Gelombang Mekanik

Salah satu materi dari ilmu fisika ialah gelombang. Gelombang ini berkaitan dengan ilmu fisika ya bukan kaitannya dengan bencana alam. Seperti tsunami dan lain-lain, hehe.

Gelombang merupakan getaran yang merambat. Getaran merambat tanpa memindahkan partikel. Namun partikel hanya bergerak di sekitar titik keseimbangan saja. Dalam ilmu fisika gelombang dibagi menjadi 2 yakni gelombang elektromagnetik dan gelombang mekanik.

Pengertian Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik ialah gelombang yang dalam perambatannya harus ada perantara atau membutuhkan media jika akan merambat. Adanya medium tersebut berguna untuk menyalurkan sejumlah energi yang digunakan dalam proses perambatannya. Contoh dari gelombang mekanik yang ada dalam kehidupan sehari-hari ialah gelombang bunyi, suara, dan gelombang laut.

Saat merambat suara membutuhkan medium atau perantara untuk menyalurkan energinya. Salah satu mediumnya ialah udara. Jika kamu sedang berbicara dan tidak ada udara, suaramu tidak akan terdengar. hal tersebut dikarenakan udara berfungsi sebagai medium yang menyalurkan energi. Salah satu buktinya ialah pada astronot yang tidak dapat mendengar apapun, kecuali menggunakan alat komunikasi.

Gelombang laut juga merupakan gelombang mekanik ketika air sebagai media rambat ombak. Fenomena lainnya ialah pada saat gempa bumi, dikatakan sebagai gelombang mekanik karena terdapat dataran yang berfungsi sebagai media rambatnya.

Jenis Gelombang Mekanik

Jenis-jenis gelombang yang ada dibagi berdasarkan arah getar dan arah rambat suatu gelombang, berikut merupakan 2 jenis gelombang mekanik.

1. Gelombang Transversal

Gelombang transversal merupakan gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatnya. Gelombang transversal arah rambatnya menuju ke kanan sedangkan untuk arah getarnya menuju ke atas. Contoh dari gelombang transversal ialah gelombang pada tali, gelombang pada gempa bumi, ombak, dan gelombang cahaya.

2. Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal merupakan salah satu gelombang yang memiliki arah getar searah atau sejajar dengan arah rambatnya. Pada gelombang longitudinal arah rambatnya menuju ke kanan sedangkan arah getarnya menuju ke kiri. Contoh dari gelombang longitudinal ialah gelombang bunyi, pegas atau slinki, dan gelombang suara.

Gelombang suara mengubah tekanan yaitu dengan merapatkan atau merenggangkan molekul-molekul yang ada di udara. Sehingga terjadi sebuah getaran ketika getaran tersebut sejajar dengan rambatanya. Biasanya gelombang longitudinal ini akan digambarkan sebagai rapatan dan renggangan.

Besaran-besaran Gelombang Mekanik

Berikut adalah beberapa besaran yang ada pada gelombang.

1. Panjang Gelombang

a. Gelombang Transversal

Gelombang transversal terdapat istilah puncak dan lembah. Panjang gelombang ialah merupakan panjang satu siklus gelombang, yakni panjang puncak dan lembah. Bisa juga panjang gelpmbang yaitu dari satu puncak ke puncak lainnya atau dari satu lembah ke lembah lainnya. Panjang gelombang dinyatakan dengan lamda (λ).

b. Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal terdapat istilah rapatan dan renggangan. Jika tadi panjang gelombang transversal merupakan panjang puncak dan lembah, panjang gelombang longitudinal ialah panjang rapatan dan renggangannya.

2. Amplitudo

Amplitudo merupakan simpangan terjauh pada suatu gelombang.

3. Periode Gelombang (T)

Waktu yang digunakan untuk melakukan sebuah getaran pada suatu gelombang. Secara matematis, periode gelombang dapat dihitung dengan rumus berikut.

Keterangan:
T = periode gelombang (s)
t = waktu (s)
n = jumlah getaran

4. Frekuensi Gelombang (f)

Frekuensi gelombang merupakan jumlah getaran yang terjadi dalam satuan waktu. Rumus dari frekuensi(f) ialah sebagai berikut

Keterangan:
f = frekuensi (Hz)
n = jumlah getaran
t = waktu (s)

5. Cepat Rambat Gelombang

Berapa jarak yang ditempuh dari suatu gelombang tiap satu sekon merupakan cepat rambat gelombang. Cepat rambat gelombang dapat dirumuskan sebagai berikut.

Adapun hubungan yang terjadi pada periode dan frekuensi, yaitu sebagai berikut.

Gelombang Berjalan

Gelombang berjalan ialah gelombang yang merambat dengan amplitudo tetap pada setiap titik yang dilaluinya. Bentuk yang dimiliki gelombang berjalan yaitu sinusoidal. Salah satu contoh dari gelombang berjalan ialah gelombang yang dihasilkan ketika kamu melempar sebuah batu ke dalam kolam air. Ada berbagai persamaan yang harus kamu ketahui pada gelombang berjalan, yaitu sebagai berikut.

1. Persamaan Simpangan

Keterangan:
y = simpangan (m)
A = amplitudo gelombang (m)
𝜔 = kecepatan sudut gelombang (rad/s)
t = lamanya gelombang bergetar (s)
k = bilangan gelombang
x = jarak titik ke sumber getar (m)
λ = panjang gelombang (m)
T = periode gelombang (s)

2. Persamaan Kecepatan

Persamaan kecepatan merupakan turunan dari persamaan simpangan, secara sistematis ialah seperti berikut.

3. Persamaan Percepatan

Persamaan percepatan merupakan turunan kedua dari persamaan simpangan, secara sistematis ialah seperti berikut.

4. Fase Gelombang

Fase gelombang merupakan sudut fase yang ditempuh tiap satu putaran. Berikut rumus dari sudut fase.

5. Sudut Fase

Sudut yang ditempuh gelombang saat bergetar dalam fungsi sinus, secara sistematis dapat dirumuskan sebagai berikut.

6. Beda Fase

Beda fase merupakan selisih antara satu fase dengan fase yang lainnya. Berikut adalah rumus dari beda fase.

Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner merupakan gelombang mekanik yang diam, yaitu gelombang yang merambat dengan amplitudo berubah pada setiap titik yang dilaluinya. Adapun penyebab yang menimbulkan adanya gelombang stasioner, yakni dua gelombang yang koheren bergerak berlawanan arah di daerah titik kesetimbangannya.

Selain itu karena gelombang mengalami pemantulan juga menyebabkan timbulnya gelombang stasioner. Gelombang stasioner terdapat amplitudo stasioner, simpangan stasioner, simpul, dan juga perut. Ada dua jenis gelombang stasioner berdasarkan ada tidaknya beda fase, yaitu sebagai berikut.

1. Gelombang stasioner ujung bebas

Gelombang yang memiliki beda fase sama dengan nol. Beda fasenya nol dikarenakan tidak mengalami pembalikan fase, sehingga besar fase gelombang yang datang dengan pantulannya sama. Persamaan dari gelombang stasioner ujung bebas ialah sebagai berikut.

Keterangan:
Yp = simpangan gelombang stasioner (m);
Ap = amplitudo gelombang stasioner (m)

Letak perut pada gelombang stasioner ujung bebas dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Sedangkan letak simpul pada gelombang stasioner ujung bebas dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

2. Gelombang Stasioner Ujung Tetap

Pada ujung tetap terjadi pembalikan fase sebesar 1/2 π, sehingga pada gelombang stasioner ujung tetap memiliki beda fase yakni sebesar φ = 1/2 π. Berikut adalah persamaan dari ujung tetap.

Letak perut pada gelombang stasioner ujung tetap dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Sedangkan letak simpul gelombang stasioner ujung tetap dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Contoh Soal Gelombang Mekanik

Sebuah gelombang memiliki frekuensi sebesar 400Hz, gelombang tersebut memiliki kecepatan 200m/s dalam perambatannya. Jika diketahui sudut fasenya 60^o maka tentukanlah jarak antara dua titik yang berbeda!

Diketahui:

f = 400 Hz
v = 300 m/s
∆θ_p = 60^o

Ditanya:

Jawab:

Tentukan panjang gelombang terlebih dahulu.

Lalu substitusikan ke dalam rumus beda fase.

Sehingga jarak antara dua titik ialah sebesar 0,083 m.