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.
JENIS-JENIS GELOMBANG
Secara umum hanya terdapat dua jenis gelombang saja, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Pembagian jenis gelombang ini didasarkan pada medium perambatan gelombang.
Gelombang Mekanik
Gelombang mekanik merupakan gelombang yang membutuhkan medium untuk berpindah tempat. Gelombang laut, gelombang tali atau gelombang bunyi termasuk dalam gelombang mekanik. Kita dapat menyaksikan gulungan gelombang laut karena gelombang menggunakan laut sebagai perantara. Kita bisa mendengarkan musik karena gelombang bunyi merambat melalui udara hingga sampai ke telinga kita. Tanpa udara kita tidak akan mendengarkan bunyi. Dalam hal ini udara berperan sebagai medium perambatan bagi gelombang bunyi.
Gelombang Transversal
Suatu gelombang dapat dikelompokkan menjadi gelombang trasnversal jika partikel-partikel mediumnya bergetar ke atas dan ke bawah dalam arah tegak lurus terhadap gerak gelombang. 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. Bentuk gelombang transversal tampak seperti gambar di bawah.
Berdasarkan gambar di atas, 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.
Gelombang Longitudinal
Selain gelombang transversal, terdapat juga gelombang longitudinal. Jika pada gelombang transversal arah getaran medium tegak lurus arah rambatan, maka pada gelombang longitudinal, arah getaran medium sejajar dengan arah rambat gelombang. Jika dirimu bingung dengan penjelasan ini, bayangkanlah getaran sebuah pegas. Perhatikan gambar di bawah…
Pada gambar di atas 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
(lihat contoh pada gambar di atas).
Salah satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara sebagai medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah rambat gelombang udara. Berbeda dengan gelombang air atau gelombang tali, gelombang bunyi tidak bisa kita lihat menggunakan mata. Dirimu suka denger musik khan ? nah, coba sentuh loudspeaker ketika dirimu sedang memutar lagu. Semakin besar volume lagu yang diputar, semakin keras loudspeaker bergetar. Kalau diperhatikan secara seksama, loudspeaker tersebut bergetar maju mundur. Dalam hal ini loudspeaker berfungsi sebagai sumber gelombang bunyi dan memancarkan gelombang bunyi (gelombang longitudinal) melalui medium udara. Mengenai gelombang bunyi selengkapnya akan dipelajari pada pokok bahasan tersendiri.
Pada pembahasan di atas, sudah gurumuda jelaskan bahwa gelombang tali merupakan contoh gelombang transversal, sedangkan contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi. Lalu bagaimana dengan gelombang air ? gelombang air bukan sepenuhnya gelombang transversal atau gelombang longitudinal. Gelombang air merupakan gabungan antara gelombang transversal dan gelombang longitudinal.
Dari penjelasan panjang lebar dan bertele-tele sebelumnya
, kita bisa menyimpulkan beberapa hal penting berkaitan dengan gelombang mekanik :
Pertama, gelombang merupakan getaran yang merambat dengan laju tertentu melalui medium tertentu. Medium yang dimaksudkan di sini bisa berupa tali, air, pegas, tanah dan sebagainya. Laju getaran yang merambat dikenal dengan julukan laju perambatan alias laju gelombang (v). Laju gelombang ditentukan oleh sifat-sifat medium yang dilalui oleh gelombang. Btw, jangan kacaukan laju gelombang dengan laju medium yang dilalui oleh gelombang.
Kedua, medium yang dilalui oleh gelombang hanya bergerak bolak balik pada posisi setimbangnya, medium tidak merambat seperti gelombang.
Ketiga, gelombang bisa terjadi jika suatu medium bergetar atau berosilasi. Suatu medium bisa bergetar atau berosilasi jika dilakukan usaha alias kerja pada medium tersebut. Dalam hal ini, ketika usaha atau kerja dilakukan pada suatu medium maka energi dipindahkan pada medium tersebut. Nah, ketika getaran merambat (getaran yang merambat disebut gelombang), energi dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain melalui medium tersebut. Gelombang tidak memindahkan materi atau medium yang dilaluinya, gelombang hanya memindahkan energi… perhatikan bahwa pembahasan kita sebelumnya berkaitan dengan gelombang mekanik. Karenanya jika disebutkan gelombang maka yang saya maksudkan adalah gelombang mekanik.
Kedua, medium yang dilalui oleh gelombang hanya bergerak bolak balik pada posisi setimbangnya, medium tidak merambat seperti gelombang.
Ketiga, gelombang bisa terjadi jika suatu medium bergetar atau berosilasi. Suatu medium bisa bergetar atau berosilasi jika dilakukan usaha alias kerja pada medium tersebut. Dalam hal ini, ketika usaha atau kerja dilakukan pada suatu medium maka energi dipindahkan pada medium tersebut. Nah, ketika getaran merambat (getaran yang merambat disebut gelombang), energi dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain melalui medium tersebut. Gelombang tidak memindahkan materi atau medium yang dilaluinya, gelombang hanya memindahkan energi… perhatikan bahwa pembahasan kita sebelumnya berkaitan dengan gelombang mekanik. Karenanya jika disebutkan gelombang maka yang saya maksudkan adalah gelombang mekanik.
Laju Gelombang
Laju gelombang transversal pada tali
Untuk menurunkan hubungan matematis antara laju gelombang dengan gaya tegangan tali dan massa per satuan panjang tali, kita tinjau sebuah pulsa yang merambat sepanjang tali. Tataplah gambar kusam di bawah dengan penuh kelembutan…
Gambar ini menunjukkan sebuah pulsa yang sedang merambat sepanjang tali. Pulsa dalam gambar tampaknya sedang dalam keadaan diam tapi maksud dari gambar di atas adalah pulsa sedang merambat dari kiri ke kanan dengan laju v. Karena pulsa sedang merambat ke kanan dengan laju v maka untuk memudahkan analisis, andaikan saja kita juga sedang bergerak ke kanan dengan laju v. Istilah kerennya kita mengamati pulsa dari sebuah kerangka acuan yang sedang bergerak ke kanan dengan laju v. Karena kita juga sedang bergerak ke kanan dengan laju v (lajunya sama dengan laju pulsa) maka pulsa dengan sendirinya diam relatif terhadap kita… pahami perlahan-lahan sambil direnungkan bingun ?
Contohnya gini… misalnya dirimu dan temanmu sedang bersepeda di jalan. Temanmu punya sepeda sendiri, dirimu juga punya sepeda sendiri… temanmu bersepeda di jalur kiri, dirimu bersepeda di jalur kanan. Arah gerakan sepeda dan laju sepedamu dan sepeda temanmu sama. Karena laju sepedamu dan laju sepeda temanmu sama maka temanmu akan tampak diam relatif terhadap dirimu, demikian juga sebaliknya dirimu akan tampak diam relatif terhadap temanmu, walaupun sepeda sedang bergerak. Sampai sini paham tidak ? Nah, pulsa yang sedang merambat dalam gambar di atas ibarat temanmu, sedangkan kita yang mengamati pulsa ibarat dirimu. Jadi kita sebagai pengamat dan pulsa sama-sama bergerak sehingga pulsa akan tampak diam relatif terhadap kita. Ini hanya bertujuan untuk mempermudah analisa kita saja, jadi biar pulsa bisa ditinjau ketika sedang diam. Masih bingun ? huft…
Karena pulsa sedang diam relatif terhadap kita maka analisa kita menjadi lebih mudah. Nah, gambar kusam di bawah merupakan perbesaran dari gambar pulsa di atas. Kita bisa mengandaikan pulsa seperti sepersekian lingkaran kecil yang memiliki jari-jari R, memiliki panjang delta S, serta percepatan sentripetal alias percepatan radial ar = v2/r.
Pada kedua ujung tali bekerja gaya tegangan tali (FT). Jika masing-masing gaya tegangan tali diuraikan ke dalam komponen horisontal dan vertikal maka komponen horisontal dari masing-masing gaya tegangan tali (FT) akan saling melenyapkan. Komponen horisontal FT atau komponen FT yang sejajar dengan sumbu x saling melenyapkan karena besarnya sama tetapi arahnya berlawanan (untuk memperjelas perhatikan gambar di bawah). Pahami perlahan-lahan.. kalo bingun pelajari dulu materi vektor (menguraikan vektor ke dalam komponen horisontal dan vertikal). Sebaliknya komponen vertikal dari gaya tegangan tali tidak saling melenyapkan. Komponen vertikal dari kedua gaya tegangan tali berarah ke pusat lingkaran dan berperan sebagai gaya sentripetal (Gaya sentripetal tuh gaya total yang arahnya menuju pusat lingkaran. Untuk kasus ini, gaya sentripetal = jumlah komponen vertikal dari kedua gaya tegangan tali).
Untuk membantu menentukan besar gaya sentripetal, tataplah gambar di bawah dengan penuh kelembutan.
Besar salah satu komponen vertikal dari gaya tegangan tali di atas :
Perhatikan bahwa terdapat dua komponen vertikal gaya tegangan tali. Dengan demikian besar gaya sentripetal :
Gambar di atas diperbesar sehingga tampak sudut yang dibentuk juga cukup besar; gambar pulsa yang sesungguhnya lebih kecil (perhatikan gambar pulsa yang merambat sepanjang tali di atas). Nah, karena ukuran pulsa kecil maka dengan sendirinya sudut yang dibentuk juga kecil. Karena sudut yang dibentuk kecil maka kita bisa menggunakan pendekatan sin ½ teta = ½ teta. Persamaan besar gaya sentripetal sebelumnya bisa ditulis lagi menjadi seperti ini :
Selain dipengaruhi oleh gaya tegangan tali, laju gelombang juga dipengaruhi oleh massa per satuan panjang tali. Secara matematis, massa per satuan panjang tali ditulis seperti ini :
Persamaan di atas kita obok2 menjadi seperti ini :
Sekarang kita terapkan Hukum II Newton untuk gerak melingkar :
Ini adalah persamaan laju gelombang transversal pada tali.
Perlu diketahui persamaan ini diturunkan dengan menganggap besar sudut (teta) kecil… persamaan ini berlaku jika tinggi pulsa lebih kecil daripada panjangnya… Jika amplitudo pulsa atau tinggi pulsa lebih besar daripada panjang tali maka pendekatan sin ½ teta = ½ teta tidak berlaku (Pendekatan ini hanya berlaku untuk sudut yang kecil). Karena pendekatan ini tidak berlaku maka dengan sendirinya persamaan laju gelombang di atas juga tidak berlaku.
Laju gelombang longitudinal pada fluida
Untuk membantu menurunkan persamaan laju gelombang longitudinal pada fluida, kita tinjau fluida dalam suatu tabung, sebagaimana tampak pada gambar di bawah.
Di dalam tabung terdapat fluida yang memiliki massa jenis dan tekanan P. Pada sisi sebelah kiri tabung terdapat piston yang mempunyai luas penampang A (piston berwarna biru).
Apabila piston didorong ke kanan secara tiba-tiba selama selang waktu yang sangat singkat (delta t), maka piston akan mendorong fluida ke kanan. Adanya gaya dorong (F) yang diberikan oleh piston menyebabkan tekanan (P) fluida di sebelah kiri tabung bertambah sebesar delta P. Btw, dirimu jangan pake bingun mengapa tekanan fluida naik. Ingat saja persamaan tekanan : P = F/A.
Ketika mendorong fluida, piston bertumbukan dengan molekul-molekul fluida di sebelah kiri tabung, molekul-molekul fluida pun ikut2an menumbuk temannya di sebelah kanan dan seterusnya sehingga muncul gangguan dalam bentuk pulsa gelombang yang menjalar ke kanan sepanjang tabung.
Kita bisa membuat penyederhanaan dengan mengganggap piston bergerak ke kanan dengan laju konstan (v’ konstan) selama selang waktu delta t. Gerakan piston berperan untuk memberikan laju v’ pada seluruh bagian fluida dari ujung piston sampai muka pulsa, karenanya laju fluida dianggap sama dengan laju piston. Jadi selama selang waktu delta t, piston bergerak sejauh s1 = (v’)(delta t), sebaliknya pulsa gelombang longitudinal bergerak sejauh s2 = (v)(delta t).
Persamaan laju pulsa gelombang longitudinal pada fluida bisa diturunkan dengan meninjau hubungan antara perubahan momentum fluida dan impuls yang bekerja pada fluida. Masih ingat impuls dan momentum ? kalo dah lupa, sebaiknya segera meluncur ke TKP Secara matematis, hubungan antara impuls dan perubahan momentum ditulis seperti ini :
Impuls = gaya yang bekerja selama selang waktu yang sangat singkat. Impuls bekerja pada fluida akibat adanya perubahan tekanan fluida selama selang waktu delta t. Secara matematis ditulis seperti ini :
Pada mulanya fluida diam. Setelah piston bergerak ke kanan dengan laju konstan v’, fluida yang pada mulanya diam mulai bergerak ke kanan dengan laju konstan v’. Karena laju fluida berubah maka momentum fluida tentu saja berubah. Perubahan momentum fluida, secara matematis ditulis seperti ini :
m adalah massa fluida yang bergerak, sedangkan v’ adalah laju fluida yang bergerak…
Kita masukan persamaan ini ke dalam persamaan a :
Sekarang kita gabungkan persamaan Impuls (persamaan 1) dan persamaan perubahan momentum (persamaan 2) :
Perubahan tekanan fluida terjadi akibat adanya penurunan volume fluida. Jadi kita bisa mengaitkan perubahan tekanan fluida dengan modulus limbak alias bulk modulus (B) duh, istilah apalagi ini..Modulus limbak tuh sejenis bunga bangkai piss… modulus limbak tuh perbandingan tekanan terhadap fraksi penurunan volume. Secara metamatis ditulis seperti ini :
Kita gabung persamaan 4 dengan persamaan 3 :
Persamaan ini yang bikin sebel… Ini adalah persamaan laju pulsa gelombang longitudinal ketika bergentayangan dari suatu tempat ke tempat lain melalui fluida.
Sumber :
www.docstoc.com/.../GELOMBANG-ELEKTROMAGNETIK-(GEM)
www.gurumuda.com/pengertian-dan-jenis-jenis-
www.slideshare.net/.../gelombang-elektromagnetik gelombang
