Pengertian Gelombang

Ketika kata gelombang melintas di pikiran kita, maka kita dapat membayangkan seperti ombak yang bergemuruh di pantai atau tali yang kita ayunkan ketas dan kebawah. Meskipun, topik ini tidak mencakup seperti gelombang pantai atau tali, tetapi itu mirip dengan apa yang akan kita bicarakan. Secara umum gelombang adalah energi yang ditransfer melalui getaran. Banyak orang yang sadar bahwa suara, cahaya, radio, uvrays dan semua jenis sinar yang ditemukan di planet ini dapat di kategorikan sebagai gelombang.

Untuk lebih jelasnya, Gelombang adalah getaran yang merambat melalui suatu medium. Gelombang dapat juga diartikan sebagai perpindahan energi melalui suatu medium. Gelombang dapat dibedakan menjadi :

1. Gelombang Mekanik Lihat contoh
Gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium. Contohnya : gelombang bunyi. gelombang mekanik memiliki dua macam gelombang yaitu :
   a. Gelombang Transversal Lihat contoh
   b. Gelombang Longitudinal Lihat contoh
Baca Perbedaan Gelombang Transversal  dan Gelombang Longitudinal

2. Gelombang Elektromagnetik Lihat contoh

Persamaan gelombang secara sederhna dapat dituliskan sbb :

y = A Sin ω.t

Persamaan gelombang berjalan dapat dinyatakan dengan :

y = A sin (ω.t – ωx/v ) atau
y = A sin (ω.t – k.x)

Catatan :
ω = 2πf = 2π/T
k = 2π/λ = ωx/v

Keterangan :

y = Simpanagan gelombang  (meter)
A = Amplitudo gelombang  (meter)
ω = kelajuan sudut  (rad/s)
t = Lamanya waktu (sekon)
k = Bilangan gelombang  (- )
x = Jarak titik ke sumber gelombang (meter)
f = Frekwensi gelombang (Hz)
T = Periode gelombang  (sekon)
λ = Panjang gelombang  (meter)

Contoh 1 : Sebuah gelombang memiliki persamaan y = 10 Sin 100πt, y dalam cm dan t dalam sekon. Berapakah besarnya simpangan gelombang diatas saat t = 0,002 sekon ?
Diketahui : y = 10 sin 100πt
Ditanya : y = ........ ? t = 0,002 sekon
y = 10 Sin 100πt
y = 10 Sin 100π(0,002)
y = 10 Sin 0,2π
y = 10 . 0,59
y = 5,9 cm

Fase (φ) dan beda Gelombang (Δφ)

Fase gelombang diartikan sebagai hasil perbandingan antara lamanya waktu dengan periode gelombang tersebut.
Besar fase gelombang dapat dihitung dengan rumus :
φ = (t/T - x/λ )
Beda fase atau selisih fase dapat dihitung dengan :
Δφ ¬= φ1 – φ0

Contoh 2 :
Persamaan gelombang berjalan dinyatakan dengan y = 0,2 Sin (120πt – 2,4πx), y dalam meter dan t dalam sekon. Hitunglah :
a. Kecepatan dan panjang gelombangnya !
b. Selisih fase di titik yang berjarak 40 cm saat t = 0,02 sekon
Diketahui : y = 0,2 Sin (120πt – 2,4πx)
Diatanya : a. v = ........... ? dan λ ........... ?
b. Δφ ....... ?
a. v = ω/k λ = 2π/k
v = 120π/2,4π λ = 2π/2,4π
v = 50 m.s-1 λ = 0,83 meter
b. Δφ ¬= φ1 – φ0
Δφ ¬= ( - ) – ( - )

Contoh Soal Fisika - Gelombang Lainya

Gelombang Stasioner

Gelombang Stasioner dihasilkan dari perpaduan antara dua gelombang yaitu gelombang yang datang dengan gelombang pantul.

Gelombang Stasioner Ujung bebas
y = 2A Cos (kx) sin (ω.t)

Gelombang Stasioner Ujung terikat
y = 2A Sin (kx) Cos(ω.t)

Gelombang Elektromagnetik

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang merambat dengan kecepatan 3 x 10⁸ m/s tanpa memerlukan zat perantara (medium), terbentuk oleh medan listrik dan medan magnet

Ciri-ciri gelombang elektromagnetik :

1. Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.
2. Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.
3. Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
4. Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal.
5. Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.
6. Gelombang elektromagnetik yang dususun atau diurutkan berdasarkan urutan frekwensi atau panjang gelombangnya disebut Spektrum gelombang elektromagnetik, contoh Spektrum gelombang elektromagnetik .

Hubungan antara Medan Listrik, Medan Magnet dan cepat rambat gelombang elektromagnetik dinyatakan dengan rumusan :

E_m = B_m c

Rapat Energi listrik dan Energi magnetik dapat dinyatakan dengan :

Intensitas gelombang elektromagnetik yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik dinyatakan dengan vektir poynting sbb :

Contoh penerapan gelombang dalam kehidupan sehari-hari :

Radio
Radio energi adalah bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan paling banyak adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Radar berguna untuk mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan bumi, mengukur curah hujan, pergerakan es di daerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang gelombang radar berkisar antara 0.8 – 100 cm.

Microwave
Panjang gelombang radiasi microwave berkisar antara 0.3 – 300 cm. Penggunaannya terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ aktif, pulsa microwave ditembakkan kepada sebuah target dan refleksinya diukur untuk mempelajari karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah Tropical Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur radiasi microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas hujan.

InfraredKondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut termogram digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri. Seorang pencuri tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan menyembunyikan alarm. Remote control berkomunikasi dengan TV melalui radiasi sinar inframerah yang dihasilkan oleh LED ( Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit, sehingga kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote control.

Ultraviolet
Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit.

Sinar X
Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang patah. Akan tetapi penggunaan sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama.

LATIHAN Soal Gelombang
1. Ditentukan persamaan gelombang y = 0,5 sin (0,25 x - 100 t) dimana t dalam detik, x dan y dalam cm, maka tentukanlah Amplitudo, Frekwensi, Panjang gelombang, Periode gelombang dan Kecepatan rambat gelombang.
2. Persamaan suatu gelombang di sebuah tali diberikan : y = 0,06 sin (8t - 5x) x dan y dalam meter ; t dalam detik Bila massa persatuan panjang tali = 0,01kg/m, tentukanlah : Frekwensi, Panjang gelombang, Kecepatan gelombang, Amplitudo dan Tegangan talinya.
3. Sebuah dawai bergetar, simpangannya sebagai fungsi waktu adalah y = 2 sin 0,16x cos 750 t , x dan y dalam cm dan t dalam detik. Tentukanlah :
a. Amplitudo dan kecepatan masing-masing komponen penyusun getaran tersebut.
b. Jarak antara simpul-simpul.
c. Kecepatan partikel dalam dawai pada posisi x = 5 dan t = 2.10-3 detik.
4. B adalah ujung terikat dari tali AB yang panjangnya 4 m. A digetarkan dengan amplitudo 3 cm dengan frekwensi 4 cps, sehingga pada tali terjadi gelombang transversal dengan cepat rambat 4 m/s. Titik P yang terletak 3 m dari A mempunyai simpangan berapa, jika titik A telah menggetar 2 detik.
5. Seutas tali yang panjangnya 12 m, meter. Tali direntangkan sedemikian sehingga ujung A bebas dan ujung B terikat. Titik C yang letaknya tepat di tengah-tengah tali digetarkan dengan periode detik dan dengan amplitudo 25 cm, sehingga baik ke kiri maupun ke kanan terjadi gelombang transversal dengan cepat rambat 10 m/s. Jika C digetarkan selama 1 detik, maka tentukanlah :
a. Besar simpangan titik D dan E yang terletak meter di sebelah kiri dan kanan titik C.
b. Amplitudo titik-titik tersebut.
6. Sepotong kawat panjangnya 10 meter yang ujungnya bertambat erat, sedang ujung lain digetarkan terus menerus dengan amplitudo 4 cm dan periode 0,1 detik. Jika cepat rambat yang terjadi 20 m/s, tentukanlah simpangan titik P yang terletak pada kawat sejauah 4 meter dari titik pantul.

Referensi : cepitem.blogspot.com