Gambar Sampul Fisika · a_BAB 1 GEJALA GELOMBANG
Fisika · a_BAB 1 GEJALA GELOMBANG
Sri Handayani

24/08/2021 15:48:19

SMA 12 K-13

Lihat Katalog Lainnya
Halaman
SIKA3FI
Sri HandayaniAri DamariFISIKAUntuk SMA dan MA Kelas XII3
Ukuran Buku : 17,6 X 25 cmFont: Times New Roman, Albertus Extra BoldPenulis: Sri HandayaniAri DamariDesign Cover : SamsoelEditor: Sri Handayani, Ari DamariIlustrasi: Joemady, SekarSetting: Dewi, Wahyu, Watik, Eni, NoviLay Out: Wardoyo, AntonHak Cipta pada Departemen Pendidikan NasionalDilindungi Undang-undangHak cipta buku ini dibeli oleh Departemen Pendidikan Nasionaldari Penerbit CV. Adi PerkasaFISIKAUntuk SMA dan MA Kelas XIIDiterbitkan oleh Pusat PerbukuanDepartemen Pendidikan NasionalTahun 2009Diperbanyak oleh ...530.07SRI SRI Handayani f Fisika 3 : Untuk SMA/MA Kelas XII / penulis, Sri Handayani, Ari Damari ; editor, Sri Handayani, Ari Damari ; illustrasi, Joemady, Sekar. -- Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009. vi, 154 hlm. : ilus. ; 25 cm. Bibliografi : hlm. 152 Indeks ISBN 978-979-068-166-8 (No. Jilid Lengkap) ISBN 978-979-068-173-6 1.Fisika-Studi dan Pengajaran I. Judul II. Sri Handayani. III. Ari Damari IV. Joemady V. Sekar
KATA SAMBUTANPuji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia-Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008,telah membeli hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untukdisebarluaskan kepada masyarakat melalui situs internet (website) JaringanPendidikan Nasional.Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikandan telah ditetapkan sebagai buku teks pelajaran yang memenuhi syarat kelayakanuntuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri PendidikanNasional Nomor 27 Tahun 2007 tanggal 25 Juli 2007.Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada para penulis/penerbit yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada DepartemenPendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para siswa dan guru di seluruhIndonesia.Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada DepartemenPendidikan Nasional ini, dapat diunduh (down load), digandakan, dicetak,dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun, untuk penggandaan yangbersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkanoleh Pemerintah. Diharapkan bahwa buku teks pelajaran ini akan lebih mudah diaksessehingga siswa dan guru di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang beradadi luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini.Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada para siswakami ucapkan selamat belajar dan manfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kamimenyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, sarandan kritik sangat kami harapkan.Jakarta, Februari 2009Kepala Pusat Perbukuaniii
KATA PENGANTARBuku Fisika SMA XII ini merupakan buku yang dapat digunakan sebagai buku ajarmata pelajaran Fisika untuk siswa di Sekolah Menengah Atas (SMA) dan Madrasah Aliyah(MA). Buku ini memenuhi kebutuhan pembelajaran Fisika yang membangun siswa agar memilikisikap ilmiah, objektif, jujur, berfikir kritis, bisa bekerjasama maupun bekerja mandiri sesuaidengan tuntutan kurikulum tersebut.Untuk memenuhi tujuan di atas maka setiap bab buku ini disajikan dalam beberapapoin yaitu : penjelasan materi yang disesuakan dengan pola berfikir siswa yaitu mudahditerima,contoh soal dan penyelesaian untuk mendukung pemahaman materi dengan disertaisoal yang dapat dicoba, latihandisetiap sub-bab untuk menguji kompetensi yang telahdikuasai,penting yang berisi konsep-konsep tambahan yang perlu diingat, rangkumanuntuk kilas balik materi penting yang perlu dikuasai, dan evaluasi bab disajikan sebagaievaluasi akhir dalam satu bab dengan memuat beberapa kompetensi dasar.Penyusun menyadari bahwa buku ini masih ada kekurangan dalam penyusunannya,namun penyusun berharap buku ini dapat bermanfaat bagi bapak/ ibu guru dan siswa dalamproses belajar mengajar. Kritik dan saran dari semua pengguna buku ini sangat diharapkan.Semoga keberhasilan selalu berpihak pada kita semua.Penyusuniv
DAFTAR ISIKATA SAMBUTAN .......................................................................................... iiiKATA PENGANTAR ....................................................................................... ivDAFTAR ISI ....................................................................................................vBAB 1GEJALA GELOMBANG ...............................................................1A. Pengertian Gelombang ..................................................................2B. Gelombang Berjalan .....................................................................5C. Gelombang Stasioner ....................................................................9D. Sifat-Sifat Gelombang ................................................................... 14Rangkuman Bab 1 .............................................................................. 15Evaluasi Bab 1 ................................................................................... 16BAB 2BUNYI ............................................................................................ 17A. Pendahuluan ................................................................................. 18B. Tinggi Nada dan Pola Gelombang ................................................. 19C. Intensitas dan Taraf Intensitas ........................................................ 24D. Efek Doppler dan Pelayangan ....................................................... 28Rangkuman Bab 2 .............................................................................. 32Evaluasi Bab 2 ................................................................................... 33BAB 3CAHAYA .......................................................................................... 35A. Interferensi Cahaya ....................................................................... 36B. Difraksi Cahaya ............................................................................ 41C. Polarisasi Cahaya ......................................................................... 45Rangkuman Bab 3 .............................................................................. 48Evaluasi Bab 3 ................................................................................... 49BAB 4LISTRIK STATIS ........................................................................... 51A. Hukum Coulomb .......................................................................... 52B. Potensial dan Energi Potensial Listrik ............................................59C. Hukum Gauss ............................................................................... 62D. Kapasitor ..................................................................................... 68Rangkuman Bab 4 .............................................................................. 73Evaluasi Bab 4 ................................................................................... 74v
BAB 5INDUKSI MAGNET ...................................................................... 77A. Medan Magnet oleh Kawat Arus .................................................. 78B. Gaya Lorentz ................................................................................ 82Rangkuman Bab 5 .............................................................................. 87Evaluasi Bab 5 ................................................................................... 88BAB 6IMBAS ELEKTROMAGNETIK .................................................. 91A. Hukum Faraday ...........................................................................92B. Induksi Diri ..................................................................................98C. Rangkaian Arus Bolak Balik ......................................................... 102Rangkuman Bab 6 ............................................................................. 108Evaluasi Bab 6 .................................................................................. 109BAB 7RADIASI BENDA HITAM .......................................................... 111A. Radiasi Kalor .............................................................................. 112B. Teori Kuantum Planck ................................................................. 114Rangkuman Bab 7 ............................................................................ 117Evaluasi Bab 7 .................................................................................. 117BAB 8FISIKA ATOM ............................................................................. 119A. Perkembangan Teori Atom .........................................................120B. Atom Berelektron banyak ........................................................... 126Rangkuman Bab 8 ............................................................................ 128Evaluasi Bab 8 ................................................................................. 129BAB 9RELATIVITAS .............................................................................131A. Pendahuluan ..............................................................................132B. Relativitas Einstein .....................................................................134Rangkuman Bab 9 ...........................................................................139Evaluasi Bab 9 ................................................................................. 140BAB 10 FISIKA INTI ................................................................................141A. Gaya Ikat Inti, Energi Ikat Inti dan Defek Massa.......................... 142B. Radioaktivitas ............................................................................144C. Reaksi Inti .................................................................................. 146Rangkuman Bab 10 .......................................................................... 148Evaluasi Bab 10 ............................................................................... 149GLOSARIUM ................................................................................................ 150KETETAPAN FISIKA ...................................................................................151DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 152INDEKS .........................................................................................................154vi
Gejala Gelombang1GEJALA GELOMBANGJika kalian pergi ke pantai maka akan melihat ombak air laut. Ombak itu berupa puncak dan lembah dari getaran air laut yang berjalan. Kejadian itulah yang disebut gelombang. Contohnya lain dapat dilihat pada gambar di atas. Pada gambar tersebut menunjukkan gelombang tsunami yang terlihat memiliki kekuatan yang dahsyat. Apa sebenarnya gelombang itu, besaran-besaran apa yang dimiliki? Dan apakah peman-faatannya?Pertanyaan-pertanyaan di atas dapat kalian pelajari pada bab ini. Oleh sebab itu setelah belajar bab ini diharapkan kalian dapat :1. menjelaskan pengertian gelombang dan besaran-besaran yang dimiliki,2. menentukan besaran-besaran pada gelombang berjalan,3. menentukan superposisi gelombang berjalan menjadi gelombang stasioner,4. menerapkan hukum melde pada gelombang oada dawai.B A BB A B1Sumber: www.alam-leoniko.or.id
Fisika SMA Kelas XII2A. Pengertian GelombangGambar 1.1.Gelombang air(a)(b)Gambar 1.2.(a) gelombang transversal(b) gelombang longitudinalarah getararah rambat1. Terbentuknya gelombangCoba kalian buat getaran dan letakkan getaran itu pada air. Apa yang terjadi? Gejalanya dapat kalian lihat pada Gambar 1.1. Pada air itu akan terjadi gelombang. Jadi sebuah gelombang akan terjadi bila ada sumber yang berupa getaran dan ada yang merambatkannya.Pada gelombang tersebut terjadi perambatan energi getaran.2. Jenis-jenis gelombangDi alam ini banyak sekali terjadi gelombang. Contohnya ada gelombang air, gelombang tali, cahaya, bunyi, dan gelombang radio. Apakah semua gelombang itu sama? Ternyata semua gelombang itu dapat dikelom-pokkan menjadi beberapa jenis sesuai sifat kemiripannya contohnya dapat dibagi dengan dasar berikut.a. Berdasarkan arah rambat dan arah getarBerdasarkan arah rambat dan arah getarnya, gel-ombang dapat dibagi menjadi dua. Pertama, gelombang transversal yaitu gelombang yang arah rambat tegak lurus pada arah getarnya. Contohnya gelombang air, tali dan cahaya.Kedua, gelombang longitudinal yaitu gelombang yang arah rambat dan arah getarnya sejajar. Contohnya gelombang pegas dan bunyi. Perbedaan kedua gelombang ini dapat kalian lihat pada Gambar 1.2.b. Berdasarkan mediumnyaBerdasarkan mediumnya, gelombang juga dapat dibagi menjadi dua. Gelombang mekanik yaitu gelombang yang membutuhkan media dalam merambat. Contohnya gelombang tali dan bunyi. Apa yang terjadi jika ada dua orang astronot yang bercakap-cakap diruang hampa? Jaw-abnya tentu tidak bisa secara langsung dari percakapan antar bunyi dari mulutnya.Sedangkan adalagi gelombang yang tidak mem-butuhkan media dalam merambat. Gelombang ini dina-makan gelombang elektromagnetik. Contohnya cahaya, gelombang radio dan sinar-X.c. Berdasarkan amplitudonyaBerdasarkan amplitudonya, ternyata ada dua jenis juga. Ada gelombang yang amplitudonya tetap yaitu gel-ombang berjalan. Dan ada gelombang yang amplitudonya berubah sesuai posisinya yaitu gelombang stasioner. Dua jenis gelombang ini dapat kalian pahami pada sub bab berikutnya.arah getararah rambat
Gejala Gelombang3Gambar 1.3Panjang 1 gelombang pada :(a) gelombang transversal dan(b) gelombang longitudinal(a)(b)arah getarλλ3. Besaran-besaran pada gelombangDi kelas XI kalian telah belajar tentang getaran, masih ingat besaran-besaran yang dimiliki? Gelombang sebagai rambatan energi getaran memiliki besaran-besa-ran yang sama dan ada beberapa tambahan. Diantaranya adalah frekuensi dan periode.Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang terjadi tiap detik. Sedangkan periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk satu gelombang. a. f = b. T = ........................................(1.1) c. f = dengan f = frekuensi (Hz) T = periode (s) N = banyaknya gelombang t = waktu (s)Untuk gelombang transversal satu gelombang sama dengan dari puncak ke puncak terdekat atau dari lembah ke lembah terdekat. Sedangkan untuk gelombang longi-tudinal satu gelombang sama dengan dari regangan ke regangan terdekat atau dari rapatan ke rapatan terdekat.Berikutnya adalah besaran cepat rambat. Gelom-bang merupakan bentuk rambatan berarti memiliki ke-cepatan rambat. Sesuai dengan pengertian dasarnya maka cepat rambat ini dapat dirumuskan seperti berikut.v = Untuk satu gelombang dapat di tentukan besaran berikutnya yang perlu diketahui adalah panjang gelom-bang dan cepat rambat gelombang. Perhatikan Gambar 1.3. Panjang gelombang yang disimbulkan λ merupakan panjang satu gelombang atau jarak yang ditempuh untuk satu kali gelombang.v = atau v =λ . f ...................................(1.2)λλ
Fisika SMA Kelas XII4LATIHAN 1.1Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.gelombang, yang lainnya berada di lembah gelombang; sedangkan diantara kedua gabus itu terdapat satu bukit gelombang. Tentukan cepat rambat gelombang pada permukaan danau !3. Sebuah gelombang transversal mempunyai periode 4 detik. Jika jarak antara dua buah titik berurutan yang membentuk satu gelombang sebesar 8 cm, maka berapakah cepat rambat gelombang ?CONTOH 1.1Sebuah gelombang menjalar pada air. Dalam waktu 25 gelombang dapat menempuh jarak 10 m. Pada jarak tersebut terdapat 4 gelombang. Tentukan ferkuensi, periode, panjang gelombang, dan cepat rambat gel-ombang!Penyelesaiant = 2 s, S = 10 m, N = 4a. frekuensi gelombang : f = = = 2 Hzb. periodenya setara : T = = sc. panjang gelombang memenuhi :λ = = = 2,5 md. cepat rambat gelombang : v = λ f = 2,5 . 2 = 5 m/sGelombang dirambatkan dengan frekuensi 5 Hz. Gel-ombang tersebut menempuh jarak 15 m dalam waktu 5 s. Tentukan :a. periode gelombang,b. panjang gelombang,c. cepat rambat gelombang.1. Gelombang air laut menyebabkan permukaan air naik turun dengan periode 2 detik. Jika jarak antara dua puncak gelombang 5 meter maka gelombang akan mencapai jarak 10 meter dalam waktu t. Berapakah t ?2. Pada permukaan suatu danau terdapat dua buah gabus yang terpisah satu dari lainnya sejauh 60 cm. Keduanya turun naik bersama permukaan air dengan frekuensi 2 getaran per detik. Bila salah satu gabus berada di puncak bukit
Gejala Gelombang5Gambar 1.4Gelombang berjalan.B. Gelombang Berjalansumber gelombangSemua gelombang akan merambat dari sumber ke tujuannya. Gelombang inilah yang dinamakan gelombang berjalan. Pada gelombang berjalan ini perlu dipelajari simpangan dan fasenya. Perhatikan pada penjelasan beri-kut.1. Simpangan getar gelombangGelombang berjalan memiliki sifat pada setiap titik yang dilalui akan memiliki amplitudo yang sama. Perha-tikan gelombang berjalan dari sumber O ke titik p yang berjarak x pada Gambar 1.4. Bagaimana menentukan simpangan pada titik p? Simpangan tersebut dapat diten-tukan dari simpangan getarannya dengan menggunakan waktu perjalanannya. Jika O bergetar t detik berarti titik p telah bergetar tp detik dengan hubungan :Dan simpangan di titik p memenuhi yp = A sin (ω tp) = A sin ω (t - ) = A sin (ωt - )yp = A sin (ωt - kx) .....................(1.3)dengan : yp = simpangan dititik p (m) A = amplitudo gelombang (m)ω = frekuensi sudut k = bilangan gelombang x = jarak titik ke sumber (m) t = waktu gelombang (s)Nilai ω dan k juga memenuhi persamaan berikut.ω = 2πf = dan k = = Dengan substitusi persamaan di atas pada persamaan 1.3 dapat diperoleh bentuk lain simpangan getaran. yp = A sin 2π ( - ) .........................(1.4)PentingPersamaan 1.3 dan 1.4 berlaku jika getaran sumber bergerak ke atas dulu dari titik y = 0 (untuk t = 0). Jika ke bawah dulu maka y bernilai negatif (-). Nilai negatif pada (-) kx berarti gelombang menjauhi sumber, jika kebolehannya aku bernilai positif.Atp = t -
Fisika SMA Kelas XII6Perhatikan syarat berlakunya persamaan 1.3 dan 1.4 pada penjelasan penting di samping. Coba kalian cer-mati. Dengan syarat-syarat yang ada maka akan berlaku persamaan berikut. y = + A sin 2π () .......................... (1.5)CONTOH 1.2Gelombang merambat dari sumber O melalui titik p. Simpangan getar gelombang dititik p memenuhi : y= 0,02 sin 10π (2t - ). Semua besaran dalam satuan SI. Tentukan :a. amplitudo gelombangb. periode gelombangc. frekuensi gelombangd. panjang gelombange. cepat rambat gelombangPenyelesaiany = 0,02 sin 10π (2t - ) = 0,02 sin 2π (10t - )Bentuk umum persamaan 1.5y = A sin 2π ( - )Jadi dapat diperoleh :a. amplitudo : A = 0,02 mb. periode : T = = 0,1 sc. frekuensi : f = = 10 Hzd. panjang gelombang : λ = 4 me. cepat rambat gelombang: v = λ . f = 4 . 10 = 40 m/s.Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.4persamaan : y = 10-2 sin 4π (- )
Gejala Gelombang7Semua memiliki satua SI. Tentukan : amplitudo, peri-ode, frekuensi, panjang gelombang dan cepat rambat gelombang.2. Fase dan sudut fase gelombangBesaran yang juga penting untuk dipelajari adalah fase gelombang. Fase gelombang dapat didefinisikansebagai bagian atau tahapan gelombang. Perhatikan persamaan 1.5. Dari persamaan itu fase gelombang dapat diperoleh dengan hubungan seperti berikut.φ = ( - ) ...................................(1.6)dengan : φ = fase gelombang T = periode gelombang (s)λ = panjang gelombang (m) t = waktu perjalanan gelombang (s) x = jarak titik dari sumber (m)Dari fase gelombang dapat dihitung juga sudut fase yaitu memenuhi persamaan berikut.θ = 2πφ (rad) ...................................(1.7)Dari persamaan 1.6 dan 1.7 dapat diperoleh peru-musan beda fase dan beda sudut fase seperti persamaan berikut. Pada dua titik dengan pengamatan yang bersa-maan:φ = Pada satu titik yang dilihat pada waktu yang ber-lainan:φ = Dan beda sudut fase memenuhi: θ= 2φCONTOH 1.31. Gelombang berjalan simpangannya memenuhi:Semua besaran memiliki satuan dalam SI. Ten-tukan fase dan sudut fase pada titik berjarak 2 m dan saat bergerak 1/2 s! Penyelesaian t = s; x = 2 msudut fase gelombang memenuhi:y = 0,04 sin 20π (t - ).θ = 20π (t - )PentingDua gelombang dapat me-miliki fase yang sama dan dinormal-kan sefase. Dua gelombang akan sefase bila beda fasenya memenuhi:φ = 0, 1, 2, 3, .... atau θ = 0, 2π, 4π, ....Berarti dua gelombang yang berlawanan fase apabila berbeda fase :φ = atauθ= π, 3π, 5π....
Fisika SMA Kelas XII8LATIHAN 1.2Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.a. frekuensi gelombang ,b. panjang gelombang,c. cepat rambat gelombang,d. fase dua titik yang berjarak 50 m ! 3. Sebuah gelombang merambat dari sumber S ke kanan dengan laju 8 m/s, frekuensi 16 H, amplitudo 4 cm. Gelombang itu melalui titik P yang berjarak 219 m dari S. Jika S telah bergetar 211 detik, dan arah gerak pertamanya ke atas, maka berapakah simpangan titik P pada saat itu ? = 20π ( - ) = 6π radfasenya sebesar :φ = = = 3.2. Gelombang merambat dari titik P ke titik Q dengan frekuensi 2 Hz. Jarak PQ = 120 cm. Jika cepat rambat gelombang 1,5 m/s maka tentukan beda fase gelombang di titik P dan Q ! Penyelesaianf = 2 Hzv = 1,5 m/sλ = = = mx = 120 cm = 1,2 mBeda fase gelombang memenuhi :φ = φP - φQ = ( - ) - ( - ) = = = 0,16.1. Dua sumber bunyi A dan B berjarak 7 m. Kedua sumber bunyi sefase dengan frekuensi sama yaitu 179 Hz. Kecepatan bunyi di udara 346 m/s. Titik C terletak pada garis hubung A dan B, pada jarak 4 m dari A. Tentukan beda fase dua gelombang tersebut ! 2. Sebuah gelombang berjalan dengan persamaan : y = 0,02 sin π (50 t + x) m. Dari persamaan gelombang tersebut, tentukan :Suatu gelombang merambat sepanjang sumbu X dengan amplitudo 2 cm, cepat rambat 50 cm/s dan frekuensi 20 Hz. Dua buah titik pada sumbu X ber-jarak 4 cm, berapa beda sudut fasenya ?
Gejala Gelombang9C. Gelombang StasionerApa yang terjadi jika ada dua gelombang berjalan dengan frekuensi dan amplitudo sama tetapi arah berbeda bergabung menjadi satu? Hasil gabungan itulah yang dapat membentuk gelombang baru. Gelombang baru ini akan memiliki amplitudo yang berubah-ubah tergantung pada posisinya dan dinamakan gelombang stasioner. Bentuk gelombangnya dapat kalian lihat seperti Gambar 1.6. dan Gambar 1.7.Gelombang stasioner dapat dibentuk dari peman-tulan suatu gelombang. Contohnya pada gelombang tali. Tali dapat digetarkan disalah satu ujungnya dan ujung lain diletakkan pada pemantul. Berdasarkan ujung pemantulnya dapat dibagi dua yaitu ujung terikat dan ujung bebas.Gelombang stasioner adalah gelombang hasil superpo-sisi dua gelombang berjalan yang : amplitudo sama, frekuensi sama dan arah berlawanan. 1. Ujung terikatContoh gelombang stationer adalah gelombang tali yang ujung satunya digetarkan dan ujung lain diikat Kalian dapat memperhatikan gelombang stationer ujung terikat pada Gambar 1.6. Gelombang tersebut dibentuk dari dua gelombang yaitu gelombang datang dan gelombang pantul. Persamaan simpangan di titik P memenuhi perpaduan dari keduanya.Gelombang datang memiliki simpangan :y1 = A sin [t - k (l - x)]Sedangkan gelombang pantul memiliki simpangan:y2 = -A sin [t - k (l + x)]Perpaduan gelombang datang y1, dengan gelom-bang pantul y2 di titik p memenuhi :yp = y1 + y2= A sin [t - k (l - x)] - A sin [t - k (l + x)]Gambar 1.6Gelombang stasioner ujung terikat pyxsumber getargelombang berjalans4p3s3p2s2p1s1gelombang pantul
Fisika SMA Kelas XII10 = 2A cos (t - kl + kx + t - kl + kx) . sin (t - kl + kx -t + kl + kx) = 2A cos (2t - 2kl ) . sin (2kx)yp = 2A sin kx cos (t - kl ) .................. (1.8)Persamaan 1.8 terlihat bahwa gelombang stationer ujung terikat memiliki amplitudo yang tergabung pada posisinya yaitu memenuhi persamaan berikut.Ap = 2A sin kx ........................................... (1.9)2. Ujung bebasGelombang stationer ujung bebas dapat digambar-kan seperti pada Gambar 1.7.Gelombang stationer ujung bebas juga terbentuk dari dua gelombang berjalan yaitu gelombang datang dan gelombang pantul.Gelombang datang : y1 = A sin (t - k(l -x)]Gelombang pantul : y2 = A sin (t - k(l +x)]Perpaduannya dapat menggunakan analisa matematis yang sesuai dengan gelombang stationer ujung terikat. Coba kalian buktikan sehingga menghasilkan persamaan berikut.yp = 2A cos kx sin (t - 2kl ) ; dan Ap = 2A cos kx ......... (1.10)Jarak perut dan simpulPada gelombang stationer terjadi perut dan simpul, perhatikan Gambar 1.6 dan 1.7. Jika ingin mengetahui jarak dua titik maka dapat menggunakan sifat bahwa jarak perut dan simpul berdekatan sama dengan .PentingKalian tentu sudah belajar ten-tang trigonometri. Perhati-kan sifat berikut. sin A - sin B = 2 Cos [(pyxsumber getars3p3s2p2s1p1Gambar 1.7Gelombang stationer ujung be-bas
Gejala Gelombang11 xps = ............................... (1.11)CONTOH 1.4Tali sepanjang 2 m dilihat pada salah satu ujungnya dan ujung lain digetarkan sehingga terbentuk gelom-bang stationer. Frekuensi getaran 10 Hz dan cepat rambat gelombang 2,5 m/s. Tentukan jarak titik simpul ke-4 dari (a) titik pantul dan (b) titik asal getaran!Penyelesaianl = 2 mf = 10 Hzv = 2,5 m/s Perhatikan gambar gelombang stationer yang terjadi seperti Gambar 1.8.(a) Simpul ke 4 berjarak x dari pantulan dan besarnya memenuhi : x = (b) Jarak simpul ke 4 dari sumber gelombang me-menuhi: (l - x) = 2 - 0,375 = 1,624 mSetelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.Dengan soal yang sama pada contoh di atas, tentukan jarak :a. Simpul ke-5 dari titik asalb. Perut ke-7 dari titik asal3. Hukum MeldeHukum Melde mempelajari tentang besaran-besa-ran yang mempengaruhi cepat rambat gelombang trans-versal pada tali. Melalui percobaannya (lakukan kegiatan 1.1), Melde menemukan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai sebanding dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai.Gambar 1.8
Fisika SMA Kelas XII12Dari hasil percobaan itu dapat diperoleh perumusan sebagai berikut. v2 ~v2 ~Kegiatan 1.1Hukum MeldeTujuan : Menentukan hubungan dan F pada dawai yang digetarkan.Alat dan bahan : Tiker timer, benang, beban, peng-garis, power suply.Kegiatan :1. Rangkai alat seperti pada Gambar 1.9. Kemudian sambungkan tiker timer ke power suply sehingga benang dapat membentuk pola gelombang.2. Frekuensi gelombang sama dengan frekuensi geta-ran dan sama pula dengan frekuensi yang dihasilkan power suply biasanya f = 50 Hz.3. Gunakan beban m (F = mg) dan ukurlah panjang gelombang .4. Ulangi langkah (1) dan (2) dengan mengubah beban m.Tugas1. Catat semua data pada tabel.2. Buatlah grafik hubungan v2 dengan F.3. Buatlah simpulan.Gambar 1.9
Gejala Gelombang13LATIHAN 1.3CONTOH 1.5Cepat rambat gelombang transversal pada dawai yang tegang sebesar 10 m/s saat besar tegangannya 150 N. Jika dawai diperpanjang dua kali dan tegangannya dija-dikan 600 N maka tentukan cepat rambat gelombang pada dawai tersebut!PenyelesaianDari soal di atas dapat dibuatkan peta konsep dan beberapa metode penyelesaian seperti di bawah.v1 = 10 m/s, F1 = 150 N, l1 = lv2 = ? , F2 = 600 N, l2 = 2lDari data pertama dapat diperoleh massa persatuan panjang :v1 = 10 = 100 = m1 = 1,5 kg/mKeadaan keduaDawai jenisnya tetap berarti m2 = m1, sehingga v2dapat diperoleh :Pada percobaan Melde digunakan seutas benang yang panjangnya 2 m dan massanya 10 gram. Jika beban yang digunakan pada percobaan itu 200 gram (g = 10 ms-2), hitunglah kecepatan gelombang trans-versal pada benang!Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.Dawai tersebut digetarkan sehingga menghasilkan gelombang transversal stasioner. Berapakah besar kecepatan rambat gelombang ?3. Seutas tali panjang 40 m digetarkan transversal. Laju rambat gelombang transversal pada tali tersebut 50 m/s. Jika gaya tegangan pada tali tersebut 2,5 N, maka tentukan massa talipersatuan panjang !1. Seutas tali yang panjangnya 1,5 m salah satu ujungnya terikat dan ujung lainnya digetarkan terus menerus dengan periode 0,05 detik dan menghasilkan gelombang dengan laju 8 m/s. Setelah terbentuk gelombang stasioner, timbullah daerah simpul dan perut, berapakah jarak antaranya ?2. Seutas dawai yang panjangnya 1 meter dan massanya 25 gram ditegangkan dengan gaya sebesar 2,5 N.v2 = = = = 20 m/s
Fisika SMA Kelas XII14D. Sifat-Sifat GelombangKalian tentu sering menemui atau mengamati sifat-sifat gelombang. Sifat-sifat itu dapat dijelaskan sebagai berikut.1. Gelombang dapat mengalami pemantulanSemua gelombang dapat dipantulkan jika mengenai penghalang. Contohnya seperti gelombang stationer pada tali. Gelombang datang dapat dipantulkan oleh pengha-lang. Contoh lain kalian mungkin sering mendengar gema yaitu pantulan gelombang bunyi. Gema dapat terjadi di gedung-gedung atau saat berekreasi ke dekat tebing.2. Gelombang dapat mengalami pembiasanPembiasan dapat diartikan sebagai pembelokan gelombang yang melalui batas dua medium yang berbeda. Pada pembiasan ini akan terjadi perubahan cepat rambat, panjang gelombang dan arah. Sedangkan frekuensinya tetap.3. Gelombang dapat mengalami pemantulanInterferensi adalah perpaduan dua gelombang atau lebih. Jika dua gelombang dipadukan maka akan terjadi dua kemungkinan yang khusus, yaitu saling menguatkan dan saling melemahkan. Interferensi saling menguatkan disebut interferensi kontruktif dan terpenuhi jika kedua gelombang sefase. Interferensi saling melemahkan disebut interferensi distruktif dan terpenuhi jika kedua gelombang berlawa-nan fase.4. Gelombang dapat mengalami difraksiDifraksi disebut juga pelenturan yaitu gejala gelom-bang yang melentur saat melalui lubang kecil sehingga mirip sumber baru. Perhatikan Gambar 1.10. Gelombang air dapat melalui celah sempit membentuk gelombang baru.Gambar 1.10Peristiwa difraksi
Gejala Gelombang15Rangkuman Bab 11. Gelombang adalah rambat energi getaran.Besar-besarannya:a. periode Tb. frekuensi f T = c. cepat rambat vd. panjang gelombang λv = λ. f2. Gelombang berjalan:a. simpangan y = A sin (ωt - kx)y = A sin 2π ( - )b. fase φ = ( - )3. Hukum MeldeCepat rambat gelombang transversal pada dawai memenuhi:v = 4. Sifat-sifat gelombangSecara gelombang dapat mengalami : pemantulan, pembiasan, interferensi dan difraksi.
Fisika SMA Kelas XII16Evaluasi Bab 1. Suatu gelombang permukaan air yang frekuensinya 500 Hz merambat dengan kecepatan 350 ms-1. Jarak antara dua titik yang berbeda fase 60oadalah sekitar ....A. 64 cm D. 21 cmB. 42 cm E. 12 cmC. 33 cm2. Berdasarkan nilai amplitudonya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu ....A. gelombang mekanik dan gelombang stasionerB. gelombang elektromagnetik dan gelombang stasionerC. gelombang berjalan dan gelombang mekanikD. gelombang berjalan dan gelombang stasionerE. gelombang berjalan dan gelombang transversal3. Suatu gelombang dinyatakan dengan persamaan y = 0,20 sin 0,40 π (x – 60t). Bila semua jarak diukur dalam cm dan waktu dalam sekon, maka pernyataan berikut ini:(1) panjang gelombang bernilai 5 cm(2) frekuensi gelombangnya bernilai 12 Hz(3) gelombang menjalar dengan kecepatan 60 cm s-1(4) simpangan gelombang 0,1 cm pada posisi x = 35/12 cm dan saat t = 1/24 sekonyang benar adalah nomor ....A. 1, 2, 3 dan 4 D. 2 dan 4B. 1, 2 dan 3 E. 4C. 1 dan 34. Seutas tali yang panjangnya 4 m kedua ujungnya diikat erat-erat. Kemudian pada tali ditimbulkan gelombang sehingga terbentuk 8 buah perut, maka letak perut kelima dari ujung terjauh adalah ....A. 1,50 m D. 2,25 mB. 1,75 m E. 2,50 mC. 2,00 m5. Kecepatan rambat gelombang dalam dawai tegang dari bahan tertentu dapat diperkecil dengan ....A. memperpendek dawaiB. memperbesar massa dawai per satuan panjangC. memperbesar luas penampang dawaiD. memperbesar tegangan dawaiE. memperkecil massa jenis dawai6. Kawat untuk saluran transmisi listrik yang massanya 40 kg diikat antara dua menara tegangan tinggi yang jaraknya 200 m. Salah satu ujung kawat dipukul oleh teknisi yang berada di salah satu menara sehingga timbul gelombang yang merambat ke menara yang lain. Jika gelombang pantul terdeteksi setelah 10 sekon, maka tegangan kawat (dalam newton) adalah ....A. 40 D. 320B. 60 E. 420 C. 80 7. Tali yang panjangnya 5 m bertegangan 2 N dan digetarkan sehingga terbentuk gelombang stasioner. Jika massa tali 6,25.10-3 kg, maka cepat rambat gelombang di tali adalah .... (dalam m/s)A. 2 D. 10B. 5 E. 40C. 6