Komprehensif

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehaddirat Allah SWT atas Rahmat dan
Hidayat-Nya. Sholawat dan salam semoga tetap tercurahkan kepada Nabi
Besar Muhammad SAW.
Pada kesempatan ini alhamdulillah kami dapat menyelesaikan Bahan Ajar
Gelombang Bunyi. Bahan ajar ini merupakan salah satu instrument yang
diajukan untuk memenuhi salah satu syarat nilai pada mata kuliah
komprehensif .
Pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dosen pengampu matakuliah yang telah meluangkan waktunya

membimbing kami untuk menyeylesaikan bahan pengayaan ini
2. Sahabat dan orangtua kamai yang senantiasa membantu dalam hal moral

ataupun material.
Kami menyadari bahwa tugas ini masih belum sempurna,. Kiranya tiada
lain karena keterbatasan kemampuan dan pengalaman penulis yang belum
luas dan mendalam. Oleh karena itu saran dan kritik untuk perbaikan sangat
kami harapkan
Demikianlah bahan ajar ini, penulis berharap dapat bermanfaat bagi
penulis khususnya, bagi pembaca umumnya, dalam memberikan informasi
tentang gelombang.

Makassar, Mei 2022

Penulis.

A. GELOMBANG & JENIS-JENIS GELOMBANG

Gelombang adalah suatu getaran yang merambat pada suatu medium, yang
membawa energi dari satu tempat ke tempat lainnya. Pada gelombang yang
merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium perantaranya, jika kita
ambil contoh mengenai gelombang ini kita bisa menarik contoh jika anda
berdiri di pantai dan kaki anda mulai terkena gelombang air laut, jika kita
terdorong kebelakang dan tertarik lagi ke depan itu menandakan kalau tubuh
anda itu terkena energi dari gelombang air laut, namun air launya sendiri
memang tidak berpindah, sehingga bisa disimpulkan kalau air laut yang
bergelombang itu tidak merambat dan berpindah ke pantai, apabila airnya
berpindah tempat maka laut pastinya akan kering dan daratan yang menjadi
tempat tinggal kita akan terisi penuh oleh air laut, logika yang sederhana
bukan

Sifat-sifat gelombang

Untuk memahami gelombang, sebelumnya ayo kita kenali terlebih dahulu sifat-
sifat gelombang berikut ini
a. .Pemantulan Gelombang (Refleksi)

Pemantulan gelombang adalah perubahan arah rambat gelombang ke arah
medium asalnya (dipantulkan) saat mengenai dinding penghalang.
Hukum pemantulan gelombang:
• sudut datang gelombang sama dengan sudut pantul gelombang.
• gelombang datang, gelombang pantul, dan garis normal terletak dalam

satu bidang datar
b. Pembiasan Gelombang (Refraksi)

Pembiasan gelombang diartikan sebagai pembelokan arah rambat
gelombang. Hukum pembiasan gelombang: "Perbandingan sinus sudut
datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap."
Secara umum dituliskan sebagai berikut :

sin 1 1 1
sin = 2 = 2 = 2 = 2,1

c. Interferensi Gelombang
Interferensi gelombang adalah perpaduan gelombang ketika dua atau lebih
gelombang tiba di tempat yang sama pada saat bersamaan

d. Difraksi Gelombang
Difraksi gelombang adalah pembelokan atau penyebaran gelombang jika
gelombang melalui celah

e. Polarisasi Gelombang
Polarisasi merujuk pada arah getaran gelombang yang dapat diserap.
Polarisasi gelombang terdiri dari polarisasi vertikal dan horizontal. Polarisasi
vertikal dapat kita lihat dengan menggerakkan tali dari atas ke bawah.
Sementara itu, polarisasi horizontal bisa kita amati dengan menggerakkan
tali ke kanan dan kiri.

f. Efek Doppler
Jika suatu sumber gelombang dan penerimanya bergerak relatif satu sama
lain, frekuensi yang dideteksi penerima tidak sama dengan frekuensi sumber.
Ketika keduanya bergerak saling mendekati, frekuensi yang terdeteksi akan
lebih besar daripada frekuensi sumber. Peristiwa ini disebut dengan efek
Doppler. Efek Doppler salah satunya dimanfaatkan radar polisi untuk
mengukur kelajuan mobil.

Jenis- jenis gelombang

Adapun jenis-jenis gelombang sebagai berikut :

Berdasarkan arah getar :

• Gelombang longitudinal, adalah gelombang yang arah getarnya berimpit
atau sejajar dengan arah rambatnya.

• Gelombang transfersal. adalah gelombang yang arah getarnya tegak
lurus terhadap arah rambatnya

Berdasarkan Amplitudo

• Gelombang berjalan, adalah gelombang yang memiliki amplitudo tetap
di setiap titik yang dilalui gelombang

• Gelombang diam/berdiri, adalah gelombang yang memiliki amplitudo
berubah-ubah.

Berdasarkan Zat Perantara

• Gelombang mekanik, adalah gelombanng yang memerlukan medium
dalam perambatannya.

• Gelombang elektromagnetik, adalah gelombang yang tanpa memerlukan
medium dalam perambatannya.

B. GELOMBANG STASIONER DAN GELOMBANG BERJALAN
a. Gelombang Stasioner
Gelombang stasioner atau gelombang berdiri adalah perpaduan dua
gelombang yang mempunyai frekuensi, dan amplitude yang sama besar
tetapi merambat pada arah yang berlawanan. Gelombang stasioner memiliki
ciri-ciri, yaitu terdiri atas simpul dan perut. Simpul yaitu tempat kedudukan
titik yang mempunyai amplitudo minimal (nol), sedangkan perut yaitu
tempat kedudukan titik-titik yang mempunyai amplitudo maksimum pada
gelombang tersebut. Gelombang stasioner dapat dibedakan menjadi dua,
yaitu Gelombang stasioner yang terjadi pada ujung pemantul bebas dan
gelombang stasioner yang terjadi pada ujung pemantul tetap.
1. Gelombang Stasioner pada Ujung Bebas
Coba sekali lagi lakukan kegiatan seperti di depan, akan tetapi ikatan
tali pada tiang dibuat longgar sehingga tali dapat bergerak bebas pada tiang
tersebut. Kemudian buatlah usikan pada tali itu yang menimbulkan rambatan
satu gelombang dan coba kalian perhatikan bagaimana pemantulan
gelombangnya. Hasil pengamatanmu akan sesuai dengan gambar 3.2.

Gambar 3.2 Gelombang datang dan gelombang pantul
Apabila ujung bebas telah bergetar selama t sekon, maka persamaan
gelombang datang pada titik C dinyatakan Yd = A sin (ωt - kx) dan
persamaan gelombang pantul yang sampai di titik C dinyatakan Yp = A sin

(ωt + kx). Persamaan gelombang stasioner dapat diperoleh dengan
menjumlahkan persamaan gelombang datang dan gelombang pantul yang
sampai di titik C, yaitu sebagai berikut :

= +
= sin( – ) + sin( + )
= {sin( – ) + sin( + )}
= 2 {( − ) + ( + )} {( − ) − ( + )}
= 2
atau

= 2
Jika 2A cos kx = A’ maka persamaan dapat ditulis YC = A’ sin ωt. Di
mana A’ = amplitudo gelombang stasioner pada dawai ujung bebas, yang
berarti bahwa amplitudo gelombang stasioner tergantung pada jarak suatu
titik terhadap ujung pemantul (x).

Gambar 3.3 Gelombang stasioner ujung bebas
Maka letak simpul-simpul gelombang stasioner pada ujung bebas jika
A’ = 0, A’ akan sama dengan nol jika cos kx = 0, jadi nilai kx = 1/2π,
3/2π,5/2π dan seterusnya.
Jadi secara berurutan letak-letak simpul dari ujung bebas dapat ditentukan
sebagai berikut :

Dari data tersebut letak simpul-simpul gelombang stasioner pada ujung
bebas dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

x = (2n-1)1/4λ
dimana :
x = jarak simpul dari ujung bebas
n = 1,2,3... dan seterusnya (orde simpul)
λ = panjang gelombang stasioner
Perut gelombang terjadi jika A’ mencapai harga maksimum, A’ akan
maksimum jika cos kx = 1, jadi nilai kx = 0, π, 2π, 3π, 4π dan seterusnya.
Letak kedudukan perut gelombang dari ujung bebas dapat dinyatakan
sebagai berikut :

Dari data tersebut letak kedudukan perut-perut gelombang stasioner dari
ujung bebas dapat dinyatakan dalam persamaan:

x= (n-1)1/2λ
dimana x = jarak perut gelombang dari ujung bebas

n = 1,2,3...dan seterusnya (orde perut)
2. Gelombang Stasioner pada Ujung Terikat

Coba sekali lagi lakukan kegiatan di depan, akan tetapi mengikatnya tali
pada tiang dibuat kuat sehingga tali tersebut tidak dapat bergerak.
Selanjutnya kalian buat usikan pada tali itu yang menimbulkan rambatan

satu gelombang dan coba perhatikan bagaimana pemantulan gelombangnya.
Hasil pengamatanmu akan sesuai dengan gambar 3.4.

Gambar 3.4 Gelombang datang dan gelombang pantul
Pad ujung tetap ternyata hasil pemantulan gelombang terjadi loncatan
fase sebesar sehingga gelombang yang tadinya datang berwujud bukit
gelombang dipantulkan berupa lembah gelombang. Apabila ujung bebas
telah bergetar selama t sekon maka persamaan gelombang datang pada titik
C dinyatakan Yd = A sin (ωt - kx) dan persamaan gelombang pantul yang
sampai di titik C dinyatakan Yp = A sin (ωt + kx) = - A sin (ωt + kx).
Persamaan gelombang stasioner dapat diperoleh dengan menjumlahkan
persamaan gelombang datang dan gelombang pantul yang sampai di titik C
yaitu sebagai berikut.
= +
= sin( – ) – sin( + )
= {sin( − ) − sin( + )}
= 2 cos{( − ) + ( + )} sin{( − ) − ( + )}
= 2
atau

YC = 2A sin kx cos ωt
Jika 2A sin kx = A’ maka persamaan dapat ditulis YP = A’ cos ωt, di
mana A’ = amplitudo gelombang stasioner pada dawai ujung terikat.

Gambar 3.5 Gelombang stasioner ujung terikat
Oleh karena itu, letak simpul-simpul gelombang stasioner pada ujung
terikat jika A’ = 0, A’ akan sama dengan nol jika sin kx = 0, jadi nilai kx =

0, π, 2π, 3π, 4π, dan seterusnya. Jadi secara berurutan letak-letak simpul dari
ujung terikat dapat ditentukan sebagai berikut.

Berdasarkan data tersebut letak simpul-simpul gelombang stasioner
pada ujung terikat dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut.

x= (n-1)1/2λ
dimana

x = jarak simpul gelombang dari ujung bebas
n = 1,2,3...dan seterusnya (orde simpul)
λ = panjang gelombang stasioner
Perut gelombang terjadi jika A’ mencapai harga maksimum, A’ akan
maksimum jika cos kx = 1, jadi nilai kx = 1/2π,3/2π,5/2π, dan seterusnya.
Letak kedudukan perut gelombang dari ujung terikat dapat dinyatakan
sebagai berikut :

Berdasarkan data tersebut letak kedudukan perut-perut gelombang
stasioner dari ujung terikat dinyatakan dalam persamaan :

x = (2n-1)1/4λ
dimana :
x = jarak perut dari ujung bebas
n = 1,2,3... dan seterusnya (orde perut)
λ = panjang gelombang stasioner
b. Gelombang Berjalan

Gelombang berjalan adalah gelombang yang memiliki amplitudo
tetap. Artinya, setiap titik yang dilalui gelombang amplitudonya selalu
sama besar. Seutas tali AB yang kita bentangkan mendatar (Gambar 3.1).
Ujung B diikatkan pada tiang, sedangkan ujung A kita pegang. Apabila
ujung A kita getarkan naik turun terusmenerus, maka pada tali tersebut
akan terjadi rambatan gelombang dari ujung A ke ujung B. Misalkan
amplitudo getarannya A dan gelombang merambat dengan kecepatan v
dan periode getarannya T.

Gambar 3.1 Gelombang berjalan pada tali

Misalkan titik P terletak pada tali AB berjarak x dari ujung A dan
apabila titik A telah bergetar selama t sekon, maka titik P telah bergetar
selama tP = (t- x/v), di mana (x/v) adalah waktu yang diperlukan
gelombang merambat dari A ke P. Persamaan simpangan titik P pada saat
itu dapat dinyatakan sebagai berikut :

YP = A sin ω tP
YP = A sin ω(t-x/v)= A sin (ωt-ωx/v)

dimana ω=2πf=2π/T maka persamaan tersebut dapat ditulis menjadi:

YP = A sin (ωt-2πx/Tv)= A sin (ωt-2πx/λ).
Jika 2π/λ= k,

dimana k didefinisikan sebagai bilangan gelombang maka persamaan
simpangan menjadi:

YP = A sin(ωt-kx)
Persamaan tersebut yang disebut sebagai perssamaan gelombang berjalan
yang secara umum dapat dituliskan:

YP = A sin (ωt±kx)
Dalam persamaan di atas dipakai nilai negatif (-) jika gelombang berasal
dari sebelah kiri titik P atau gelombang merambat ke kanan dan dipakai
positif (+) jika gelombang berasal dari sebelah kanan titik P atau
gelombang merambat ke kiri.

Seperti halnya pada getaran, pada gelombang pun dikenal pengertian
sudut fase, fase, dan beda fase. Oleh karena itu perhatikan lagi persamaan
gelombang berjalan berikut ini:

YP = A sin (ωt-kx) = A sin (2πt/T-2πx/λ)= A sin 2π(t/T-x/λ)
dimana θ disebut sudut fase sehingga

θP = (ωt-kx)= 2π(t/T-xλ)
Mengingat hubungan antara sudut fase (θ) dengan fase (φ) adalah θ=
2πφ, maka fase titik P adalah:

φP =(t/T-xλ)

Apabila pada tali tersebut terdapat dua buah titik, titik P yang
berjara x1 dari titik asala getaran dan titik Q yang berjarak x2 dari titik asla
getaran, maka besarnya beda fase antar titik P dan Q adalah Δφ= φP-φQ =
(t/T-x1/λ)-(t/T-x2/λ)

Δφ = (x1-x2/λ)=Δx/λ
C. GELOMBANG BUNYI

Gelombang bunyi termasuk gelombang mekanik sehingga dalam
perambatannya membutuhkan suatu medium atau perantara. Bunyi dapat
merambat melalui medium apapun, baik itu padat, cair, atau gas. Lalu
bagaimana astronot dapat berbicara diluar angkasa? Astronot untuk
berbicara diluar angkasa membutuhkan alat bantu berupa radio. Suara
terlebih dahulu diterjemahkan kedalam bentuk sinyal-sinyal radio yang
kemudian dipancarkan melalui frekuensi radio itu sehingga para astronot
dapat saling berinteraksi di luar angkasa. Agar lebih menambah
pemahamanmu kamu dapat menelusuri bagaimana cara kerja radio dalam
menyampaikan pesan didalam materi gelombang elektromagnetik

Gelombang bunyi pada dasarnya tidak berbeda dengan gelombang
lainnya. Gelombang bunyi juga memiliki komponen gelombang pada
umumnya seperti amplitudo, frekuensi, perioda, fase, panjang gelombang,
dan cepat rambat gelombang. Gelombang bunyi tergolong gelombang
longitudinal sehingga sudut antara arah getaran dan arah rambatan
gelombangnya adalah nol. Selama perambatannya gelombang longitudinal
akan membentuk pola rapatan dan regangan yang menjadi pemklasifikasian
satu gelombang longitudinal. Pada suara manusia dihasilkan dari pita suara
yang bergetar di tenggorokan. Saat udara dari dada atau perut melewati pita
suara maka akan terjadi getaran maju-mundur pada pita suara. Saat
menerima tekananan dari udara yang berasal dari dalam maka pita suara
akan menghasilkan pola rapatan, sebaliknya ketika tekanan dari dalam
mengecil maka gelombang yang dihasilkan oleh pita suara akan berupa pola
regangan. Pola ini yang kemudian berlanjut ke udara dan merambat ke
pendengar . Gelombang yang dihasilkan oleh pita suara akan merambat di
udara sebagaimana skema berikut:

Gambar 2. Ilustrasi Rambatan Bunyi
(Sumber: http://softilmu.com/2014/08/gelombang-bunyi.html?m=1)
D. KONSEP DAN PRINSIP GELOMBANG BUNYI DAN CAHAYA
DALAM TEKNOLOGI
1. Konsep Dan Prinsip Gelombang Bunyi dalam Teknologi
Berikut ini adalah pengaplikasian gelombang bunyi dalam teknologi:
a. Sound Navigation and Ranging (SONAR)

Perangkat SONAR (Sound Navigation and Ranging) merupakan
salah satu peralatan yang menerapkan prinsip gelombang bunyi.
Perangkat sonar ini bekerja dengan cara mengirimkan gelombang
bunyi kepada suatu objek yang akan dipantulkan kembali objek
yang akan dideteksi.Prinsip kerja perangkat Sonar ini sama dengan
cara kerja suatu gelombang yang merambat pada medium tertentu,
dalam hal ini medium tersebut adalah air laut. Perambatan
gelombang bunyi yang merambat pada air tawar dan pada air laut
berbeda, dikarenakan karakteristik air laut yang memiliki salinitas
dan densitas yang sangat berbeda. Dan hal ini yang menyebabkan
perambatan gelombang bunyi pada medium air laut lebih sulit karena
suatu gelombang akan lebih mudah merambat pada partikel yang
lebih kecil dan kerapatannya rendah atau jarak antar partikelnya tidak
rapat, oleh karena itu dibutuhkan gelombang yang frekuensinya lebih
tinggi untuk menambah daya jangkau gelombang bunyi. Gelombang
bunyi yang digunakan untuk pengukuran pada zona yang sulit
dijangkau adalah gelombang dengan frekuensi diatas 20.000 Hz.
Pada gelombang sebesar ini, Sonar mampu mendeteksi benda-benda
kecil di daerah jangkauannya.

Transducer memancarkan gelombang bunyi, lalu objek
memantulkannya kembali, kemudian sonar unit memroses secara
digital dan hasilnya dapat dilihat pada layar. Dalam satu detik
dipancarkan dan dimpantulkan sebuah gelombang gelombang bunyi
sebanyak 50 kali untuk mendapatkan gambar yang tepat

Namun perangkat Sonar pun memiliki kekurangan diantaranya
adalah frekuensi gelombang 20,000 Hz yang dihasilkan, hanya dapat
didengar oleh hewan laut yang memiliki indera pendengaran yang
sangat kuat seperti lumba-lumba, anjing laut dan ikan paus yang juga
berkomunikasi pada gelombang tersebut. Gelombang yang
dihasilkan Sonar ini dapat mengacaukan komunikasi antar hewan
tersebut yang menyebabkan adanya hewan laut yang terdampar
akibat gelombang Sonar.
b. Ultrasonography (USG)

Transducer bekerja sebagai pemancar dan sekaligus penerima
gelombang suara. Pulsa listrik yang dihasilkan oleh generator diubah
menjadi energi akustik oleh transducer yang dipancarkan dengan
arah tertentu pada bagian tubuh yang akan dipelajari. Sebagian akan
dipantulkan dan sebagian lagi akan merambat terus menembus
jaringan yang akan menimbulkan bermacam-macam pantulan sesuai
dengan jaringan yang dilaluinya.

Pantulan yang berasal dari

jaringan-jaringan tersebut akan

membentur transducer, dan

kemudian diubah menjadi

pulsa listrik lalu diperkuat dan

selanjutnya diperlihatkan

dalam bentuk cahaya pada layar oscilloscope.

Gambar disamping merupakan hasil dari Ultrasonography (USG)

janin yang berbeda-beda dimensinya yaitu 2D, 3D dan 4D. Setiap

dimensinya terlihat ada perbedaan, namun gambar 4D-lah yang

paling jelas atau nyata bentuk fisik janinnya.

2. Konsep Dan Prinsip Gelombang Cahaya dalam Teknologi

Berikut ini adalah pengaplikasian gelombang bunyi dalam teknologi:

a. Mesin Scanner

Mesin scanner adalah alat yang membantu komputer

mengubah gambar atau objek grafis ke dalam kode digital yang dapat

ditampilkan dan digunakan pada komputer. Mesin scanner memiliki

kemampuan untuk menerjemahkan sinyal-sinyal listrik analog ke

dalam kode-kode digital. Analog disini seperti jam tangan yang

mempunyai jarum penunjuk menit dan jam yang berputar

mengelilingi jam tersebut. Tetapi jam digital menampilkan waktu dari

satu frame ke frame waktu selanjutnya. Komputer tidak dapat

memproses data analog sehingga harus diubah dulu ke dalam kode

digital. Mesin scanner dapat dipadukan dengan suatu software

komputer untuk mengenali karakter yang discan namanya Optical

Character Recognition (OCR). Software ini dapat mengenali tulisan

seperti yang tercetak atau tertulis. Informasi tersebut dapat

dimanipulasi dengan komputer.

b. Kompor Tenaga Surya

Prinsipnya adalah mengumpulkan panas dari cahaya matahari

pada satu titik. Digunakanlah cermin cekung agar cahaya dapat

dipantulakan terpusat. Ketika cahaya terpusat, otomatis energi panas

juga menjadi terpusat.

DAFTAR PUSTAKA

Frederick J. Bueche, Ph.D.1999. Physics Handbook, Student Edition, Hartwell Bratt
Ltd., Lud: Sweden. Tipler.P, Fisika untuk Sains dan Teknik, Edisi ketiga.
Jakarta : Erlangga

Halliday, R., Resnick, R., & Walker, J. (2014). Fundamentals of Physics (10th ed.).
Ney York: Jhon Wiley & Sons.

Harding, A. H., Frost, G. A., Tan, E., Tsuchiya, A., & Mason, H. M. (2013,
NovemberDecember). The cost of hypertension-related ill-health attributable to
environmental noise. Noise & Health, LXVII(15), 437-445. doi:10.4103/1463-
1741.121253

King, George C. 2009. Vibrations and Waves. Manchester: School of Physics
andAstronomy

Serway, R., & Jewett, J. W. (2008). Physics for Scientist and Engineers with Modern
Physics. Belmont: Thomson Brooks/Cole.