Artikel ini membahas tentang rumus cepat rambat gelombang beserta contoh soal dan jenis-jenis gelombang.
Hai Sobat Zenius! Kali ini, kita bakal ngobrol soal gelombang. Pasti lo sering denger kata ‘gelombang’, tapi artinya apa, ya?
Definisi gelombang adalah getaran yang merambat dari suatu titik ke titik lainnya melalui suatu media atau ruang hampa. Menurut Prof. Yohanes Surya, Ph.D. dalam buku berjudul Getaran dan Gelombang [2009], getaran yang merambat ini menghantarkan energi dan bergerak dalam kecepatan tertentu, namun tidak menyeret materi atau media yang dilewati.
Lo sadar gak, kalau sebenarnya lo sering ‘menciptakan’ gelombang dalam kegiatan sehari-hari? Gelombang dapat muncul dan dihantarkan pada berbagai media atau benda, mulai dari permukaan air, bunyi, cahaya, hingga gempa. Contohnya, ketika lo mengeluarkan suara sekecil apapun, maka lo sudah menciptakan gelombang bunyi yang merambat melalui udara di sekitar.
Pada artikel kali ini, kita akan membahas cara mengetahui cepat rambat getaran yang bergerak atau gelombang tersebut; sederhananya, kita akan mengukur jarak yang ditempuh getaran yang merambat pada waktu tertentu.
Tapi, sebelum membahas lebih jauh soal rumus cepat rambat gelombang, kita belajar soal gelombang dulu, ya!
Gelombang dapat diklasifikan menjadi dua jenis berdasarkan arah rambat getarannya, yakni Gelombang Transversal dan Gelombang Longitudinal.
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:
Seperti tertulis pada gambar, terdapat beberapa istilah yang bisa lo gunakan untuk mengidentifikasi bagian-bagian Gelombang Transversal, yaitu:
Puncak Gelombang / Gunung: titik tertinggi gelombang
Dasar Gelombang / Lembah: titik terendah gelombang
Bukit Gelombang: bagian gelombang yang menyerupai gunung, ditandai dengan Puncak Gelombang yang menghubungkan dua dasar/lembah
Panjang Gelombang: jarak antara dua puncak atau dua lembah gelombang
Amplitudo [A]: simpangan terjauh dari garis keseimbangan
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.
Sekarang kita bahas jenis gelombang kedua, yakni…
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:
Terdapat beberapa bagian pada gelombang longitudinal yang digunakan untuk mengidentifikasi gelombang tersebut.
Rapatan: daerah di sepanjang gelombang yang memiliki rapatan atau tekanan molekul yang lebih tinggi
Renggangan: daerah di sepanjang gelombang yang memiliki rapatan atau tekanan molekul yang lebih rendah
Panjang 1 Gelombang: Jarak antara dua rapatan atau antara dua renggangan yang saling berdekatan
Rumus Cepat Rambat Gelombang
Kalo tadi kita sudah membahas jenis-jenis gelombang, kali ini gue bakal menjelaskan cara menghitung cepat rambat suatu gelombang, atau jarak yang ditempuh gelombang dalam satu detik.
Rumus yang bakal kita pakai adalah rumus cepat rambat gelombang yang didasarkan pada rumus kecepatan. Bentuknya seperti ini:
V = s / t atau V = λ / T atau V = λ x f
KeteranganV = cepat rambat gelombang [m/s2]λ = panjang gelombang [m]T = periode [s]f = frekuensi [Hz]s = jarak [m]
t = waktu [s]
Berdasarkan ilmu fisika, gelombang didefinisikan sebagai perambatan energi dari satu tempat ke tempat lain tanpa menyeret materi yang dilewatinya. Pengertian gelombang tersebut tercantum dalam buku “Getaran dan Gelombang - Persiapan Olimpiade Fisika” oleh Prof. Yohanes Surya, Ph.D.
Misalnya, pada gelombang air, jika sebutir batu dijatuhkan pada air, maka akan timbul gangguan pada permukaan air. Gangguan tersebut tidak membawa atau menyeret materi yang dilewati pada permukaan air. Inilah yang disebut gelombang.
Beberapa jenis gelombang lain adalah gelombang tali, gempa, bunyi, radio, mikro dan cahaya. Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu mekanik dan elektromagnetik.
Gelombang mekanik contohnya gelombang air, bunyi, tali, dan gempa merambat melalui suatu medium yang dapat berupa zat padat, cair atau gas.
Sedangkan gelombang elektromagnetik contohnya adalah gelombang cahaya, radio dan mikro yang tidak membutuhkan medium untuk perambatannya.
Rumus Kecepatan Gelombang
Kecepatan gelombang atau cepat rambat gelombang merupakan perbandingan antara perpindahan satu panjang gelombang dan periodenya. Besar kecepatan gelombang merupakan perbandingan antara jarak satu panjang gelombang dan periodenya.
Rumus kecepatan gelombang adalah panjang gelombang dibagi periode gelombang atau ditulis dengan v = λ/T. Lambang λ [lambda] adalah panjang gelombang yang memiliki satuan meter [m]. Sedangkan T adalah periode gelombang memiliki satuan detik [s]. Maka, satuan kecepatan gelombang adalah m/s.
Panjang gelombang [λ] adalah jarak antara puncak ke puncak yang berurutan atau jarak antara dasar ke dasar yang berurutan. Sedangkan periode gelombang [T] adalah waktu yang diperlukan untuk terjadinya satu gelombang, yaitu waktu yang berlalu antara satu titik puncak berurutan yang melewati titik yang sama pada ruang.
Menghitung kecepatan gelombang juga dapat menggunakan frekuensi [ƒ], yaitu jumlah gelombang dalam satu sekon. Satuan frekuensi adalah Hertz [Hz], rumusnya adalah T = 1/ƒ atau ƒ = 1/T sehingga rumus kecepatan gelombang juga dapat ditulis v = λƒ.
Contoh soal 1
Salah satu ujung seutas tali diikat, sedangkan ujung yang lain digetarkan naik-turun dengan periode 0,2 s sehingga terbentuk dua bukit dan satu lembah. Jika jarak penggetar dengan tiang pengikat 1,5 m, tentukan kecepatan gelombang yang terbentuk!
Pembahasan:
Diketahui: T = 0,2 s
Cari frekuensi gelombang menggunakan rumus periode gelombang.
T = 1/ƒ
0,2 = 1/ƒ
ƒ = 5 Hz
Diketahui terbentuk dua bukit dan satu lembah dengan panjang 1,5 meter. Ingat, panjang gelombang adalah satu bukit dan satu lembah, maka panjang gelombang adalah 3/2 λ.
Hitung panjang satu gelombang sebagai berikut.
3/2λ = 1,5 m
λ = ⅔ [1,5] = 1 m
Jadi, panjang λ adalah 1 meter. Hitung kecepatan gelombang menggunakan rumus berikut.
v = λƒ
v = 1 × 5 = 5 m/s
Maka, kecepatan gelombang adalah 5 m/s.
Contoh soal 2
Pada permukaan air laut terdapat dua buah gabus yang terpisah satu sama lain sejauh 60 cm. Keduanya naik turun bersama permukaan air laut sebanyak 20 kali selama 10 sekon.
Jika salah satu gabus di puncak gelombang dan gabus yang lain di lembang gelombang, sedangkan di antara kedua gabus terdapat satu bukit gelombang, maka kecepatan gelombangnya adalah…
Pembahasan:
Diketahui n = 1,5; l = 60 cm; ƒ = 2 Hz.
nλ = l
1,5λ = 60
λ = 40 cm
Gunakan rumus kecepatan gelombang.
v = λƒ
v = 40 × 2 = 80 cm/s.
Jadi, kecepatan gelombang tersebut adalah 80 cm/s.
Pengertian Gelombang
Gelombang didefinisikan sebagai getaran yang merambat atau berjalan. Definisi tersebut tercantum dalam buku “Hafalan Rumus Fisika SMA” oleh penerbit Cmedia.
Untuk memahami gelombang, perhatikan gambar berikut.
Gambar Gelombang [Katadata]
Keterangan:
- Titik B-B' adalah amplitudo [simpangan terbesar].
- Titik B-F dan titik D-H adalah satu panjang gelombang.
- Titik A-I adalah panjang tali.
- Titik A-B-C dan E-F-G adalah bukit.
- Titik C-D-E dan E-F-G adalah lembah.
- Satu gelombang terdiri dari satu bukit dan satu lembah. Hubungan antara panjang tali dengan panjang gelombang adalah: nλ = l. n adalah banyak gelombang, λ adalah panjang gelombang dan l adalah panjang tali.
- Periode gelombang [T] adalah t/n.
Contoh soal
Gelombang air laut menyebabkan permukaan air naik turun dengan periode 2 sekon. Jika jarak antara dua puncak gelombang 5 m, maka gelombang akan mencapai jarak 10 m dalam waktu…
Pembahasan:
Diketahui: t = 2 sekon; l = 5 m; n = 1.
T1 = T2
t1÷n1 = t2÷n2
t2 = t1 ÷ n1 × n2
t2 = 2 ÷ 1 × 2 = 2
Jadi, gelombang akan mencapai jarak 10 m dalam waktu 2 sekon.
Macam-Macam Gelombang
Gelombang dibagi menurut medium perambatan serta arah getar dan rambat sebagai berikut.
Berdasarkan medium perambatannya:
- Gelombang mekanik: Jenis gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium. Contohnya, gelombang bunyi dan gelombang tali.
- Gelombang elektromagnetik: Jenis gelombang yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium. Contohnya, gelombang cahaya
Berdasarkan arah getar dan arah perambatannya:
- Gelombang transversal: Arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatannya. Contohnya gelombang tali dan gelombang cahaya.
- Gelombang longitudinal: Gelombang yang arah getarannya searah dengan arah rambatannya. Contohnya, gelombang bunyi.
Sifat-Sifat Gelombang
Sifat-sifat gelombang dijelaskan sebagai berikut.
a. Dapat dipantulkan [Refleksi]
Hukum pemantulan menyatakan bahwa "sudut datang sama dengan sudut pantul gelombang". Secara matematis dituliskan θi = θr.
b. Dapat dibiaskan [Refraksi]
Pembiasan adalah fenomena pembelokan gelombang akibat adanya perbedaan indeks bias zat perantara. Contohnya, sinar laser yang berada di darat ditembakkan ke dalam air.
Menurut hukum Snellius tentang teori pembiasan, menyatakan bahwa:
- Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.
- Sinar datang membentuk sudut θi terhadap garis normal dan sinar pantul membentuk sudut θr terhadap garis pantul. Rumusnya adalah n1×Sinθi = n2×Sinθr. Untuk mencari n gunakan rumus n = c/v dengan n adalah indeks bias, c adalah cepat rambat gelombang di ruang hampa, dan v adalah cepat rambat gelombang di dalam medium.
c. Interferensi [Perpaduan Gelombang]
Interferensi adalah perpaduan antara dua gelombang cahaya. Interferens terjadi jika kedua gelombang bersifat koheren dan akan dikatakan koheren jika kedua gelombang memiliki amplitudo, frekuensi yang sama, dan fase gelombang yang bersifat tetap.
d. Difraksi [Pelenturan Cahaya]
Difraksi adalah peristiwa dimana cahaya melewati celah sempit [dimana lebar celah sempit lebih kecil dari pada panjang gelombangnya].
e. Polarisasi
Polarisasi adalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari sebuah gelombang transversal. Konsep polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal.
Itulah penjelasan tentang rumus kecepatan gelombang serta contoh soal dan pembahasannya.