombang pada suatu medium dihitung dengan : v = kecepatan rambat gelombang (m/s) λ = panjang gelombang (m) f = frekuensi gelombang (Hz) T = periode gelombang (s) 6. Fase dan beda fase Gelombang Fase gelombang adalah keadaan gelombang yang berkaitan dengan simpangan dan arah rambatnya. Secara matematis fase gelombang dinyatakan sebagai berikut : = 2 Dimana = fase gelombang (tampa satuan) ; θ = sudut fase (rad)
Dua titik dikatakan sefase jika kedua titik memiliki jarak 1λ, 2λ, 3λ, ….,nλ. Jadi kedua titik akan memiliki amplitudo dan arah gerak yang sama. Dua titik dikatakan berlawanan fase jika kedua titik berjarak 1 2 , 3 2 , 5 2 , … … . (2 − 1 2 ) Kedua titik akan memiliki arah simpangan yang berlawanan, walaupun sama besar. Sedangkan beda fase adalah apabila pada tali terdapat dua buah titik, maka beda fasenya adalah jarak antara dua titik tersebut. Persamaan beda fase gelombang adalah sebagai berikut Δ = 2 − 1 sehingga beda sudut fase dinyatakan : Δ = 2. Δ Contoh Soal 1.Berikut ini merupakan gambar gelombang transversal. Tentukanlah : a.Frekuensi getaran b.Panjang gelombang c.Cepat rambat gelombang. Pembahasan : Dari gambar didapatkan bahwa : = T = 8 2 T = 4 s Maka, a.Frekuensi Getaran f = 1/T f = ¼ f = 0.25 Hz b.Panjang Gelombang λ = s/n λ = 16 2 λ = 8 cm c.Cepat Rambat Gelombang v = f×λ v = 0.25×8 v = 2 m/s 2.Suatu gelombang permukaan air yang frekuensinya 500 Hz merambat dengankecepatan 350 m/s. tentukan jarak antara dua titik yang berbeda sudut fase 60°! Pembahasan : Lebih dahulu tentukan besarnya panjang gelombang dimana
= = 350 500 Beda fase gelombang antara dua titik yang jaraknya diketahui adalah ∆ = = ∆ = 350 500 60° 360° = 0,117 3.Sebuah gelombang transversal memiliki frekuensi sebesar 0,25 Hz. Jika jarakantara dua buah titik yang berurutan pada gelombang yang memiliki fase sama adalah 0,125 m, tentukan cepat rambat gelombang tersebut, nyatakan dalamsatuan cm/s! Pembahasan Diketahui Data dari soal: f = 0,25 Hz Jarak dua titik yang berurutan dan sefase: λ = 0, 125 m ditanyakan ν = ..... jawab ν = λ f ν = (0,125)(0,25) = 0,03125 m/s = 3,125 cm/s
Pertemuan kedua GELOMBANG BUNYI Pernah merasa bingung kenapa saat berbicara di alam terbuka, suara Anda bisa terdengar sampai jauh? Apalagi kalau Anda berada di atas gunung, suara lantang dari penduduk bisa terdengar sampai puncak gunung. Hal tersebut bisa terjadi karena adanya karakteristik dari gelombang bunyi. Penasaran? Ayo, belajar mengenai konsep gelombang bunyi bersama-sama. Gambar 2. Orang berteriak di puncak gunung Sumber. https://travelingyuk.com/ Gelombang Bunyi adalah gelombang yang merambat melalui medium tertentu. Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang digolongkan sebagai gelombang longitudinal. Gelombang bunyi ini menghantarkan bunyi ke telinga manusia. Bunyi/ suara dapat terdengar karena adanya getaran yang menjalar ke telinga pendengar. Lalu bagaimana cara menentukan cepat rambat bunyi? Simak uraian berikut. 1. Cepat Rambat Bunyi Bunyi merupakan gelombang longitudinal yang dapat merambat dalam medium padat, cair, dan gas. Cepat rambat bunyi tergantung pada sifat-sifat medium rambat, maka bunyi mempunyai cepat rambat yang dipengaruhi oleh dua faktor yaitu : a. Kerapatan partikel medium yang dilalui bunyi. Semakin rapat susunan partikel medium maka semakin cepat bunyi merambat, sehingga bunyi merambat paling cepat pada zat padat. b. Suhu medium, semakin panas suhu medium yang dilalui maka semakin cepat bunyi merambat. Cepat rambat bunyi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : = . Keterangan : v : cepat rambat bunyi λ : panjang gelombang bunyi f : frekuensi bunyi
Cepat rambat bunyi tergantung pada mediumnya: a. Cepat rambat bunyi di dalam medium gas b. Cepat rambat bunyi di dalam medium zat cair c. Cepat rambat bunyi di dalam medium zat padat Tentukan kecepatan perambatan gelombang bunyi di dalam air, jika diketahui modulus Bulk air 2,25 x 109 Nm-2 dan massa jenis air 103 kgm-3. Tentukan pula panjang gelombangnya, jika frekuensinya 1 kHz. Penyelesaian: Diketahui B = 2,25 x 109 Nm-2; ρ = 103kgm-3 ; f = 103 Hz Kecepatan perambatan bunyi =√ =√2,25 109103 = 1500 ==15001000 =1,5 2. Sumber bunyi dawai Sebuah gitar merupakan suatu alat musik yang menggunakan dawai/senar sebagai sumber bunyinya. Gitar dapat menghasilkan nada-nada yang berbeda dengan jalan menekan bagian tertentu pada senar itu, saat dipetik. Getaran pada senar gitar yang dipetik itu akan menghasilkan gelombang stasioner pada ujung terikat. Pada waktu kalian memetik dawai/senar, kalian akan menghasilkan gelombang stasioner dengan ujung terikat yang merupakan hasil superposisi gelombang. Frekuensi yang dihasilkan akan beresonansi dengan udara di sekitar dan sampai ke telinga kalian. Satu senar pada gitar akan menghasilkan berbagai frekuensi resonansi dari pola gelombang paling sederhana sampai majemuk. Nada yang dihasilkan dengan pola paling sederhana disebut nada dasar, kemudian secara berturut-turut pola gelombang yang terbentuk menghasilkan nada atas ke-1, nada atas ke-2, nada atas ke-3 … dan seterusnya.
Gambar. Pola gelombang nada-nada pada dawai 1) Nada Dasar Jika sepanjang dawai terbentuk gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada Dasar. l atau λ0 = 2l bila frekuensi nada dasar dilambangkan f0 maka besarnya : 2) Nada Atas 1 Jika sepanjang dawai terbentuk 1 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 1. l = λ1 atau λ1 = l bila frekuensi nada atas 1 dilambangkan f1 maka besarnya : 3) Nada Atas 2 Jika sepanjang dawai terbentuk 1,5 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 2. l = atau λ2 = bila frekuensi nada atas 2 dilambangkan f2 maka besarnya : 4) Nada Atas 3 Jika sepanjang dawai terbentuk 2 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 3. l = 2λ3 atau λ3 = ½l bila frekuensi nada atas 3 dilambangkan f3 maka besarnya :
dan seterusnya Berdasarkan data tersebut dapat kita simpulkan bahwa perbandingan frekuensi nada-nada yang dihasilkan oleh sumber bunyi berupa dawai dengan frekuensi nada dasarnya merupakan perbandingan bilangan bulat. Nada dasar adalah nada dengan panjang gelombang 1/2 λ dan nada atas pertama adalah nada dengan panjang gelombang 1 λ. Pola ini akan terus naik dengan beda 1/2 λ. Besarnya ferkuensi nada ke-n (fn) pada dawai dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. Contoh dari alat musik dawai adalah sasando, gitar dan biola. Adapun cepat rambat bunyi (v) pada dawai tergantung kepada tegangan dawai (F), massa dawai (m) dan panjang dawai (L), yang secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. Sumber bunyi pipa organa Seruling, terompet dan alat musik tiup lain memanfaatkan kolom udara yang ditiup sehingga udara yang bergetar akan menghasilkan suara yang teratur. Kolom tempat udara bergetar disebut pipa organa. Terdapat dua jenis pipa organa, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup. Pipa organa terbuka merupakan sebuah pipa dengan kolom udaratanpa penutup pada kedua ujungnya,seperti yang ditunjukkan pada Gambar. Sama halnya dengan dawai, frekuensi pada pipa organa dimulai dengan panjang gelombang 1/2 λ dan terus naik dengan beda 1/2 λ, sehingga penentuan frekuensi nada ke-n dapat ditentukan dengan Persamaan diatas. Adapun contoh dari alat musik pipa organa terbuka adalah pianika dan terompet.
Gambar Pola gelombang stasioner pada pipa organa terbuka sumber : Alvius Tinambunan/Kemendikbudristek (2022) Pada pipa organa tertutup, salah satu ujung dari kolom udara pada pipa berada dalam posisi tertutup. Gambar Pola gelombang stasioner pada pipa organa tertutup sumber : Alvius Tinambunan/Kemendikbudristek (2022) Hubungan panjang gelombang dan panjang kolom, dapat dilihat pada Gambar diatas. Frekuensi tiap tingkatan nada dapat ditunjukkan dengan persamaan
Pertemuan ketiga EFEK DOPPLER Efek Doppler ditemukan oleh ilmuwan fisika asal Austria yang bernama Christian Johanm Doppler. Efek Doppler menjelaskan fenomena yang berkaitan dengan pergerakan sumber bunyi terhadap pendengar yang relatif satu sama lain dan menyebabkan frekuensi yang didengar berbeda dari frekuensi yang dihasilkan sumber bunyi. Misalnya, ketika sebuah ambulans yang membunyikan sirinenya bergerak mendekati seseorang yang sedang berdiri di bahu jalan, maka bunyi yang akan terdengar makin tinggi. Ketika ambulans tersebut bergerak menjauh maka bunyi sirine yang terdengar akan semakin mengecil. Efek Doppler dirumuskan sebagai berikut:
Dalam rumus efek Doppler ada beberapa perjanjian tanda nih Squad. vs bernilai positif (+) jika sumber bunyi menjauhi pendengar. vs bernilai negatif (-) jika sumber bunyi mendekati pendengar. vp bernilai positif (+) jika pendengar mendekati sumber bunyi. vp bernilai negatif (-) jika pendengar menjauhi sumber bunyi. Agar lebih mudah dalam mengingat tanda perhatikan ilustrasi berikut: Sebuah kereta api bergerak dengan kecepatan 72 km/jam mendekati stasiun sambil membunyikan peluit yang berfrekuensi 940 Hz. Kecepatan bunyi di udara 340 m/s. Bunyi yang didengar oleh orang yang beada di stasiun berfrekuensi… Diketahui: vs = 72 km/jam = 20 m/s (sumber bunyi mendekati pendengar (-)) vp = 0 m/s (pendengar diam) fs = 940 Hz v = 340 m/s Ditanya: fp? Jawab: