Gelombang – Pengertian, Konsep, Persamaan, Jenis dan Sifatnya – Ketika kita mengusik air yang tenang didalam ember dengan menjatuhkan batu didalamnya, seketika air tersebut membentuk pola naik-turun yang menyebabkan ember tersebut bergetar. Pola naik-turun pada permukaan air tersebut umunya disebut pola gelombang.
Simak Juga : Soal Gelombang Berjalan dan Stasioner dan Jawaban [+Pembahasan]
A. Pengertian Gelombang
Konsep gelombang banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Gelombang bunyi, gelombang cahaya, gelombang radio, dan gelombang air merupakan beberapa contoh bentuk gelombang. Ketika kita melihat fenomena gelombang laut, ternyata, air gelombang tidak bergerak maju, melainkan melingkar. Sehingga air hanya bergerak naik-turun begitu gelombang melintas. Tepi pantai menahan dasar gelombang, sehingga puncak gelombang bergerak lebih cepat untuk memecah di tepi pantai. Dengan demikian, terjadinya gerak gelombang laut dapat dirumuskan sebagai berikut. Pertama, air mencapai dasar lingkaran pada lembah gelombang. Kemudian, air mencapai bagian atas lingkaran pada puncak gelombang. Lalu, puncak gelombang memecah di tepi pantai. Gelombang air bergerak dengan kecepatan yang bisa diketahui. Tetapi, setiap partikel pada air itu sendiri, hanya berosilasi terhadap titik setimbang.
Gelombang bergerak melintasi jarak yang jauh, tetapi medium (cair, padat, atau gas) hanya bisa bergerak terbatas. Dengan demikian, walaupun gelombang bukan merupakan materi, pola gelombang dapat merambat pada materi. Berdasarkan deskripsi diatas gelombang adalah getaran yang merambat.
B. Konsep gelombang
Gelombang dihasilkan oleh sumber getaran yang bergetar secara terus menerus. Gelombang dapat dikatakan juga sebagai getaran yang merambatkan energi. Pada kasus sebelumnya, sumber getaran yang menyebabkan gelombang permukaan air adalah batu yang dijatuhkan, dan energi dari usaha yang dilakukan batu kemudian dirambatkan sehingga ember ikut bergetar.
“Gelombang memindahkan energi ketika merambat”
Sebagai contoh peristiwa gelombang air laut (tsunami) yang terjadi di Aceh pada 2004 silam. Gempa dengan kekuatan 8,9 skala richter telah merambatkan energi yang begitu besar sehingga mampu meluluhlantakkan sebagian besar provinsi Nangroe Aceh Darussalam. Menurut peristiwa tersebut, apakah materi-materi didalam medium (berupa air laut) ikut merambat bersama dengan datangnya gelombang?
Contoh yang lebih sederhana untuk menjawab pertanyaan diatas adalah meninjau gelombang air laut. Gelombang air laut terjadi secara terus menerus dan nampak seolah air tersebut bergerak menuju pantai, tetapi pantai tidak pernah banjir karenanya. Hal itu dikarenakan gelombang yang terjadi pada air laut secara nyata tidak membawa air laut sebagai mediumnya untuk merambat menuju daratan, melainkan permukaan air laut hanya naik-turun membentuk gelombang selama gelombang merambat menuju pantai. Air laut bergerak naik-turun tetapi tidak ikut merambat sehingga tidak menyebabkan banjir pada pantai. Pada peristiwa gelombang tsunami, air laut tersebut membawa energi yang sangat besar sehingga seolah-olah air laut membawa seisi lautan naik menuju daratan.
Gelombang adalah getaran yang merambat tanpa disertai dengan medium perambatannya.
C. Persamaan Dasar Gelombang
Jika seutas tali yang ujungnya diikatkan pada sebuah tiang atau tombol pintu dan kemudian ujung lainnya digerakkan naik-turun maka sepanjang tali akan merambat membentuk simpangan yang disebut bukit dan lembah. Simpangan gelombang akan naik turun dari 0 sampai akan mencapai 3600. Hal ini akan menghasilkan satu gelombang penuh dalam waktu satu periode ( t = T). Adapun jarak yang ditempuh gelombang dalam selang waktu satu periode ini ( t = T) kita namakan Panjang Gelombang ( λ “lamda”). Dalam kasus air tadi, satu panjang gelombang sama dengan jarak dari satu puncak gelombang air ke puncak gelombang air lainnya. Satu panjang gelombang (λ) adalah Jarak antara dua puncak gelombang, atau dua lembah gelombang yang memiliki fase yang sama.
Dengan demikian ketika gelombang merambat dengan kecepatan v, seperti halnya rumus jarak S = v x t, Dengan frekuensi yang merupakan banyaknya gelombang yang dapat dibuat dalam satu satuan waktu, Dalam kasus air tadi, frekuensi ini sama dengan banyaknya gelombang yang dihasilkan oleh batu atau tongkat yang dilemparkan tadi dalam satu detik yang berkebalikan dengan periode. Sehingga :
Keterangan :
- T = Periode bunyi (s)
- λ = Panjang Gelombang Bunyi
Periode gelombang (T) didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk melakukan satu gelombang penuh. Dalam kasus gelombang pada air tadi, periode gelombang sama dengan waktu yang diperlukan oleh usikan air untuk membentuk satu gelombang Kecepatan rambat gelombang adalah cepat rambat dimana puncak gelombang (atau bagian lain dari gelombang) bergerak. Cepat rambat ini sama dengan cepat rambat gelombang pada air kolam tadi ketika batu celupkan ke air.
D. Jenis-jenis Gelombang
Gelombang mekanik dan gelombang Elektromagnetik
Pada contoh kasus sebelumnya, dikatakan bahwa air adalah medium gelombang tersebut merambat, maka gelombang air disebut sebagai gelombang mekanik. Dan pada kasus yang lain seperti gelombang cahaya, ternyata gelombang cahaya dapat merambat melewati ruang hampa diluar angkasa menuju bumi. Yang artinya gelombang tersebut tetap dapat merambat dengan tanpa adanya medium, gelombang cahaya disebut sebagai gelombang elektromagnetik.
Maka dapat disimpulkan bahwa jenis gelombang berdasarkan medium rambatnya ada dua macam, yakni :
- Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang membutuhkan media dalam merambat. Contohnya gelombang tali dan bunyi.
- Gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang tidak membutuhkan media dalam merambat. Contohnya cahaya, gelombang radio dan sinar-X.
Gelombang Transversal dan Gelombang Longitudinal
Dalam mengamati arah rambat terhadap arah getarnya, gelombang dikelompokkan menjadi dua macam, yakni :
Gelombang Transversal
Gelombang yang arah merambatnya tegak lurus pada arah getarnya. Contohnya gelombang air, tali dan cahaya.
Jika kita memotret sebuah gelombang transversal yang dihasilkan seutas tali atau slinki pada saat tertentu, maka potret akan memberikan grafis simpangan partikel terhadap posisi (dimana posisi adalah jarak mendatar dari titik asal getaran).
- Puncak gelombang adalah titik-titik tertinggi pada gelombang (pada gambar adalah titik B dan F).
- Dasar gelombang adalah titik-titik terendah pada gelombang (pada gambar adalah titik D dan H).
- Bukit gelombang adalah lengkungan ABC atau EFG dan lembah gelombang adalah lengkungan CDE atau GHI.
- Amplitude (A) adalah nilai simpangan terbesar yang dapat dicapai oleh gelombang, atau pada gambar adalah garis Bb atau Dd.
- Panjang gelombang (𝜆) adalah jarak antara dua puncak berurutan atau pada gambar adalah BF atau AE yang besarnya setara dengan satu bukit dan satu lembah.
Gelombang Longitudinal
Gelombang yang arah rambat dan arah getarnya sejajar. Contohnya gelombang pegas dan bunyi. Ketika sebuah slinki atau kumparan pegas ditaruh mendatar diatas lantai kemudian kita melakukan gerakan satu kali dorongan dan tarikan pada slinki tersebut maka akan terbentuk rapatan dan renggangan yang merambat sepanjang slinki.
Karena panjang rapatan dan renggangan tidaklah sama maka sebaiknya kita menggunakan istilah pusat regangan dan pusat rapatan untuk mendefinisikan istilah-istilah dalam gelombang longitudinal.
Panjang gelombang (𝜆) pada gelombang longitudinal didefinisikan sebagai jarak antara dua pusat rapatan yang berdekatan (pada gambar yakni jarak AC) atau jarak antara dua pusat renggangan yang berdekatan (pada gambar yanki jarak BD).
Pada gelombang transversal yang merambat adalah bentuk bukit dan lembah. Perambatan bukit atau lembah hanya dapat terjadi pada zat yang kenyal (elastis). Oleh karena itu, gelombang transversal hanya dapat merambat pada medium yang padat.
Sedangkan pada gelombang longitudinal yang merambat adalah bentuk rapatan dan renggangan yang dapat terjadi pada semua zat, sehingga gelombang longitudinal dapat merambat melalui semua zat (padat, cari dan gas).
Gelombang Berjalan dan Gelombang Berdiri
Selain mengelompokkan berdasarkan perlu atau tidaknya medium perambatan dan berdasarkan arah merambat gelombang terhadap arah getarnya, gelombang juga bisa dikelompokkan berdasarkan berubah atau tidaknya amplitude gelombang yang terdiri atas :
- Gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudonya tetap,
- Gelombang berdiri adalah gelombang yang amplitudonya berubah sesuai posisinya.
E. Sifat Gelombang
Dispersi Gelombang
Dispersi adalah peristiwa penguraian sinar cahaya yang merupakan campuran beberapa panjang gelombang menjadi komponen-komponennya karena pembiasan. Dispersi terjadi akibat perbedaan deviasi untuk setiap panjang gelombang, yang disebabkan oleh perbedaan kelajuan masing-masing gelombang pada saat melewati medium pembias. Contohnya adalah pelangi. Pelangi disebabkan karena gelombang cahaya matahari yang bersifat polikromatin dan berwarna putih terdispersi sehingga menjadi sinar-sinar monokromatin.
Pemantulan Gelombang
Pemantulan (refleksi) adalah peristiwa pengembalian seluruh atau sebagian dari suatu berkas partikel atau gelombang bila berkas tersebut bertemu dengan bidang batas antara dua medium. Pada pemantulan gelombang cahaya berlaku sudut pantul dari gelombang pantul sama dengan sudut datang dari gelombang datang. Pemantulan pada ujung bebas dan ujung tetap sebuah tali dimana superposisi dari gelombang pantul dengan gelombang datang menghasilkan gelombang berdiri (gelombang satu dimensi). Sedangkan dalam pemantulan gelombang dua dimensi contohnya pada permukaan air akan menghasilkan sekumpulan garis-garis lurus yang disebut muka gelombang yang dapat diamati menggunakan tangki riak atau tangki gelombang.
Muka gelombang atau front gelombang didefinisikan sebagai tempat kedudukan titik-titik yang memiliki fase yang sama pada gelombang. Jarak antara dua muka gelombang yang saling berdekatan sama dengan satu gelombang (1𝜆) dikarenakan itu merupakan dua titik berdekatan yang memiliki fase yang sama.
Arah merambat suatu gelombang disebut sinar gelombang yang selalu tegak lurus terhadap muka gelombang.
Pemantulan gelombang lurus oleh bidang datar diperoleh bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul (hukum pemantulan gelombang).
Pemantulan gelombang lingkaran oleh bidang datar akan membentuk muka gelombang pantul berupa lingkaran-lingkaran yang berpusat pada satu titik.
Pembiasan Gelombang
Perubahan arah gelombang saat gelombang masuk ke medium baru yang mengakibatkan gelombang bergerak dengan kelajuan yang berbeda disebut pembiasan. Contohnya pada plat kaca yang diletakkan pada tangki riak sewaktu gelombang lurus datang pada bidang batas antara tempat yang dangkal dan tempat yang dalam.
Pada gambar, sudut antara sinar bias dan garis normal disebut sudut bias (disimbolkan dengan r). Tampak bahwa sudut bias pada tempat yang dangkal lebih kecil daripada sudut datang ditempat yang dalam. Maka dapat disimpulkan bahwa sinar datang dari tempat yang dalam menuju tempat yang dangkal akan dibiaskan mendekati garis normal. Dan sebaliknya, sinar datang dari tempat yang dangkal menuju tempat yang dalam akan dibiaskan menjauhi garis normal.
Difraksi Gelombang
Difraksi merupakan peristiwa penyebaran atau pembelokan gelombang pada saat gelombang tersebut melintas melalui bukaan atau celah atau mengelilingi ujung penghalang. Besarnya difraksi bergantung pada ukuran penghalang dan panjang gelombang. Untuk ukuran celah yang tepat, gelombang yang datang dapat melentur setelah melalui celah tersebut.
Interferensi Gelombang
Interaksi antara dua gerakan gelombang atau lebih yang memengaruhi suatu bagian medium yang sama sehingg gangguan sesaat pada gelombang paduan merupakan jumlah vektor gangguan-gangguan sesaat pada masing-masing gelombang merupakan penjelasan fenomena interferensi. Interferensi terjadi pada dua gelombang koheren, yaitu gelombang yang memiliki frekuensi dan beda fase sama. Pada gelombang tali, jika dua buah gelombang tali merambat berlawanan arah, saat bertemu keduanya melakukan interferensi. Setelah itu, masing-masing melanjutkan perjalanannya seperti semula tanpa terpengaruh sedikit pun dengan peristiwa interferensi yang baru dialaminya. Sifat khas ini hanya dimiliki oleh gelombang.
Jika dua buah gelombang bergabung sedemikian rupa sehingga puncaknya tiba pada satu titik secara bersamaan, Amplitudo gelombang hasil gabungannya lebih besar dari gelombang semula. Gabungan gelombang ini disebut saling menguatkan (konstruktif). Titik yang mengalami interferensi seperti ini disebut perut gelombang. Akan tetapi, jika puncak gelombang yang satu tiba pada suatu titik bersamaan dengan dasar gelombang lain, amplitudo gabungannya minimum (sama dengan nol). Interferensi seperti ini disebut interferensi saling melemahkan (destruktif ). Interferensi pada gelombang air dapat diamati dengan menggunakan tangki riak dengan dua pembangkit gelombang lingkaran.
Polarisasi Gelombang
Polarisasi merupakan proses pembatasan getaran vektor yang membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah. Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal saja dan tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal. Suatu gelombang transversal mempunyai arah rambat yang tegak lurus dengan bidang rambatnya. Apabila suatu gelombang memiliki sifat bahwa gerak medium dalam bidang tegak lurus arah rambat pada suatu garis lurus, dikatakan bahwa gelombang ini terpolarisasi linear. Sebuah gelombang tali mengalami polarisasi setelah dilewatkan pada celah yang sempit. Arah bidang getar gelombang tali terpolarisasi adalah searah dengan celah.
Sudah selesai membaca materi ini ? Ayo lihat dulu Daftar Materi Fisika
