Getaran dan Gelombang

A. GETARAN

Berikut akan kita jelaskan pengertian, periode, frekuensi, dan amplitudo getaran.

1. Pengertian Getaran

Pernahkah kamu berusaha menggetar sebuah benda ? Misalnya, memukul-mukul kentongan atau meja. Setelah memukul-mukul benda tersebut, kamu merasakan adanya getaran lewat telapak tanganmu. Hal ini berlangsung sesaat saja. Jika ingin benda tersebut bergetar terus, kamu harus memukul-mukul lagi bendanya.

Cara memukul atau memberi usikan merupakan bentuk lain bahwa kamu sedang memberikan gaya pada suatu benda. Kamu telah ketahui bahwa selama ini gaya memberi efek pada benda untuk bergerak. Selain bergerak, ternyata efek gaya pada benda juga memberi efek getar.

Getaran merupakan gerak bolak-balik  suatu benda di sekitar titik tertentu (setimbang). Kita cukup sulit melihat gerak bolak- balik ini pada sebuah benda yang bergetar cepat. Ketika memukul drum, melalui kamera berkecepatan tinggi, kita akan melihat bahwa lapisan seperkian sekon. Pada beberapa benda, gerakan bolak-balik dapat berupa gerak ke kiri dan ke kanan.

Untuk membahas getaran ini menjadi lebih mudah, kita akan membahas gerak bolak-balik pada benda yang bergetar relatif lambat, seperti usikan pada mistar dan bandul sederhana.

2. Periode Getaran

Ketika kamu melepaskan beban pada bandul di titik A, terjadi  sebuah ayunan(getaran) yang melewati titik B dan C, dan akhirnya kembali ke titik A. Peristiwa ini disebut satu getaran. Adapun waktu yang diperlukan benda untuk melakukan satu getaran disebut periode getaran. Satu periode adalah Waktu untuk bergerak dari posisi A ke B ke C ke B dan akhirnya kembali ke A atau sering dituliskan A-B-C-B-A. Satuan periode dalam Si dinyatakan dengan sekon (s).

Bagaimana jika simpangan untuk mengayunkan bandul diperbesar  ? Ketika simpangan diperbesar  maka simpangan ke titik setimbang dan ke titik simpangan maksimum di sisi lain akan lebih besar. Dengan demikian, dibutuhkan waktu yang lebih lama sehingga periode akan ikut berubah. Namun, untuk getaran yang harmonik, perubahan simpangan atau amplitudo tidak mengubah periode bandul. Pada pembahasan kali ini,semua getaran dianggap  harmonik. Periode bandul akan berubah jika panjang tali dan massa beban diubah. 

3. Frekuensi Getaran

Frekuensi getaran adalah banyak ya getaran yang terjadi tiap satuan waktu. Satuan frekuensi dalam SI dinyatakan dengan hertz (Hz).

Pada setiap getaran, banyaknya getaran yang terjadi berhubungan dengan waktu getaran yang diperlukan untuk melakukan satu getaran. Semakin banyaknya getaran dalam satu sekon (frekuensi),  semakin kecil waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran (periode). Hubungan antara frekuensi dan periode dinyatakan sebagai berikut.

       f = 1/ T

Keterangan:

f = frekuensi getaran (Hz)

T= periode getaran (s)

4. Amplitudo Getaran 

Simpangan terjauh yang dicapai getaran disebut amplitudo getaran (A). Satuan amplitudo dalam SI dinyatakan dengan meter.

B.GELOMBANG

Gelombang ada yang gelombang tali dan gelombang slinki. Dua macam gelombang tersebut kedua ya merambat melalui medium yang berupa partikel tali atau partikel slinki. Gelombang yang dapat merambat tanpa medium yang dikenal sebagai gelombang elektromagnetik. Cahaya merupakan contoh gelombang elektromagnetik.

1. Tambatan Getaran,Gelombang, dan Jenis Gelombang

Gelombang terjadi karena adanya energi, yaitu energi yang diberikan oleh tangan pada partikel tali dipindahkan dari ujung kiri tali sampai ujung kanan tali. Gerak naik- turun ( bolak-balik) pada ujung kiri tali merupakan sebuah bentuk getaran. Dengan demikian, getaran adalah sumber gelombang.

Karet gelang yang tergantung pada tali tidak ikut bergerak ke kanan. Berarti partikel karet tidak ikut bergerak. Energi tersebut berpindah melalui partikel tali, tanpa membawa partikel tersebut  bersamanya.  Hal ini menyebabkan getaran bergerak ke kanan. Dengan demikian, gelombang merupakan getaran yang merambat tanpa membawa partikel medium bersamanya.

Suatu lonjakan gelombang dibentuk dengan tangan yang digerakkan ke atas-bawah (naik-turun) ujung tali secara cepat. Ketika tangan menarik satu ujung tali ke atas, maka potongan tali ini juga merasakan gaya ke atas. Karena potongan tali yang ada diujung bersambungan dengan potongan tali berikutnya, akhirnya tali ini mulai bergerak ke atas juga.

Sementara setiap potongan tali berikutnya bergerak ke atas, ujung sudah dikembalikan ke posisi semula dengan tangan yang bergerak ke bawah. Sementara itu setiap potongan tali selanjutnya mencapai posisi puncaknya, tali tersebut ditarik lagi ke bawah oleh potongan tali sebelahnya (sebelumnya).

Gelombang yang arah rambatnya tegak lurus terhadap gitarnya disebut gelombang transversal. Gelombang ini memiliki bukit dan lembah gelombang. Contoh, gelombang tali, gelombang permukaan air, dan gelombang arus listrik bolak-balik.

Berbeda dengan gelombang tali, jika pada ujung slinki diberikan usikan ke maju-mundur, maka akan terjadi serangkaian rapatkan dan regangan yang merambat sepanjang slinki. Pada gelombang ini, arah rambatan searah dengan arah getarnya. Gelombang ini juga disebut gelombang longitudinal.Rapatkan (pemampatan) adalah daerah gulungan-gulungan pegas yang mendekat selama sesaat, sedangkan regangan (penipisan) adalah daerah gulungan-gulungan pegas yang emnjauh selama sesaat .

Rapatkan berhubungan dengan bukit dan regangan berhubungan dengan lembah pada gelombang transversal. Selain gelombang pada slinki, contoh gelombang longitudinal.

2. Besaran-Besaran pada Gelombang

Karena gelombang terbentuk dari getaran, maka besaran ya serupa dengan besaran yang ada pada getaran. Besaran yang penting dalam gelombang adalah amplitudo gelombang, panjang gelombang, frekuensi gelombang, dan periode gelombang.

a. Amplitudo Gelombang 

 Amplitudo gelombang adalah tinggi maksimum bukit atau kedalaman maksimum lembah terhadap titik setimbang. Simbol amplitudo adalah A dan satuannya dalam SI  adalah meter. Besaran amplitudo tidak memiliki oleh gelombang longitudinal.

b. Panjang Gelombang

Gelombang transversal disebut satu gelombang jika terdiri dari satu bukit dan satu lembah. Panjang satu gelombang adalah jarak antara dua titik identik yang berurutan. Dengan kata lain, panjang gelombang adalah jarak antara puncak ke puncak yang berurutan, atau jarak antara dasar ke dasar yang berurutan pula.

Pada gelombang longitudinal, satu gelombang adalah satu rapatktandan satu regangan. Panjang gelombang diberi  simbol lambda, dengan satuan dalam SI adalah meter.

c. Periode Gelombang 

Periode gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan untuk terjadinya satu gelombang. Pada gelombang transversal, periode gelombang adalah waktu yang berlaku antara satu titik puncak berurutan yang melewati titik yang sama pada ruang. Pada gelombang longitudinal, periode gelombang adalah waktu terjadinya satu rapatan dan satu regangan. Dalam SI, satuan periode adalah sekon.

d. Frekuensi Gelombang

Pada gelombang transversal, frekuensi gelombang (f) adalah jumlah gelombang dalam satu sekon. Pada gelombang longitudinal, frekuensi gelombang adalah jumlah rapatan dan regangan dalam satu sekon. Dalam SI, satuan frekuensi adalah hertz (Hz). hubungan antara periode gelombang dengan frekuensi gelombang adalah sebagai berikut.

                          f = 1/T

keterangan:
f = frekuensi gelombang (Hz)
T= periode gelombang (s)

Semakin tinggi frekuensi gelombang,semakin rapat jarak antara gelombang.

e. Kecepatan Gelombang

Kecepatan gelombang atau cepat rambat gelombang merupakan perbandingan antara perpindahan antara perpindahan satu panjang gelombang dan periodenya. Besar kecepatan atau kelanjuan gelombang merupakan perbandingan antara jarak satu panjang gelombang dan periodenya. 

3. Pemantulan Gelombang  

Gelombang baik gelombang mekanik maupun gelombang elektromagnet ketika menghadapi penghalang, akan mengalami pemantulan. Bagaimana pemantulan gelombang pada tali ? Marilah ikuti uraian tentang pemantulan gelombang tali.

Pemantulan gelombang tali yang akan dibahas ada dua macam, yaitu pemantulan pada ujung terikat dan pemantulan pada ujung bebas.

a. Pemantulan Gelombang Tali Ujung Terikat

Setelah pemantulan, lembah gelombang datang akan menjadi bukit gelombang pantul dan bukit gelombang datang akan menjadi lembah gelombang pantul. Peristiwa ini disebut perubahan fase. Dengan demikian, pada pemantulan gelombang tali ujung terikat, gelombang datang dan gelombang pantul berbeda fase.

b. Pemantulan Gelombang Tali Ujung Bebas

Berbeda dengan ujung tetap, pantulan pada ujung bebas tidak mengalami perubahan fase. Setelah pemantulan, lembah gelombang datang akan menjadi lembah gelombang pantul dan bukit gelombang datang akan menjadi bukit gelombang pantul. Dengan demikian, pada pemantulan gelombang tali ujung bebas, gelombang datang dan gelombang pantul sefase.