PENGERTIAN GELOMBANG DALAM ILMU FISIKA

 

Gelombang adalah getaran yang merambat. Di dalam perambatannya tidak diikuti oleh berpindahnya partikel-partikel perantaranya. Pada hakekatnya gelombang merupakan rambatan energi (energi getaran).

 

Gelombang dapat diklasifikan menjadi dua jenis berdasarkan arah rambat getarannya, yakni Gelombang Transversal dan Gelombang Longitudinal.

 

1.  Gelombang Transversal

Gelombang Transversal adalah gelombang yang arah getar partikel mediumnya tegak lurus terhadap arah gelombang. Sederhananya, bila energi yang merambat bergerak dari kiri ke kanan, maka gelombang turut bergerak naik turun searah energi yakni dari arah kiri ke kanan. Contohnya adalah gelombang atau getaran yang muncul pada tali yang bergoyang.

Maka, bentuk Gelombang Transversal menyerupai perbukitan atau lembah, seperti gambar di bawah ini:

Bagian-bagian Gelombang Transversal, yaitu:

a.   Puncak Gelombang / Gunung: titik tertinggi gelombang

b.  Dasar Gelombang / Lembah: titik terendah gelombang

c.   Bukit Gelombang: bagian gelombang yang menyerupai gunung, ditandai dengan Puncak Gelombang yang menghubungkan dua dasar/lembah

d.  Panjang Gelombang: jarak antara dua puncak atau dua lembah gelombang

e.   Amplitudo (A): simpangan terjauh dari garis keseimbangan

f.    Periode (T): waktu yang diperlukan untuk menghasilkan suatu gelombang. Artinya, periode merupakan waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak antara dua puncak atau dua lembah gelombang yang berurutan.

 

 

2. Gelombang Longitudinal

Jenis gelombang selanjutnya adalah Gelombang Longitudinal, yakni gelombang yang arah getar partikel mediumnya sejajar atau berhimpitan dengan arah rambatan.  Salah satu contoh Gelombang Longitudinal adalah gelombang bunyi.

Berbeda dengan Gelombang Transversal, Gelombang Longitudinal berbentuk mirip pegas seperti gambar di bawah ini:

Gelombang Longitudinal (Arsip Zenius Education)

Terdapat beberapa bagian pada gelombang longitudinal yang digunakan untuk mengidentifikasi gelombang tersebut.

a.   Rapatan: daerah di sepanjang gelombang yang memiliki rapatan atau tekanan molekul yang lebih tinggi

b.  Renggangan: daerah di sepanjang gelombang yang memiliki rapatan atau tekanan molekul yang lebih rendah

c.   Panjang 1 Gelombang: Jarak antara dua rapatan atau antara dua renggangan yang saling berdekatan

 

Rumus Cepat Rambat Gelombang

Rumus cepat rambat gelombang didasarkan pada rumus kecepatan.

Bentuknya seperti ini:

V = s / t atau V = λ / T atau V = λ x f

Keterangan
V = cepat rambat gelombang (m/s2)

λ = panjang gelombang (m)

T = periode (s)

f = frekuensi (Hz)

s = jarak (m)

t = waktu (s)

Rumus cepat rambat gelombang merupakan turunan dari rumus kecepatan atau Rumus V = s / t

Rumus kecepatan digunakan untuk mencari kecepatan benda yang bergerak secara lurus beraturan atau juga dikenal dengan sebutan GLB (Gerak Lurus Beraturan), dengan cara membagi jarak dan waktu.

Bila diterapkan pada rumus cepat rambat gelombang, nilai pada 1 panjang gelombang atau λ sama dengan nilai jarak yang ditempuh oleh suatu benda. Sementara, nilai dari 1 frekuensi setara dengan satuan waktu atau periode, yakni 1 sekon.

Maka, menggunakan variabel periode gelombang, frekuensi, dan periode, rumus kecepatan GLB dapat diturunkan menjadi bentuk rumus cepat rambat gelombang, yakni 

 

V = λ / T atau V = λ x f

 

Terdapat rumus lain yang bakal membantu kita mencari cepat rambat gelombang, yakni rumus menentukan frekuensi dan periode bila tidak diketahui.

Rumus mencari frekuensi adalah f = n/t atau f = 1/T,

dengan keterangan:

f = Frekuensi (Hz)

n = jumlah gelombang

t = waktu (s)

 

Sementara, rumus untuk mencari periode adalah T = t/n atau T = 1/f, dengan keterangan:

T = periode (s)

n = jumlah gelombang

t = waktu (s)

 

 

Periode gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang untuk menempuh satu panjang gelombang penuh. Panjang gelombang (λ) adalah jarak yang ditempuh dalam waktu satu periode. Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang terjadi tiap satuan waktu. Cepat rambat gelombang (v) adalah jarak yang ditempuh gelombang tiap satuan waktu. Jadi dapat dirumuskan bahwa:

Dimana:

v = laju rambat gelombang [m/s]

λ = panjang gelombang [m]

f = frekuensi [Hz]

 

Bila seutas tali dengan tegangan tertentu digetarkan secara terus menerus maka akan terlihat. Suatu bentuk gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambat gelombang, gelombang ini dinamakan gelombang transversal.

 

Jika kedua ujungnya tertutup, gelombang pada tali itu akan terpantul-pantul dan dapat menghasilkan gelombang stasioner yang tampak berupa simpul dan perut.

 

Sesuai dengan Percobaan Melde, maka Melde merumuskan bahwa:

dimana :

v = laju perambatan gelombang tali [m/s]

F = tegangan tali [N]

µ = rapat massa linier tali (massa tali/panjang tali) [kg/m]

 

Secara teori, cepat rambat suatu gelombang akan berbanding lurus dengan panjang gelombang (λ) dan juga berbanding lurus dengan frekuensi (f). Jadi dapat dirumuskan bahwa besarnya cepat rambat gelombang secara teori adalah:

Secara Hukum Melde, cepat rambat suatu gelombang akan berbanding lurus dengan akar dari gaya yang bekerja (F) dan berbanding terbalik dengan akar dari rapat massa linier tali(), dimana  itu sendiri adalah massa tali dibagi dengan panjang tali. Sehingga cepat rambat suatu gelombang juga berbanding lurus dengan akar dari panjang tali. Jadi dapat dirumuskan bahwa besarnya cepat rambat gelombang menurut Melde adalah:

Bila seutas tali dengan tegangan tertentu digetarkan secara terus menerus maka akan terlihat suatu bentuk gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambat gelombang, gelombang ini dinamakan gelombang transversal. Jika kedua ujungnya tertutup, gelombang pada tali itu akan terpantul-pantul dan dapat menghasilkan gelombang stasioner yang tampak berupa simpul dan perut gelombang asalkan dipenuhi :

yakni panjang tali (L) merupakan kelipatan bilangan bulat dari setengah panjang gelombangnya. Laju rambat gelombang dalam tali :

 

 

dimana :

v = laju perambatan gelombang tali [m/det]

F = tegangan tali [N]

m = rapat massa linier tali [kg/m]

 

Bila gelombang pada tali itu mempunyai panjang gelombang l maka frekuensi vibrator yang menimbulkannya.

Kombinasi antara persamaan (2) dan (3) disebut persamaan Melde, yakni panjang tali (L) merupakan kelipatan bilangan bulat dari setengah panjang gelombangnya. Laju rambat gelombang dalam tali :

 

 

dimana :

v = laju perambatan gelombang tali [m/det]

F = tegangan tali [N]

m = rapat massa linier tali [kg/m]

 

Bila gelombang pada tali itu mempunyai panjang gelombang l maka frekuensi vibrator yang menimbulkannya.

Kombinasi antara persamaan (2) dan (3) disebut persamaan Melde.

Jika tali yang panjangnya l, dibentangkan dan diberi beban lewat katrol seperti gambar di samping serta ujung A digetarkan terus menerus, maka pada tali akan terbentuk gelombang transversal yang stasioner (diam).

 

Percobaan ini pertama kali dilakukan oleh Melde untuk menentukan cepat rambat gelombang transversal pada tali.

Dari hasil percobaannya Melde menemukan kesimpulan bahwa cepat rambat gelombang pada tali adalah :

berbanding lurus dengan akar kwadrat tegangan tali (F)

berbanding terbalik dengan akar kwadrat massa per satuan panjang tali (μ).