Gelombang

Pada saat kamu memukul panci di dekat plastik yang diatasnya ditaruh segenggam beras, maka beras akan bergetar. Mengapa hal itu dapat terjadi? Ternyata, energi getaran yang dihasilkan dari pukulan panci akan merambat sehingga menyebabkan plastik ikut bergerak. Dalam bentuk apa energi getaran itu merambat?

Energi getaran akan merambat dalam bentuk gelombang. Pada perambatan gelombang yang merambat adalah energi, sedangkan zat perantaranya tidak ikut merambat (hanya ikut bergetar). Seperti pada saat kita mendengar getaran akan merambat dalam bentuk gelombang yang membawa sejumlah energi, sehingga sampai ke saraf yang menghubungkan ke otak kita.

Berdasarkan energinya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Perambatan gelombang mekanik memerlukan medium, misal gelombang tali, gelombang air, dan gelombang bunyi. Perambatan gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium, misal gelombang radio, gelombang cahaya, dan gelombang radar.

Pada saat menggetarkan tali, gelombang akan merambat pada tali ke arah temanmu, tetapi karet gelang yang diikatkan tidak ikut merambat bersama gelombang. Demikian pula dengan tali juga tidak ikut merambat. Jadi hal tersebut membuktikan bahwa gelombang merambat hanya menghantarkan energi, medium perambatannya tidak ikut bergetar. Berdasarkan arah rambat dan arah getarannya, gelombang dibedakan menjadi gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

1) Gelombang Transversal

Ketika tali diberi simpangan, tali akan bergetar dengan arah getaran ke atas dan ke bawah. Pada tali, gelombang merambat tegak lurus dengan arah getarnya. Bentukan seperti ini disebut gelombang transversal. Contoh lain gelombang transversal ada pada permukaan air dan gelombang cahaya. Panjang gelombang transversal sama dengan jarak satu bukit gelombang dan satu lembah gelombang (a-b-c-d-e pada Gambar 9.8). Panjang satu gelombang dilambangkan dengan λ (dibaca lamda) dengan satuan meter. Simpangan terbesar dari gelombang itu disebut amplitudo (bb’ atau dd’ pada Gambar 9.8). Dasar gelombang terletak pada titik terendah gelombang, yaitu d dan h, dan puncak gelombang terletak pada titik tertinggi yaitu b dan f. Lengkungan c-d-e dan g-h-i merupakan lembah

gelombang. Lengkungan a-b-c dan e-f-g merupakan bukit gelombang.

Gambar 9.8 Grafik simpangan terhadap arah rambat

Waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang disebut periode gelombang, satuannya sekon (s) dan dilambangkan dengan T. Jumlah gelombang yang terbentuk dalam 1 sekon disebut frekuensi gelombang. Lambang untuk frekuensi adalah f dan satuannya Hertz (Hz). Gelombang yang merambat dari ujung satu ke ujung yang lain memiliki kecepatan tertentu, dengan menempuh jarak tertentu dalam waktu tertentu pula.

2) Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal dapat kamu amati pada slinki atau pegas yang diletakkan di atas lantai. Ketika slinki digerakkan maju-mundur secara terus-menerus, akan terjadi gelombang yang merambat pada slinki dan membentuk pola rapatan dan regangan. Gelombang longitudinal memiliki arah rambat yang sejajar dengan arah getarannya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi. Satu gelombang longitudinal terdiri atas satu rapatan dan satu regangan seperti pada Gambar 9.9.

Gambar 9.9 Rapatan dan regangan pada gelombang longitudinal

Seperti halnya pada gelombang transversal, waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang pada gelombang longitudinal disebut periode gelombang dengan satuan sekon (s) dan dilambangkan dengan T. Jumlah gelombang yang terbentuk dalam 1 sekon disebut frekuensi gelombang. Lambang untuk frekuensi adalah f dengan satuannya hertz (Hz).

Bagaimana hubungan antara panjang gelombang, frekuensi, cepat rambat, dan periode gelombang? Mari pelajari bahasan berikut. Gelombang yang merambat dari ujung satu ke ujung yang lain memiliki kecepatan tertentu, dengan menempuh jarak tertentu dalam waktu tertentu pula.

3) Hubungan antara Panjang Gelombang, Frekuensi, Cepat Rambat, dan Periode Gelombang

Pernahkah kamu memperhatikan cahaya kilat dan bunyi guntur? Kamu akan mendengar bunyi guntur beberapa saat setelah cahaya kilat terlihat. Walaupun guntur dan cahaya kilat muncul dalam waktu yang bersamaan, kamu akan melihat cahaya kilat lebih dahulu karena cahaya merambat jauh lebih cepat daripada bunyi. Cahaya merambat dengan kecepatan 3 x 108 ms-1, sedangkan bunyi hanya merambat dengan kecepatan 300 ms-1. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v, dengan satuan ms-1. Kecepatan adalah perpindahan dibagi waktu, atau dapat dirumuskan sebagai berikut. 

Jika gelombang itu menempuh jarak satu panjang gelombang (λ), maka waktu tempuhnya adalah periode gelombang itu (T), sehingga rumus di atas dapat ditulis

v = λ / t

Karena T= 1/f, dengan mengganti T pada rumus kecepatan itu, maka cepat rambat gelombang dapat dirumuskan sebagai berikut.

v = f x λ

dimana:

f = Frekuensi

λ = Panjang Gelombang

Bagaimana jika kamu membuat gelombang tali dengan frekuensi yang berbeda? Kamu akan menemukan jika frekuensi gelombang tali diperbesar, maka panjang gelombangnya mengecil. Mengapa? Dalam medium yang sama, cepat rambat gelombang adalah tetap. Misalnya cepat rambat gelombang pada tali adalah 12 m/s, dengan frekuensi gelombang 4 Hz, maka panjang gelombangnya adalah 3 m (12/4 = 3 m). Namun jika frekuensi diperbesar menjadi 6 Hz, maka panjang gelombangnya menjadi 2 m (12/6 = 2 m). Apa yang terjadi jika frekuensi gelombangnya diperkecil? Misalnya menjadi 2 Hz, berapakah panjang gelombangnya sekarang?

Contoh Soal

Permukaan air merambat dengan panjang gelombang 2 m. Jika waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang adalah 0,5 s, tentukan:

a. cepat rambat gelombang,

b. frekuensi gelombang.

Penyelesaian:

Diketahui : perambatan gelombang pada air

λ = 2 m

T= 0,5 s

Ditanya : a. Cepat rambat gelombang (v)?

b. Frekuensi (f)?

Jawab :

a. v = λ / T = 2 m / 0,5 s = 4 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang air adalah 4 m/s

b. f = 1 / T = 1 / 0,5 = 2 Hz

Jadi, frekuensi gelombang air adalah 2 Hz

4) Pemantulan Gelombang

Pada waktu kamu berteriak di lapangan, kamu akan mendengar suaramu kembali setelah beberapa saat. Hal ini membuktikan bahwa bunyi dapat dipantulkan. 

 

Gambar 9.10 Gelombang pada air (kiri) dan gelombang pada tali (kanan)

Pemantulan gelombang adalah peristiwa membaliknya gelombang setelah mengenai penghalang. Seperti gelombang tali pada gambar 9.10, gelombang yang mencapai ujung akan memberikan gaya ke atas pada penopang yang ada di ujung, sehingga penopang memberikan gaya yang sama tetapi berlawanan arah ke bawah pada tali. Gaya ke bawah pada tali inilah yang membangkitkan gelombang pantulan yang terbalik.