GETARAN,GELOMBANG DAN BUNYI

GETARAN, GELOMBANG DAN BUNYI

1.     Getaran 

a.      Pengertian getaran

        Getaran adalah:gerak bolak-balik benda  secara teratur melalui titik keseimbangan.Salah
         satu ciri getaran adalah adanya mplitude ( simpang terbesar suatu getaran ).

Untuk memahami lebih lanjut mengenai getaran, mari kita perhatikan uraian berikut! Jika kamu pernah berada di stasiun kereta api, ketika kereta api datang atau lewat, kamu akan merasakan tanah yang kamu injak terasa bergetar. Getaran juga terjadi pada kaca-kaca jendela rumah ketika terjadi guntur yang kuat. Bunyi yang disebabkan guntur tersebut mampu menggetarkan benda-benda seperti kaca jendela. Bahkan getaran sangat kuat yang terjadi dari ledakan sebuah bom mampu merobohkan gedung-gedung. Contoh lain peristiwa getaran yang sering kita lihat adalah getaran pada bandul jam dinding. Contoh-contoh di atas merupakan contoh-contoh getaran.

Ketika batu ditarik ke titik A dan dilepaskan, batu akan berayun seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Batu akan berayun melewati lintasan A – B – C – B – A. Dalam hal ini, batu dikatakan bergetar. Batu akan terus berayun melewati lintasan yang sama. Jika batu berada di posisi A, batu akan bergerak ke menuju B, dilanjutkan ke titik C. Ketika di titik B dan dilanjutkan ke titik A, begitu seterusnya. Semakin lama, simpangan AB atau BC akan semakin kecil sehingga akhirnya berhenti. Dari kegiatan tersebut, getaran dapat didefinisikan sebagai gerak bolak-balik di sekitar titik kesetimbangan. Dalam hal ini, titik kesetimbangannya adalah B. Titik kesetimbangan pada kegiatan tersebut adalah titik di mana pada titik tersebut benda tidak mengalami gaya luar atau dalam keadaan diam. Lintasan A – B – C – B – A adalah lintasan yang ditempuh oleh satu getaran. Jika kamu menetapkan titik B sebagai titik awal lintasan, maka B – C – B – A – B disebut satu getaran. Pada kegiatan di atas, terlihat sebuah getaran terjadi pada batu yang diikat dengan tali dan diayunkan. Batu tersebut sering dikatakan sebagai ayunan sederhana. Getaran juga dapat kamu lihat pada pegas yang diberi beban, kemudian diberi simpangan dan dibiarkan bergerak bolak-balik di sekitar titik kesetimbangannya. Mistar plastik yang salah satu ujungnya ditahan tetap dan ujung yang lain diberi simpangan akan bergetar pula. Setiap benda yang melakukan gerak bolakbalik di sekitar titik kesetimbangannya dikatakan bergetar.

              1. Amplitudo

Pada Kegiatan 1, ketika kamu memberi simpangan pada bandul di titik A, kemudian melepaskan batu, batu akan bergerak menuju titik B, C, B, kemudian kembali ke titik A di sebut satu getaran. Kamu dapat melihat bahwa simpangan tidak pernah melebihi titik A dan titik C. Kedudukan batu setiap saat berubah-ubah. Dengan demikian simpangannya pun berubah pula. Pada saat batu berada di titik A atau C, simpangannya merupakan simpangan maksimum, sedangkan pada saat batu berada di titik kesetimbangan yaitu titik B, simpangannya minimum yaitu sama dengan nol. Amplitudo didefinisikan sebagai simpangan getaran paling besar. Pada kegiatan ini amplitudo getaran yaitu BA atau BC.  Benda dapat bergerak dari titik A ke titik C melewati titik B disebabkan batu mempunyai  berat dan ditarik oleh gaya gravitasi Bumi. Gaya gravitasi Bumi ini bekerja pada batu di setiap posisi berarah ke bawah. Dengan demikian, dalam pergerakannya benda akan mengalami hambatan dari gaya gravitasi ini. Hambatan ini akhirnya akan mampu menghentikan getaran bandul sehingga bandul berada dalam titik kesetimbangan di titik 

 

2. Periode dan frekuensi getaran

Setiap benda yang bergetar selalu memiliki frekuensi dan periode getar. Apakah yang  di maksud dengan frekuensi getaran? Dan apakah yang di maksud dengan periode getaran? Bagaimana hubungan antara frekuensi dan periode getaran?

Periode adalah waktu yang di perlukan benda untuk melakukan satu kali getaran.Periode dinyatakan dalam satuan sekon.

Periode dapat di nyatakan dalam rumus matematika sebagai berikut.

Periode getaran (T)= waktu getar /Jumlah getaran (n)

        Ferkuensi adalah jumlah getran dalam satu sekon. Satuan ferkuensi adalh hertz (Hz)                                                                Frekuensi dapat dinyatakan dalam satuaan matematika sebagai berikut:

Frekuensi (f) = Jumlah getaran / Waktu getaran (t)

        Hubungan antara frekuensi da periode dinyatakan sebagai berikut:

F= 1/T

T =1/f

         Keterangan : f= ferekuensi         T=periode

 2.     Gelombang

a.      Pengertian gelombang

Gelombang adalah getran yang merambat. Gelombang terjadi karna adanya sumber getaran. Pada perambatanya gelombang merambatkan energy gelombang,sedangakan perantaranya tidak ikut merambat.

                    b.      Macam-macam gelombang

                   Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dibedakan menjadi dua
                   kelompok, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

a. Gelombang Mekanik

Gelombang air, gelombang bunyi, gelombang tali, dan gelombang pada slinki merupakan contoh-contoh gelombang mekanik. Gelombang-gelombang ini memerlukan medium untuk dapat merambatkan gelombang. Air, udara, tali, slinki adalah medium yang digunakan untuk merambatkan gelombang air, gelombang bunyi, gelombang tali, dan gelombang pada slinki. Gelombang-gelombang ini ditimbulkan oleh adanya getaran mekanik. Oleh karena itu, gelombang-gelombang tersebut dikelompokkan ke dalam gelombang mekanik. Umumnya, gelombang mekanik seperti contoh tersebut dapat diamati dengan mata telanjang.

b. Gelombang Elektromagnetik

Tahukah kamu gelombang TV dan gelombang radio dapat merambat? Sebagai contoh, kamu dapat melihat pertandingan bola di Italia secara langsung padahal jarak rumahmu ke negara tersebut sangat jauh. Kamu dapat melihat acara TV karena adanya gelombang elektromagnetik. Siaran pertandingan bola di Italia dipancarkan ke satelit bumi dan oleh satelit bumi ini dipancarkan kembali ke bumi. Televisimu dapat menangkap gelombang ini dan mengubahnya menjadi gambar dan suara. Bagaimana gelombang elektromagnetik dapat merambat di luar angkasa ketika menuju satelit bumi padahal di luar angkasa merupakan ruangan hampa. Gelombang elektromagnetik dapat merambat meskipun tidak terdapat medium untuk menjalarkan gelombangnya. Contoh lain, gelombang sinar Matahari dapat sampai ke bumi meskipun antara Matahari dan bumi tidak terdapat medium untuk menjalarkan gelombang. Gelombang yang dapat merambat tanpa membutuhkan medium disebut gelombang elektromagnetik

menurut arah rambat dan arah getarannya

1.      Gelombang transversal

adalah gelombang yang arah rambatanya tegak lurus terhadap arah getaranya. Gelombang transversal berbentuk bukit gelombang dan lembah gelombang yang merambat. Contoh gelombang pada tali, permukaan air dan gelombang cahaya.

Gambar gelombang transversal :

                                                                   

Panjang gelombang pada gelombang transversal

Panjang gelombang adalah panjang suatu gelombang yang terdiri dari satu bukit dan satu lembah gelombang.panjang gelombang di lambangkan dengan lamda (   )dan satuanya adalah meter

2.      Gelombang longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya. Gelombang longitudinal berbentuk rapatan dan renggangan. Contohnya gelombang bunyi.

Gambar gelombang longitudinal :

 

Panjang gelombang longitudinal 

Panjang gelombang lkongitudinal adalahpanjang satu gelombang yang terdiri dari satu rapatan dan satu renggangan.

         Periode gelombang (T)

Yaitu  waktu yang di prlukan untuk menempuh satu gelombang,satuanya adalah sekon (s)

         Frekuensi gelombang((f)

Yaitu jumlah gelombang yang terbentuk dalam satu detik,satuanya adalah Hz (hertz)

         Cepatrambat gelombang (v)

Yaitu jarak yang di tempuh gelombang dalam waktu satu detik ,satuanya adalah meter/detik (m/s)

         Hubungan antara pajang gelombang,periode,frekuensi, dan cepat rambat gelomabang.

         Rumus dasar gelombang adalah:  λ = vT atau v =  λ/T Dan f = 1/T maka  v = λ f

v              = cepat rambat gelombang (m/s)

λ              = panjang gelombang (m)

T             = periode (s)

f               = frekuensi (Hz)

·         Menurut amplitudo dan fasenya :
1.  gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya sama di setiap titik yang dilalui gelombng.
2.  gelombng diam (stasioner) adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya berubah (tidak sama) di setiap titik yang dilalui gelombang.

·         Menurut medium perantaranya :
1. .  gelombang mekanik adalah gelombang yang didalam perambatannya memerlukan medium perantara. Hampir semua gelombang merupakan gelombang mekanik.
2.  Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang didalam perambatannya tidak memerlukan medium perantara. Contoh : sinar gamma (γ), sinar X, sinar ultra violet, cahaya tampak, infra merah, gelombang radar, gelombang TV, gelombang radio.

1. Sifat-Sifat Gelombang
   

Untuk gelombang mekanik maupun gelombang elektromagnetik, mempunyai 4 (empat) sifat dasar, di antaranya adalah pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pembelokan (difraksi), dan penggabungan (interferensi).

Pemantulan (refleksi) Gelombang dapat diamati pada gambar 2.2.

Pada peristiwa pemantulan:

• Sinar datang (AO), yaitu garis yang tegak lurus dengan muka gelombang datang.
  
• Sinar pantul (OB), yaitu garis yang tegak lurus dengan muka gelombang pantul.
  
• Garis Normal (NO) yaitu garis yang tegak lurus dengan bidang datar.
  
• Sudut datang (i), adalah sudut yang dibentuk oleh sinar datang (AO) dengan garis normal (NO).
  
• Sudut pantul (r), adalah sudut yang dibentuk oleh sinar pantul (OB) dengan garis normal (NO).
  
  Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r): ini adalah pernyataan hukum pemantulan gelombang. Berlaku untuk semua jenis gelombang.
  

1. Pembiasan (refraksi) Gelombang
   

Cepat rambat gelombang dalam satu medium adalah tetap. Dan frekwensi suatu gelombang adalah tetap, sehingga panjang gelombang λadalah tetap juga. Cepat rambat gelombang dalam suatu medium yang berbeda tidak sama.

………………………………………….. (2.18)

Panjang gelombang pada tempat yang lebih dalam dari permukaan adalah lebih besar dibanding dengan panjang gelombang pada daerah yang dangkal (lihat ilustrasi pada gambar berikut:

Gambar 2.3 Panjang gelombang terhadap kedalaman

Pada kedalaman d1 ( d1 > d2) maka λ1 lebih besar dari λ2. Perubahan panjang gelombang menyebabkan pembelokan

Gambar 2.4. Pembiasan Gelombang

Sinar datang dari tempat yang dalam ke tempat yang dangkal sinar akan dibiaskan mendekati garis normal ( r < i), sedang untuk sinar yang datang dari tempat yang dangkal menuju tepat yang dalam sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal ( r > i).

…………………………………(2.19)

Indek bias ruang hampa ( = udara) = 1.

Jika medium 1 adalah udara, dimana cepat rambat gelombang diudara adalah c dengan panjang gelombang λ₀. Dan untuk medium 2, jika cepat rambat gelombang adalah v dan panjang gelombangnya λ, maka persamaan (2.19) menjadi:

………………………………..(2.20)

1. Pembelokan (difraksi) Gelombang
   

Gelombang lurus akan merambat keseluruh medium dalam bentuk secara lurus juga. Jika gelombang dilewatkan penghalang/ rintangan berupa celah sempit maka gelombang yang datang akan dibelokan setelah melewati celah tersebut. Pembelokan gelombang karena adanya penghalang berupa celah sempit disebut difraksi gelombang.

Gambar 2. 5 Difraksi Gelombang oleh celah sempit

1. Penggabungan (interferensi) Gelombang
   

Dua gelombang yang bertemu pada suatu titik akan mengalami interferensi. Interferensi destruksi maksimum (saling meniadakan) terjadi jika kedua gelombang yang bertemu fasenya berlawanan. Interferensi konstruktif maksimum (saling memperkuat) terjadi jika kedua gelombang tersebut memiliki fase yang sama.

Gambar 2.6 Interferensi gelombang

(a) Interferensi konstruktif

(b) Interferensi destruktif

Dua titik pada gelombang sefase jika jarak pisahnya (x) sama dengan kelipatan bulat dari satu panjang gelombang: x = nλ. Dan berlawanan fase jika jarak pisahnya sama dengan kelipatan ganjil dari setengah panjang gelombang.

x = (2n-1)λ untuk n = 1,2,3, … ………………….(2.21) 

 

6. 6.  Pemanfaatan Gelombang dalam Kehidupan Sehari-hari

Banyak sekali pemanfaatan gelombang dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya kamu dapat menonton berbagai acara televisi yang ditransmisikan dengan gelombang elektromagnetik. Tanpa pengetahuan tentang gelombang, manusia tidak mungkin mampu membuat alat yang dapat memancarkan dan menerima siaran televisi. Manusia juga dapat meramalkan cuaca dengan menggunakan satelit untuk mengumpulkan informasi dari atmosfer Bumi juga menggunakan teknologi gelombang. Berikut adalah aplikasi gelombang dalam kehidupan sehari-hari.

a. Satelit Buatan

Satelit buatan adalah seperangkat alat elektronik yang diorbitkan pada orbit tertentu di luar angkasa. Satelit buatan ini mengorbit mengelilingi bumi seperti halnya bulan. Satelit digunakan manusia khususnya dalam bidang telekomunikasi dan meteorologi. Dalam bidang telekomunikasi yaitu digunakan untuk menerima dan menyebarkan gelombang televisi dari suatu tempat di bumi kemudian menyebarkannya ke bagian bumi lain sehingga informasi dapat disampaikan saat itu juga. Misalkan, kamu melihat tayangan sepak bola liga Italia secara langsung. Rekaman pertandingan tersebut diubah menjadi gelombang elektromagnetik dan dipancarkan. Gelombang ini diterima oleh satelit dan disebarkan kembali ke bumi sehingga belahan bumi lain dapat menerima gelombang ini. Di belahan bumi tersebut gelombang elektromagnetik ini diubah kembali menjadi bentuk gambar dan suara.

b. Sel Surya

Sel surya digunakan manusia untuk menampung gelombang sinar Matahari sehingga manusia memperoleh bentuk energi baru. Kamu pasti telah mengetahui bahwa sinar Matahari juga merupakan gelombang. Sinar Matahari ini dapat digunakan sebagai sumber energi baru, misalnya pembangkit listrik, digunakan untuk mobil bertenaga surya, bahkan digunakan sebagai sumber energi pesawat bertenaga surya. Para ahli telah banyak yang meneliti pemanfaatan energi Matahari ini. Bahkan telah dibuat mobil-mobil tenaga surya yang menggunakan energi Matahari untuk menggerakkannya.

c. Sonar

Sebagian wilayah negara Indonesia adalah laut. Tidak heran jika Indonesia kaya akan ikan. Selain di pantai, ikan ditangkap para nelayan di perairan yang jauh dari pantai menggunakan kapal. Tidak setiap daerah di laut dihuni oleh ikan. Ada beberapa bagian laut yang banyak ikannya dan ada bagian laut yang sedikit ikannya. Bagaimana caranya supaya penangkapan ikan di laut menjadi efektif? Kapal-kapal laut biasanya menggunakan sonar untuk menemukan daerah di laut yang banyak ikannya. Prinsip kerja sonar ini berdasarkan pada konsep pemantulan gelombang. Dari permukaan, gelombang bunyi dijalarkan ke dalam laut. Gelombang suara ini menyebar ke kedalaman laut. Jika sebelum tiba di dasar laut, gelombang suara ini mengenai gerombolan ikan, gelombang suara ini sebagian akan dipantulkan kembali ke permukaan. Gelombang pantul ini akan diterima oleh alat dan langsung digambarkan dalam monitor. Nelayan dapat melihat gerombolan ikan di bawah kapal mereka. Dengan demikian, nelayan dapat menurunkan jaringnya untuk menangkap ikan-ikan tersebut. Penggunaan sonar ini akan lebih menguntungkan dan membuat suatu pelayaran akan lebih efektif.

3.     Bunyi

a.      Pengertian bunyi

bunyi adalah sesuatu yang dihasilkan dari benda yang bergetar. Benda yang menghasilkan bunyi disebut sumber bunyi. Sumber bunyi yang bergetar akan menggetarkan molekul-molekul udara yang ada disekitarnya. Dengan demikian, syarat terjadinya bunyi adalah adanya benda yang bergetar. Perambatan bunyi memerlukan medium. Kita dapat mendengar bunyi jika ada medium yang dapat merambatkan bunyi

b.      Syarat bunyi

1.       ada benda yang bergetar (sumber bunyi)

2.       ada medium yang merambatkan bunyi, dan

3.       ada penerima yang berada di dalam jangkauan sumber bunyi

Bunyi memiliki cepat rambat yang terbatas. Bunyi memerlukan waktu untuk berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Cepat rambat bunyi sebenarnya tidak terlampau besar. Cepat rambat bunyi jauh lebih kecil dibandingkan denga cepat rambat cahaya. Bahkan sekarang orang telah mampu membuat pesawat yang dapat terbang beberapa kali daripada cepat rambat bunyi. Cepat rambat bunyi sering dirumuskan sebagai berikut:

v = s / t 

v = cepat rambat bunyi (m/s), s = jarak sumber ke pengamat (m), t = selang waktu (s)

c.       Sifat bunyi

1. Merupakan gelombang longitudinal
2. Tidak bisa merambat pada ruang hampa
3. Kecepatan rambatnya dipengaruhi oleh kerapatan medium perambatannya (padat, cair, gas). Paling cepat pada medium yang kerapatannya tinggi.
4. Dapat mengalami resonansi dan pemantulan.

Bunyi dapat mengalami resonansi. Apa itu resonansi? Pengertian resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda akibat getaran benda lain, karena frekuensinya sama. Bunyi dapat mengalami pemantulan, proses pemantulan bunyi dimanfaatkan pada:

• Penentuan cepat rambat bunyi
• Pendeteksian cacat dan retak pada pipa logam
• Survei geofisika
• Pengukuran ketebalan pelat logam
• Pengukuran kedalaman tempat.

d.      jenisbunyi

1. Bunyi infrasonik: yaitu bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz, dan dapat didengar oleh anjing, jangkrik, angsa, dan kuda.
2. Bunyi audiosonik, yaitu bunyi yang frekuensinya berada antra 20 Hz-20.000 Hz dan dapat didengar manusia.
3. Bunyi untrasonik, yaitu bunyi yang frekuensinya lebih dari 20.000 Hz, dapat didengar oleh kelelawar dan lumba-lumba.
4. Nada, yaitu bunyi yang frekuensinya beraturan.
5. Desah, yaitu bunyi yang frekuensinya tidak teratur.
6. Gaung atau kerdam, yaitu bunyi pantul yang sebagian datang bersamaan dengan bunyi asli, sehingga menggangu bunyi asli.
7. Gema yaitu, bunyi pantul yang datang setelah bunyi asli, sehingga memperkuat bunyi asli.