Gelombang Mekanik

  • Published on
    05-Dec-2014

  • View
    67

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<p>Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 1 TUGAS FISIKA RANGKUMAN MATERI, SOAL, DAN PEMBAHASAN GELOMBANG Disusun oleh : Ghina Khoerunisa 21 XII IPA 2 SMA NEGERI 24 BANDUNG Jalan A. H. Nasution 27, Bandung, Jawa Barat 2012 Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 2 I.Gelombang Mekanik Gelombang merupakan perambatan dari getaran. 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). A.Dibedakan berdasarkan: 1.Medium perambatan 2.Arah perambatan 1a)Gelombangmekanik,yaitugelombangyangperantaranyabutuhmedium.Misalnya: gelombangair,gelombangbunyi,gelombangslinki,gelombangbunyi,gelombang permukaan air, dan gelombang pada tali. 2a)Gelombangelektromagnetik,yaitugelombangyangperambatannyatidak memerlukanmedium.Misalnyagelombangcahaya, cahaya,sinarultraviolet,infra merah,gelombangradar,gelombangradio,gelombangTV,sinarX,dansinargamma () </p> <p>1b) Gelombangtransversal,yaitugelombangyangarahrambatannyategaklurus denganarahgetarannya.Contohgelombangtransversaladalahgelombangtali.Ketika kitamenggerakantalinaikturun,tampakbahwatalibergeraknaikturundalamarah tegak lurus dengan arah gerak gelombang.Gelombang mekanikGelomabang Elektromagnetik Gelombang tranversal (arah getarnya tegak lurus arah rambatnya Gelombang longitudinal (arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya) Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 3 Gelombang transversal pada tali Bentuk gelombang Tranversal pada tali 2b)Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarannya (misalnya gelombang slinki).Gelombang yang terjadi pada slinki yang digetarkan, searah dengan membujurnya slinki berupa rapatan dan regangan. Jarak dua rapatan yang berdekatan atau dua regangan yang berdekatan disebut satu gelombang. Contoh: getaran senar gitar yang dipetikG Arahgetaransejajardenganarahrambatangelombang.Serangkaianrapatandan regangan merambat sepanjang pegas.Rapatan merupakandaerahdi mana kumparan pegassalingmendekat,sedangkanreganganmerupakandaerahdimanakumparan pegas saling menjahui. Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan ataureganganyangberurutan.Salahsatucontohgelombanglogitudinaladalah gelombang suara di udara. Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 4 B.Persamaan Gelombang Berjalan Tv=atauf v . = t A y . . sin . e = C.Gelombang Stasioner Terjadiakibatperpaduan(interferensi)antaragelombangdatangdangelombang pantul 1.Gelombang stasioner ujung tetap Ket: v= kecepatan rambat = panjang gelombang T = periode f = frekuensi Ket: y = simpangan A= amplitudo e = kecepatan sudut ( f t e 2 = atau Tte2= ) t = waktu vx p pt A y . . sin . e = =|.|</p> <p>\|vxt A e . sin .atau|.|</p> <p>\|+vxt A e . sin .= |.|</p> <p>\|Tvxt Ate2. . sin .= |.|</p> <p>\|text A2. . sin .=( ) kx t A + . . sin . e( ) kx t A yp = . . sin . epo mendekati menjauhi f v . = . n = v T. = t 2= ksimpul 2 1y y y + ==( ) ( ) kx t A kx t A + e e . sin . . sin .=t kx A e . cos . . sin . 2kx A A . sin . 2'=Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 5 ( ) kx t A y = e . sin .1gel.datang ( ) t e + + = kx t A y . sin .2gel.pantul =( ) kx t A + e . sin . 2.Gelombang stasioner ujung bebas ( ) kx t A y = e . sin .1gel.datang ( ) kx t A y + = e . sin .2gel.pantul Letak simpul dan perut pada gelombang stasioner a.Letak simpul dan perut pada gelombang stasioner ujung tetap Letak simpul Letak perut b.Letak simpul dan perut pada gelombang stasioner ujung bebas Letak simpul Letak perutperut 2 1y y y + ==( ) ( ) kx t A kx t A + + e e . sin . . sin .=kx t A . cos . . sin . 2 et A A e . sin . 2'=,... 2 , 1 , 0 ;421= =+n n xn ( ) ,... 2 , 1 , 0 ;41 21= + =+n n xn ( ) ,... 2 , 1 , 0 ;41 21= + =+n n xn ,... 2 , 1 , 0 ;421= =+n n xn Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 6 D.Hukum MELDE Hukum Melde mempelajari tentang besaran-besaran yang mempengaruhi cepat rambat gelombang transversal pada tali. Melalui percobaannya Melde menemukan bahwa cepat rambatgelombangpadadawaisebandingdenganakargayategangantalidan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai. Cepatrambatgelombangdalamkawatberbandingterbaliknilaidenganakarmassa persatuan panjang kawat. Jikamassapersatuanpanjangkawatinidimisalkanataudilambangkan,makadapat dirumuskan: Dengan:v = cepat rambat gelombang dalam kawat (tali, dawai) F = gaya tegangan kawat m = massa persatuan panjang kawat k = faktor pembanding, yang dalam SI harga k = 1. E.Sifat Sifat Gelombang 1.Dispersi gelombang Dispersigelombangadalahperubahanbentukgelombangketikagelombang merambat melalui suatu medium.2.Pemantulan 3.Pembiasan Pembelokan gelombang dinamakan pembiasan. 4.Difraksi gelombang Lenturan gelombang akibat dari celah penghalang disebut Difraksi gelombang. 5.Interferensi gelombang Gelombanggelombangyangberpaduakanmempengaruhimedium.Pengaruh darigelombanggelombangyangberpadutersebutdisebutInterferensi gelombang.6.Polarisasi gelombang Polarisasi dapat menghambat laju gelombang. Efeknya hanya dialami gelombang transversal. Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 7 Latihan Soal 1.Gelombang air laut mendekati mercu suar dengan cepat rambat 7 m/s. Jarak antara dua dasar gelombang yang berdekatan5 m. Tentukan: (a)frekuensi, (b) periode gelombang </p> <p>Diketahui : = 5 m. Ditanyakan : a) f b) T Jawab : (a) Frekuensiv = f atau f = = (b)PeriodeT = = </p> <p>2.Seutas tali yang panjangnya 8 m direntangkan lalu digetarkan. Selama 2 sekon terjadi gelombang. Tentukan , f, T, dan v. </p> <p>Diketahui : t = 2s 4 = 8 m Ditanyakan : a) b) f c)T d) v Jawab : Dari gambar terjadi gelombang sebanyak 4 . a) 4 = 8 m,= 8/4 = 2 m b)Selama 2 sekon terjadi 4 atau selama 1 sekon terjadi 2 Jadi, f = 2 gelombang / sekon atau f = 2 Hz c)T = 1/f = sekond)v = f = 2 m x 2 Hz = 4 m/s </p> <p>3.Gelombang merambat dari sumber P melalui titik Q. Simpangan getar gelombang di titik p memenuhi : y= 0,02 sin 10 (2t x/20). Semua besaran dalam satuan SI. Tentukan : a. amplitudo gelombang b. periode gelombang c. frekuensi gelombang Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 8 d. panjang gelombang e. cepat rambat gelombang Diketahui: y = 0,02 sin 10 (2t x/20 = 0,02 sin 2(10t x/4) Ditanyakan : a) A b) T c)fd) e) v Jawab: Bentuk umum persamaan gelombang berjalan y = A sin 2 Jadi dapat diperoleh : a. amplitudo : A = 0,02 m b. periode : T =1/10 = 0,1 s c. frekuensi : f = 1/T= 10 Hz d. panjang gelombang : = 4 m e. cepat rambat gelombang:v = . f = 4 . 10 = 40 m/s. d. cepat rambat gelombang v = .f= 2,5 . 2 = 5 m/s </p> <p> Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 9 II. Gelombang Bunyi Sifat-sifatbunyipadadasarnyasamadengansifat-sifatgelombanglongitudinal,yaitu dapat dipantulkan (refleksi), dibiaskan (refraksi), dipadukan (interferensi),dilenturkan (difraksi) dan dapat diresonansikan. Sepertitelahdisinggungdiatas,bunyimemerlukanmediumpadasaatmerambat. Mediumtersebutdapatberupazatpadat,zatcair,maupunzatgas.Bunyitakdapat merambat pada ruang hampa Ada beberapa syarat bunyi dapat terdengar telinga kita. Pertama, adanya sumber bunyi. Kedua, ada mediumnya. Ketiga, bunyi dapat didengar telinga bila memiliki frekuensi 20 -20.000Hz.Berdasarkanbatasanpendengaranmanusiaitugelombangdapatdibagi menjaditigayaituaudiosonik(20-20.000Hz),infrasonik(dibawah20Hz)dan ultrasonik (di atas 20.000 Hz).1.Cepat Rambat Bunyi a.Medium zat padat Keteranganv:Cepat rambat bunyi pada zat padat (m/s) E:Modulus Young medium (N/m2) (E = 2,0 1011 Pa ) :Massa jenis medium (kg/m3) b.Medium zat cair v : Cepat rambat bunyi pada sat cair (m/s) B: Modulus Bulk medium (N/m2) : Massa jenis medium (kg/m3) c.Medium zat gas Keterangan : Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 10 v:Cepat rambat bunyi pada zat gas (m/s) :Konstanta Laplace R:Tetapan umum gas (8,31 J/molK) T:Suhu mutlak gas (K) M:Massa atom atau molekul relatif gas (kg/mol) 2.Pembiasan Gelombang Bunyi Padasianghari,udarapadalapisanataslebihdingindaripadalapisanbawah. Cepatrambatbunyipadasuhudinginadalahlebihkecildaripadasuhupanas. Dengandemikian,kecepatanbunyipadalapisanudaraataslebihkecildaripada kecepatanbunyipadalapisanudarabawah,karenamediumpadalapisanatas lebihrapatdarimediumpadalapisanbawah.Jadi,padasianghari,bunyipetir yangmerambatdarilapisanudaraatasmenujukelapisanudarabawahakan dibiaskan menjauhi garis normal Gambar 3.2. Pembiasan gelombang bunyi Padamalamhari,terjadikondisisebaliknya,udarapadalapisanbawah(dekat tanah)lebihdingindaripadaudarapadalapisanatas.Dengandemikian, kecepatanbunyipadalapisanbawahlebihkecildaripadalapisanatas,karena mediumpadalapisanataskurangrapatdarimediumpadalapisanbawah.Jadi, pada malam hari, bunyi petir yang merambat dari lapisan udara atas menuju ke lapisanudarabawah(mediumnyalebihrapat)akandibiaskanmendekatigaris normal.Pembiasanbunyipetirmendekatigarisnormalpadamalamhariinilah yangmenyebabkanbunyigunturlebihmendekatkerumahAnda,dansebagai akibatnya Anda mendengar bunyi petir yang lebih keras. 3.Interferensi Bunyi Sepertihalnyapadacahaya,padabunyipunterjadiinterferensi.Untuk membuktikanadanyainterferensigelombangbunyidapatAndalihatpada bagian kegiatan ilmiah dari buku ini. Bunyi kuat terjadi ketika superposisi kedua gelombang bunyi pada suatu titik adalah sefase atau memiliki beda lintasan yang merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang bunyi.Bunyi kuat s = n; n = 0, 1, 2, 3, . . . Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 11 n = 0, n = 1, dan n = 2, berturut-turut untuk bunyi kuat pertama, bunyi kuat kedua, dan bunyi kuat ketiga. Bunyilemahterjadiketikasuperposisikeduagelombangbunyikuatpertama, bunyikuatkedua,danbunyikuatketiga.Interferensidestruktifjikakedua gelombang yang bertemu pada suatu titik adalahberlawanan fase atau memiliki beda lintasan, Bunyi lemah s =; n = 0, 1, 2, 3, . . . n = 0, n = 1, n = 2, berturut-turut untuk bunyi kuat pertama, bunyi kuat kedua, dan bunyi kuat ketiga. 4.Resonansi Bunyi Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada bendalain yangbergetardanmemilikifrekuensiyangsamaataukelipatanbilanganbulat darifrekuensiitu.Resonansisangatbermanfaatdalamkehidupansehari-hari. Misalnya,resonansibunyipadakolomudaradapatdimanfaatkanuntuk menghasilkanbunyi.Untukmengetahuiprosesresonansi,kitatinjaudua garputala yang saling beresonansi seperti berikut Gambar 3.4. Dua garputala yang saling beresonansi Jika garputala dipukul, garputala tersebut akan bergetar. Frekuensi bunyi yang dihasilkan bergantung pada bentuk, besar, dan bahan garputala tersebut. Resonansi pada kolom air Apabilapadakolomudarayangterletakdiataspermukaanairdigetarkan sebuah garputala, molekul-molekul di dalam udara tersebut akan bergetar.Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 12 Gambar 3.5. Sebuah kolom udara di atas permukaan air digetarkan oleh sebuah garputalaSyarat terjadinya reronansi, yaitu: (a) pada permukaan air harus terbentuk simpul gelombang; (b) pada ujung tabung bagian atas merupakan perut gelombang. Peristiwaresonansiterjadisesuaidengangetaranudarapadapipaorgana tertutup. Jadi, resonansi petama akan terjadi jika panjang kolom udara di atas air , resonansi ke dua , resonansi ke tiga 5/4 , dan seterusnya. Kolomudarapadapercobaanpenentuanresonansidiatasberfungsisebagai tabungresonator.Peristiwaresonansiinidapatdipakaiuntukmengukur kecepatanperambatanbunyidiudara.Agardapatterjadiresonansi,panjang kolom udaranya adalah l = (2n-1) dengan n = 1, 2, 3, . . . Berdasarkanpenjelasantersebut,dapatditentukanbahwaresonansi bertuturutandapatAndadengarapabilasuaturesonansidenganresonansi berikutnyamemilikijarakl=.Jikafrekuensigarputaladiketahui,cepat rambat gelombang bunyi di udara dapat diperoleh melalui hubungan: v= f .................................................... 5.Gelombang bunyi pada dawai Polagelombangstasionerketikaterjadinadadasar(harmonikpertama),nadaatas pertama(harmonikkedua)dannadaataskedua(harmonikketiga)ditunjukkan pada gambarTugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 13 Gambar 3.6. Pola Panjang Gelombang pada Dawai. Frekuensi nada yang dihasilkan tergantung pada pola gelombang yang terbentuk. Secara umum, ketiga panjang gelombang di atas dapat dinyatakan dengan persamaan : Dengan demikian, frekuensi nada yang dihasilkan dawai memenuhi persamaan : </p> <p>Keterangan : v:Cepat rambat gelombang pada dawai (m/s) fn:Frekuensi nada ke-n (Hz) n :Panjang gelombang ke-n L:Panjang dawai n:Bilangan yang menyatakan nada dasar, nada atas ke-1, dst. (0, 1, 2, ...) 6.Pipa Organa Pipaorganamerupakansemuapipayangberonggadidalamnya,bahkanAnda dapatmembuatnyadaripipaparalon.Pipaorganainiadaduajenisyaitupipa organaterbukaberartikeduaujungnyaterbukadanpipaorganatertutup berarti salah satu ujungnya tertutup dan ujung lain terbuka. Kedua jenis pipa ini memiliki pola gelombang yang berbeda. Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 14 1.Pipa Organa Terbuka Jika pipa organa ditiup, maka udara-udara dalam pipa akan bergetar sehingga menghasilkanbunyi.Gelombangyangterjadimerupakangelombang longitudinal.Kolomudaradapat beresonansi,artinyadapatbergetar. KenyataaninidigunakanpadaalatmusikyangdinamakanOrgana,baik organadenganpipatertutupmaupunpipaterbuka.Panjangkolomudara (pipa) sama dengan (jarak antara perut berdekatan). Gambar: 3.7. Organa Terbuka Dengan demikianL =atau 1= 2L Dan frekuensi nada dasar adalah f1 = Padaresonansiberikutnyadenganpanjanggelombang2disebutnadaatas pertama,ditunjukkanpadaGambar3.7b.Initerjadidenganmenyisipkan sebuahsimpul,sehinggaterjai3perutdan2simpul.Panjangpipasama dengan 2. Dengan demikian, L = 2 atau 2 = L Dan frekuensi nada atas kesatu ini adalah f2 = Tampaknyapersamaanfrekuensiuntukpipaorganaterbukasamadengan persamaan frekuensi untuk tali yang terikat kedua ujungnya. Oleh karena itu, persamaanumumfrekuensialamiataufrekuensiresonansipipaorgana harussamadenganpersamaanumumuntuktaliyangterikatkedua ujungnya, yaitu ............................................................ Denganv=cepatrambatbunyidalamkolomudaradann=1,2,3,....Jadi, padapipaorganaterbukasemuaharmonik(ganjildangenap)muncul,dan frekuensiharmonikmerupakankelipatanbulatdariharmonikkesatunya. Tugas Fisika (Ghina Khoerunisa XII IPA 2)Page 15 Flutedanrekorderadalahcontohinstrumenyangberprilakusepertipipa organa terbuka dengan semua harmonik muncul. 2.Pipa Organa Tertutup jikaujungpipaorganatertutup,makapipaorganaitudisebutpipaorgana tertutup.Padaujungpipatertutup,udaratidakbebasbergerak,sehingga pada ujung pipa selalu terjadi simpul. Tiga keadaan resonansi di dalam pipa organa tertutup ditunjukkan pada gambar Gambar 3.8. Organa TertutupPola gelombang untuk nada dasar ditunjukkan pada gambar 3.8a, yaitu terjadi 1 perut dan 1 simpul. Panjang pipa sama dengan (jarak antara simpul dan perut berdekatan).Dengandemikian,atau1=4L,danfrekuensinadadasar adalah .................................. Polaresonans...</p>