Resume Modul 9 [PDF]

Citation preview

RESUME MODUL 9 KEGIATAN BELAJAR 1 GELOMBANG A. Pengertian Gelombang Gelombang adalah suatu getaran yang merambat, dalam perambatannya gelombang membawa energi. Dengan kata lain, gelombang merupakan getaran yang merambat dan getaran sendiri merupakan sumber gelombang. Jadi, gelombang adalah getaran yang merambat dan gelombang yang bergerak akan merambatkan energi (tenaga). Gelombang juga dapat diatikan sebagai 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 mengitung jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan (gelombang longitudinal). Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam waktu satu detik. Bentuk gelombang yang mencakup satu gunungdan satu lembah disebut satu gelombang. Sedang jarak yang dibentuk oleh satu puncak dan satu lembah disebut satu panjang gelombang (λ). Waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang penuh disebut periode atau waktu getar (T). Sedangkan jumlah gelombang yang terjadi dalam satu detik disebut frekuensi (f). Hubungan antara besaran-besaran tersebut dapat kita tuliskan dalam bnetuk persamaan: f=I/T atau T=I/f λ=v.T atau λ=v/f Dimana: f=frekuensi (banyaknya getaran tiap sekon, disebut Hertz,Hz) T=periode(sekon) v=cepat rambat gelombang λ=panjang gelombang (meter) Tidak semua gelombang dapat kita lihat. Bahkan banyak peristiwa yang kita alami sehari-hari erat kaitannya dengan gelombang yang tidak dapat kita lihat wujud gelombangnya. Gelombang-gelombang tersebut antara lain gelombang televisi,gelombang radio,gelombang dari telepon genggam. Dan gelombang dari alat-alat komunikasi lain. B. PULSA PADA TALI Misalnya dirimu memegang seutas tali pada salah satu ujung (sebelah kiri) dan menyentakan tali tersebut. Setelah tali disentakkan maka akan timbul lengkungan alias lonjakan. Lonjakan tersebut akan menjalar sepanjang tali, sebagaimana tampak pada gambar di atas. nah, lengkungan alias lonjakan yang merambat tersebut dikenal dengan julukan pulsa alias pulsa gelombang (lebih tepatnya disebut pulsa gelombang transversal). Jika pada contoh sebelumnya ujung tali bebas, maka pada contoh itu ujung tali terikat pada sebuah penyanggah. Jika tali disentakkan maka akan timbul lengkungan alias lonjakan yang merambat sepanjang tali. Karena ujung tali dihubungkan dengan penyanggah maka lengkungan alias lonjakan tadi dipantulkan kembali ke kiri… lengkungan alias lonjakan yang merambat tersebut dikenal dengan julukan pulsa alias pulsa gelombang.



Jika sebuah pegas ditekan secara tiba-tiba maka akan timbul suatu rapatan. Rapatan ini merambat sepanjang pegas… rapatan yang merambat ini dikenal dengan julukan pulsa alias pulsa gelombang (lebih tepatnya pulsa gelombang longitudinal). C. ASAS SUPERPOSISI Apabila Ujung tali-ujung tali yang berlawanan diberi sentakan k eats sehingga dua pulsa dihasilkan dan bergerak saling mendekati. D. GELOMBANG PERIODIK Gelombang periodic merupakan gelombang teratur satu pu;sa di ikuti dua pulsa lainnyasecara berurutan. Dalam menggambarkan gelombang periodik, kita memanfaatkan tiga besaran yang saling berhubungan Seperti berikut : 1. Kecepatan gelombnang 2. Panjang Gelombang 3. Frekuensi gelombang E. JENIS GELOMBANG Jenis-Jenis Gelombang Kenyataan dalam mengklasifikasikan gelombang sangatlah beragam. Klasifikasi gelombang dapat didasarkan pada arah rambatnya, medium perambatannya, dan juga jenis-jenis gelombang berdasarkan dimensi penyebaran rambatannya dll. Namun, yang menjadi dalam pembahasan kali ini hanyalah dua klasifikasi gelombang atau jenis-jenis gelombang yakni menurut arah rambatnya dan kebutuhan medium perambatannya.



A. Jenis-Jenis Gelombang Berdasarkan Arah Rambat dan Getarannya 1. Gelombang Longitudinal Pengertian Gelombang Longitudinal adalah gelombang dengan arah gangguan sejajara dengan arah penjalarannya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi yang di analog dengan pula longitudinal dalam suatu pegas vertikal di bawah tegangan dibuat berosilasi ke atas dan kebawah disebuah ujung maka sebuah gelombang longitudinal berjalan sepanjang pegas tersebut ,koil – koil pada pegas tersebut bergetar bolak –balik di dalam arah di dalam mana gangguan berjalan sepanjang pegas 2. Gelombang Transversal Gelombang transversal adalah gelombang dengan gangguan yang tegak lurus arah penjalaran. Misalnya gelombang cahaya dimana gelombang listrik dan gelombang medan magnetnya tegak lurus kepada arah penjalarannya. Medan listrik dan medan magnet dari gelombang elektromagnetik adalah tegak lurus dan tegak lurus juga



B. Jenis-Jenis Gelombang Berdasarkan Median dalam Perambatannya 1. Gelombang Mekanik Pengertian Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium tempat merambat. Contoh gelombang mekanik gelombang pada tali, gelombang bunyi. 2. Gelombang Elektromagnetik Pengertian Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang energi dan momentumnya dibawa oleh medan listrik (E) dan medan magnet (B) yang dapat menjalar melalui vakum atau tanpa membutuhkan medium dalam perambatan gelombangnya. Sumber gelombang elektromagnetik :     



Osilasi listrik. Sinar matahari menghasilkan sinar infra merah. Lampu merkuri menghasilkan ultra violet. Inti atom yang tidak stabil ® menghasilkan sinar gamma. Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).



Keterkaitan antara medan listrik (E) dan medan magnet (B) diungkapkan dengan persamaan Maxwell. Persamaan Maxwell merupakan hukum yang mendasari teori medan elektromagnetik. Contoh dari gelombang elektromagnetik : Gelombang cahaya, gelombang radio. C. Jenis-Jenis Gelombang Berdasarkan Amplitudonya 1. Gelombang Stasioner adalah gelombang yang memiliki amplitudo tidak tetap besarannya 2. Gelombang Berjalan  adalah gelombang yang memiliki amplitudo yang tetap F. PEMANTULAN GELOMBANG



Pemantulan gelombang (Refleksi) terjadi pada saat sebuah gelombang yang merambat dalam suatu media sampai di bidang batas medium tersebut dengan media lainnya. Contohnya, gelombang cahaya yang merambat di dalam udara akan dipantulkan oleh bidang batas antara udara dan air atau oleh bidang batas udara dan cermin/kaca. Selama gelombang cahaya itu merambat dalam suatu medium, gelombang itu tidak akan mengalami peristiwa pemantulan. Jadi, selama cahaya merambat di dalam air tidak akan mengalami pemantulan sampai gelombang itu sampai pada batas pemisah antara air dengan medium lainnya, seperti udara.Dengan demikian, pemantulan (refleksi) sebuah gelombang adalah bidang batas antaradua medium yang berbeda. Contoh lainnya adalah pemantulan gelombang pada tali seperti pada tayangan video mengenai pemantulan gelombang tali diatas. Pada saat gelombang tali sampai di ujung tali (batas antara tali dan medium lain), maka gelombang tersebut akan dipantulkan kembali ke dalam tali itu.Sehingga dapat diartikan bahwa pemantulan gelombang adalah membaliknya gelombang setelah mengenai penghalang. G. GELOMBANG DIAM Gelombang stasioner atau biasa disebut gelombang diam atau ada yang menyebut sebagai gelombang tegak (gelombang berdiri) bisa terjadi dengan menginterferensikan dua buah gelombang berjalan yang memiliki : - amplitudo sama - frekuensi sama - arah gerak berlawanan Gelombang stasioner yang dihasilkan memiliki amplitudo (paduan) Ap yang besarnya berubah seiring dengan perubahan jarak (x). Ingat kembali bahwa kedua buah gelombang berjalan penghasil gelombang stasioner memiliki amplitudo yang tetap dan sama sebesar A. Gelombang diam (Stasioner) dapat dibagi menjadi dua, yaitu: 1. Gelombang Diam ujung bebas. Contoh: tali yang diikat longgar pada sebuah tiang, pipa organa terbuka 2. Gelombang diam ujung terikat. Contoh: tali yang diikat kuat pada sebuah tiang, pipa organa tertutup Gelombang Diam ujung bebas



Pola persamaan gelombang stasioner pada seutas tali yang salah satu ujungnya bebas adalah sebagai berikut: Y = 2A cos kx sin ω t H.



Keterangan: Y adalah simpangan gelombang stasioner dalam satuan meter, A adalah amplitudo masing-masing gelombang berjalan x adalah jarak titik dari ujung bebas ω adalah frekuensi sudut dalam rad/s, dimana ω = 2π f k adalah bilangan gelombang atau tetapan gelombang dimana nilai k = 2π/λ, λ adalah panjang gelombang (wavelength) dalam satuan meter. 2A cos kx adalah amplitudo paduan / amplitudo gelombang stasioner, untuk selanjutnya namakan Ap: Ap = 2A cos kx I.



Nilai maksimum dari amplitudo gelombang stasioner adalah 2A Perhatikan dengan baik posisi kx dan ω t pada kedua persamaan di atas, sehingga tidak bermasalah dengan bentuk berikut : Y = 2A sin ω t cos kx J. Contoh: Diberikan sebuah persamaan gelombang stasioner: Y = 0,02 cos (50π x) sin (30πt) meter Berikut data-data yang bisa diambil dari persamaan di atas: amplitudo paduan maksimum (amplitudo gelombang stasioner maksimum) Ap maksimum = 0,02 meter amplitudo gelombang berjalan A = 1/2 Ap maksimum= 0,01 meter tetapan gelombang k = 50π panjang gelombang k = 2π/λ 50π = 2π/λ λ = 2π/50π = 0,04 meter frekuensi sudut ω = 30π frekuensi 2πf = 30π f = 15 Hz



KEGIATAN BELAJAR 2



BUNYI A. KARAKTERISTIK BUNYI Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar, misalnya gitar yang dipetik, gong yang dipukul, terompet yang ditiup, dan sebagainya. Sumber bunyi menghasilkan gelombang longitudinal yang merambat di udara, berupa getaran-getaran udara yang memaksa gendang telinga kita bergetar. Tetapi gelombang bunyi juga dapat merambat melalui zat lain. Dua batu yang saling ditumbukan dalam air dapat didengar oleh perenang dibawah permukaan air, karena getaran dibawa air ke telinga. Jelaslah bahwa bunyi tidak dapat merambat tanpa adanya zat. Sebagai contoh, bel listrik yang berdering dalam tabung kaca yang dihampakan tidak terdengar bunyinya. Ada dua aspek penting untuk bunyi bagi pendengar, yaitu keras (loudness) dan titik nada (pitch), masing-masing berhubungan dengan perasaan dalam alam sadar pendengar. Namun perasaan subjektif ini berhubngan dengan besaran yang dapat diukur sacara fisis. Keras berhubungan dengan energi dalam gelombang bunyi. Titik nada bunyi berhubungan dengan apakah bunyi itu tinggi, seperti bunyi biola, atau rendah, seperti bunyi gitar bass. Besaran fisika menentukan titik nada adalah frekuensi. Makin rendah frekuensi, makin rendah titik nada, dan makin tinggi frekuensi, maki tinggi pula titik nadanya. Telinga manusia menanggapi frekuensi-frekuensi dalam jangkauan kira-kira 20 Hz sampai kirakira 20.000 Hz, yang disebut jangkauan terdengar (audible range). Batas-batas ini agak bervariasi bagi masing-maisng orang. Satu kecendrungan umum adalah bahwa makin tua usia seseorang, makin kurang mampu mendengar frekuensi tinggi. Bunyi dengan frekuensi diluar jangkauan terdengar dapat mencapai telinga, tetapi kita biasanya tidak menyadarinya. Frekuensi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik. Banyak hewan yang dapat mendengarkan ultrasonik, misalnya anjing yang dapat mendengarkan bunyi setinggi 50.000 Hz, dan kelelawar yang dapat mendengar frekuensi setinggi 100.000 Hz. Gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi di bawah jangkauan terdengar infrasonik. Sumber – sumber infrasonik antara lain termasuk gempa, halilintar, gunung api, dan gelombanggelombang yang dihasilkan oleh mesin-mesin berat. Sumber bunyi terakhir ini secara khusus dapat mengganggu pekerjaan, karena gelombang-gelombang infrasonik dapat merusak organ tubuh manusia. Gelombang frekuensi rendah ini dapat bekerja sebagai resonan yang menyebabkan gerak yang luar biasa bear dan iritasi organ-organ internal tubuh. B. CEPAT RAMBAT BUNYI Jika kamu memukul batu di dalam air, kamu akan mendengar suara pukulan tersebut. Demikian juga, ikan yang berenang di dalam kolam yang jernih, kamu tentu akan beranggapan ikan-ikan tersebut tidak bersuara. Akan tetapi, jika kamu menyelam ke dalam air, kamu akan mendengar suara kibasan ekor dan sirip ikan tersebut. Hal ini membuktikan bahwa bunyi dapat merambat di dalam zat cair. Dengan bantuan alat seismograf, para ahli gempa dapat mendeteksi getaran gempa bumi. Getaran lebih kuat jika jaraknya lebih dekat pada sumber getar. Dari contoh-contoh tersebut, kamu dapat menyimpulkan bahwa bunyi yang terdengar bergantung pada jarak antara sumber bunyi dan pendengar. Jarak yang ditempuh bunyi tiap satuan waktu disebut cepat rambat bunyi (v). Pernahkah kamu mendengarkan bunyi rel kereta api pada saat kereta api mau lewat? Jika pernah, kalian harus berhati-hati. Ketika kereta api akan tiba, terdengar suara gemuruh dari kereta, walaupun keretanya belum terlihat. Suara kereta yang belum kelihatan juga dapat kamu dengar melalui rel kereta api. Seperti terlihat pada Gambar 13.3. Hal ini membuktikan bahwa cepat



rambat bunyi di udara berbeda dengan cepat rambat bunyi pada rel kereta api (zat padat). Manakah yang lebih cepat? Bunyi yang merambat melalui rel kereta api (yang merupakan zat padat) lebih cepat dibandingkan dengan bunyi yang merambat melalui udara. Mengapa demikian? Suatu eksperimen yang telah dilakukan oleh para ahli membuktikan bahwa sebuah bunyi nyaring membutuhkan waktu lima sekon untuk sampai ke telinga kamu melalui udara. Jika bunyi tersebut merambat melalui air, ternyata lebih cepat dan hanya membutuhkan waktu empat sekon. Jika bunyi tersebut melalui besi, ternyata hanya membutuhkan tiga sekon, atau satu sekon lebih cepat daripada dalam zat cair. Hal ini membuktikan bahwa di dalam medium yang berbeda, cepat rambat bunyi akan berbeda pula. C. FREKUENSI GELOMBANG BUNYI Kamu pasti pernah terganggu oleh suara nyamuk. Pada saat akan tidur, suara itu kadang-kadang nyaring di dekat telingamu. Pada bagian tubuh nyamuk yang manakah yang menjadi sumber bunyi? Sayap nyamuk bergetar sangat cepat sehingga menimbulkan bunyi. Sayap nyamuk dapat bergetar kurang lebih 1.000 kali setiap sekon sehingga menghasilkan suara yang unik. Jadi, setiap sekon terjadi 1.000 kali gelombang bunyi merambat di udara. Banyaknya gelombang bunyi setiap sekon disebut frekuensi. Dapat mendengar bunyi pada seluruh rentang frekuensi, tentunya hidupmu akan merasa terganggu dan tidak nyaman. Mengapa demikian? Jika kamu dapat mendengar semua rentang frekuensi, kamu tidak akan pernah beristirahat dengan tenang karena getaran-getaran rendah dari binatang tertentu atau getaran-getaran tinggi sekalipun akan terdengar. Berdasarkan hasil penelitian, pendengaran telinga manusia normal berada pada frekuensi 20 Hz sampai 20.000 Hz. Daerah ini disebut daerah audiosonik. Frekuensi di bawah 20 Hz disebut daerah infrasonik, sedangkan daerah di atas frekuensi 20.000 Hz disebut daerah ultrasonik. Daerah infrasonik tidak dapat didengar oleh manusia, tetapi hanya binatang-binatang tertentu saja yang dapat mendengarnya. Ilustrasi daerah frekuensi yang dapat didengar oleh berbagai makhluk diperlihatkan pada Gambar 13.9. Gambar 13.9 memperlihatkan daerah frekuensi yang dapat dipancarkan dan diterima oleh berbagai makhluk di dunia ini. Binatang yang dapat mendengar suara infrasonik adalah anjing, sedangkan binatang yang dapat mendengar suara ultrasonik, antara lain lumba-lumba, burung robin, anjing, kucing, dan kelelawar. Manusia hanya mampu memancarkan gelombang bunyi dalam daerah yang sempit, yaitu sekitar 85 Hz sampai 1.100 Hz. Beberapa binatang tertentu dapat memancarkan gelombang bunyi dengan frekuensi yang tinggi (ultrasonik), di antaranya ikan lumba-lumba, kelelawar, dan jangkrik. Anjing memiliki pendengaran yang sangat peka terhadap frekuensi bunyi. Dia dapat mendengar bunyi dari daerah infrasonik sampai daerah ultrasonik. Inilah yang menyebabkan anjing sering dimanfaatkan manusia sebagai penjaga. Bunyi adalah energi yang dapat didengar. Bunyi dihasilkan dari benda yang bergetar.  Tinggi rendanya bunyi ditentukan oleh frekuensi. Kuat lemahnya bunyi ditentukan amplitudo. Banyaknya getaran per detik disebut frekuensi. Semakin banyak getaran berarti frekuensi semakin besar, akibatnya bunyi yang dihasilkan terdengar tinggi. Bunyi berdasarkan frekuensinya:   



Infrasonik    :  bunyi yang memiliki frekuensi dibawah 20 Hz Audiosonik  :  bunyi yang memiliki getaran antara 20 -20.000 Hz Ultrasonik    : bunyi yang memiliki getaran diatas 20.000 Hz



D. EFEK DOPLER Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang suatu gelombang pada seorang penerima yang sedang bergerak relatif terhadap sumber gelombang. Efek Doppler dinamakan berdasarkan seorang ilmuwan Austria, Christian Doppler, yang pertama kali menjelaskan fenomena tersebut pada tahun 1842. Efek Doppler dapat ditemukan pada segala jenis gelombang, seperti gelombang air, gelombang suara, gelombang cahaya, dan lain-lain.



E. INTENSITAS BUNYI Intensitas Bunyi (I) Intensitas bunyi ialah daya bunyi yang dipindahkan setiap satuan luas. Karena energi tiap satuan waktu kita ketahui sebagai pengertian daya, maka intensitas bisa ditentukan dengan



persamaan



:



 



3. Energi bunyi dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan sama besar, sehingga luas yang dijangkau sama denganluas permukaan bola,sehingga persamaan di atas dapat dituliskan :



4. Intensitas bunyi yang terdengar di suatu tempat berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dan sebanding dengan dayanya. Intensitas ambang pendengaran (Io) merupakan Intensitas bunyi paling rendah yang masih terdengar oleh telinga manusia.  Besar  intensitas ambang pendengaran (Io) = 10-12 W/m2.  Sedangkan intensitas ambang perasaan adalah intensitas bunyi yang masih didengar oleh telinga manusia tanpa menyebabkan sakit  telinga. Besarnya  intensitas ambang perasaan yang besarnya 10-4 W m-2 .



F. PENERAPAN GELOMBAN BUNYI Penerapan gelombang bunyi dalam teknologi dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan penelitian. Di bidang kelautan misalnya untuk mengukur kedalaman laut, di bidang industri misalnya untuk mengetahui cacat yang terjadi pada benda-benda hasil produksinya, di bidang pertanian untuk meningkatkan kualitas hasil pertanian, dan di bidang kedokteran dapat digunakan untuk terapi adanya penyakit dalam organ tubuh. Advertisment



Penerapan Gelombang Bunyi Dalam Teknologi Kelautan Untuk keperluan tersebut digunakan suatu alat yang bekerja berdasarkan prinsip pemantulan gelombang bunyi yang disebut SONAR (Sound Navigation Ranging).



Sonar digunakan untuk mengukur kedalaman laut. Prinsip kerja SONAR berdasarkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonik. Alat ini diperkenalkan pertama kali oleh Paul Langenvin, seorang ilmuwan dari Prancis pada tahun 1914. Pada saat itu Paul dan pembantunya membuat alat yang dapat mengirim pancaran kuat gelombang bunyi berfrekuensi tinggi (ultrasonik) melalui air. Pada dasarnya SONAR memiliki dua bagian alat yang memancarkan gelombang ultrasonik yang disebut transmiter (emiter) dan alat yang dapat mendeteksi datangnya gelombang pantul (gema) yang disebut sensor (reciver). Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmiter (pemancar) yang diarahkan ke sasaran, kemudian akan dipantulkan kembali dan ditangkap oleh pesawat penerima (reciver). Dengan mengukur waktu yang diperlukan dari gelombang dipancarkan sampai gelombang diterima lagi, maka dapat diketahui jarak yang ditentukan. Untuk mengukur kedalaman laut, SONAR diletakkan di bawah kapal. Dengan pancaran ultrasonik diarahkan lurus ke dasar laut, dalamnya air dapat dihitung dari panjang waktu antara pancaran yang turun dan naik setelah digemakan. Apabila cepat rambat gelombang bunyi di udara v, selang waktu antara gelombang dipancarkan dengan gelombang pantul datang adalah Δt, indeks bias air n, dan kedalaman laut adalah d maka kedalaman laut tersebut dapat dicari dengan persamaan :



dengan : d = jarak yang diukur (m) Δt = waktu yang diperlukan gelombang dari dipancarkan sampai diterima kembali (s) v = kecepatan rambat gelombang ultrasonik (m/s) n = indeks bias medium



Penerapan Gelombang Bunyi Dalam Teknologi Kedokteran Dalam bidang kedokteran, getaran gelombang ultrasonik yang berenergi rendah dapat digunakan untuk mendeteksi/menemukan penyakit yang berbahaya di dalam organ tubuh, misalnya di jantung, payudara, hati, otak, ginjal, dan beberapa organ lain. Pengamatan ultrasonik pada wanita hamil untuk melihat perkembangan janin dalam uterus dengan menggunakan ultrasonografi. Dengan menggunakan ultrasonik yang berenergi tinggi



dapat digunakan sebagai pisau bedah, yang pada umumnya untuk melakukan pembedahan dalam neurologi dan otologi.



Penerapan Gelombang Bunyi Dalam Kehidupan Di bidang pertanian, ultrasonik berenergi rendah digunakan untuk meningkatkan hasil pertanian, misalnya penyinaran biji atau benih dengan menggunakan ultrasonik dapat menghasilkan pertumbuhan yang lebih cepat dari biasanya, tanaman kentang yang dirawat dengan radiasi ultrasonik dapat meningkat produksi panennya. Selanjutnya dalam perkembangannya, penggunaan gelombang ultrasonik dalam pelayaran digunakan sebagai navigator. Pada mesin cuci, getaran utrasonik yang kuat dapat menggugurkan ikatan antarpartikel kotoran dan menggetarkan debu yang melekat pada pakaian sehingga lepas. Di sekitar lapangan udara (bkitara), getaran gelombang ultrasonik yang kuat dapat membuyarkan kabut dengan teknologi gelombang bunyi.