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).

ALL about Capasitor / Penjelasan Lengkap Kapasitor

1.  Pengertian Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan. 

  

Gambar 1 : prinsip dasar kapasitor

 

2.  Kapasitansi

Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18  menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday  membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :

 

Q = CV …………….(1)  

Q = muatan elektron dalam C (coulombs)

C = nilai kapasitansi dalam F (farads)

V = besar tegangan dalam  V (volt)

 

Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut :

 

C = (8.85 x 10-12) (k A/t) ..............(2)

 

Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.

Tabel-1 : Konstanta dielektrik bahan kapasitor

Untuk rangkain elektronik praktis, satuan farads adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasar memiliki satuan uF (10-6 F), nF (10-9 F) dan pF (10-12 F). Konversi satuan  penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0.047uF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.

 

3.  Tipe Kapasitor

Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.  

a.   Kapasitor Electrostatic

Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan  bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia  dari besaran pF sampai beberapa uF, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok  bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti  polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya.

Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar.

 

b.   Kapasitor Electrolytic

Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan - di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda.

Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan  metal-oksida (oxide film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui  proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada permukaannya. 

 

 

Gambar-2 : Prinsip kapasitor Elco

 

Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan electrolyte(katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Dari rumus (2) diketahui besar kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar.

Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya  bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco.  

Bahan electrolyte pada kapasitor Tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil  Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal.

c.   Kapasitor Electrochemical

Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular. 

 

4.  Membaca Kapasitansi

Pada kapasitor yang berukuran besar, nilai kapasitansi umumnya ditulis dengan angka yang jelas. Lengkap dengan nilai tegangan maksimum dan polaritasnya. Misalnya pada kapasitor elco dengan jelas tertulis kapasitansinya sebesar 22uF/25v.

Kapasitor  yang ukuran fisiknya mungil dan kecil biasanya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka satuannya adalah pF (pico farads). Sebagai contoh, kapasitor yang bertuliskan dua angka 47, maka kapasitansi kapasitor tersebut adalah  47 pF. 

Jika ada 3 digit, angka pertama dan kedua menunjukkan nilai nominal, sedangkan angka ke-3 adalah faktor pengali. Faktor pengali sesuai dengan angka nominalnya, berturut-turut 1 = 10, 2 = 100, 3 = 1.000, 4 = 10.000 dan seterusnya. Misalnya pada kapasitor keramik tertulis 104, maka  kapasitansinya  adalah 10 x 10.000 = 100.000pF atau = 100nF. Contoh lain misalnya tertulis 222, artinya kapasitansi kapasitor tersebut adalah 22 x 100 = 2200 pF = 2.2 nF.

Selain dari kapasitansi  ada beberapa karakteristik penting lainnya yang perlu diperhatikan. Biasanya spesifikasi karakteristik ini disajikan oleh pabrik pembuat didalam datasheet. Berikut ini adalah beberapa spesifikasi penting tersebut.

 

5.  Tegangan Kerja (working voltage)

Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Para elektro- mania barangkali pernah mengalami kapasitor yang meledak karena kelebihan tegangan. Misalnya kapasitor 10uF 25V, maka tegangan yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25 volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor polar bekerja pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC.

 

6.  Temperatur Kerja

Kapasitor masih memenuhi  spesifikasinya jika bekerja pada suhu  yang sesuai. Pabrikan pembuat kapasitor umumnya membuat kapasitor yang mengacu pada standar popular. Ada 4 standar  popular yang biasanya tertera di badan kapasitor seperti C0G (ultra stable), X7R (stable) serta Z5U dan Y5V (general purpose).  Secara lengkap kode-kode tersebut disajikan pada table berikut.  

 

Tabel-2 : Kode karakteristik kapasitor kelas I

 

Tabel-3 : Kode karakteristik kapasitor kelas II dan III 

7.  Toleransi

Seperti komponen lainnya, besar kapasitansi nominal ada toleransinya. Tabel diatas menyajikan nilai toleransi dengan kode-kode angka atau huruf  tertentu. Dengan table di atas pemakai dapat dengan mudah mengetahui toleransi kapasitor yang biasanya tertera menyertai nilai nominal kapasitor. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitasinya adalah 100nF dengan toleransi  +/-15%. Sekaligus dikethaui juga bahwa suhu kerja yang direkomendasikan adalah antara  -55Co sampai +125Co (lihat tabel kode karakteristik).

 

*File Lama Bahan Belajar Zaman Mahasiswa

Beberapa Rumus/Persamaan Yang Berlaku Pada Rangkaian Paralel

Sebenarnya rumus rangkaian paralel ini digunakan untuk menghitung besaran hambatan listrik pada rangkaian. Dimana hal tersebut merupakan kebalikan dari rangkaian seri itu sendiri.

 

Untuk menghitungnya, Kita bisa menggunakan rumus. Adapun rumus untuk menghitung rangkaian paralel adalah:

Keterangan:

Rtotal = hambatan total (ohm)

R1 = hambatan ke-1 (ohm)

R2 = hambatan ke-2 (ohm)

R3 = hambatan ke-3 (ohm)

 

Rumus-rumus yang berlaku dalam rangkaian paralel adalah rumus hukum Ohm, hukum Kirchoff, dan rumus hambatan pengganti (total).

Rumus hukum Ohm adalah:

 

V = I . R.....(1)

 

Sementara itu, hukum Kirchoff adalah hukum yang mengatur tentang percabangan pada rangkaian listrik.

 

Rumus hambatan pengganti (RP) bisa didapatkan dari penurunan rumus hukum Ohm berdasarkan analisis rangkaian paralel. Perhatikan gambar berikut ini:

 

 

 

Pada rangkaian paralel di atas, tegangan (V) pada setiap hambatan sama besar, walaupun nilai hambatannya (R) berbeda-beda. Secara matematis, dituliskan:

 

Vab = V1 = V2 = V3 .....(2)

 

Menurut Hukum I Kirchoff, kuat arus listrik yang melalui R1, R2, dan R3 adalah I1, I2, dan I3. Adapun kuat arus (I) antara titik a dan b adalah IP.

 

Pada rangkaian berlaku:

 

IP = I1 + I2 + I3 .......(3)

 

Oleh karena I1 = Vab/R1, I2 = Vab/R2, I3 = Vab/R3, dan IP = Vab/RP, maka:

 

Vab/RP = Vab/R1 + Vab/R2 + Vab/R3 ........(4)

 

1/RP = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 .......(5, Rumus Hambatan Pengganti Rangkaian Paralel)

 

Dari rumus (5) dapat disimpulkan bahwa hambatan pengganti susunan paralel (RP) selalu lebih kecil daripada hambatan paling kecil yang terpasang pada rangkaian.

 

Khusus untuk dua hambatan R1 dan R2 yang disusun secara paralel, hambatan paralel penggantinya bisa dinyatakan dengan rumus:

 

RP = R1R2/R1 + R2.....(6)

 

Hambatan yang disusun secara paralel berfungsi sebagai pembagi arus dengan nilai perbandingan kuat arus pada rangkaian di setiap cabang adalah:

 

R1 : R2 : R3 = 1/I1 : 1/I2 : 1/I3.....(7)

 

*File Lama Zaman Mahasiswa