Transcript 11 gelombang

GELOMBANG
OUTLINE
 Gelombang
 Klasifikasi Gelombang
 Sifat gelombang
 Gelombang Suara
 Efek Doppler
GELOMBANG
KLASIFIKASI GELOMBANG
Gelombang menurut arah perambatannya:
 Gelombang Longitudinal
 Gelombang Transversal
Gelombang menurut kebutuhan medium dalam
perambatannya:
 Gelombang Mekanik
 Gelombang Elektromagnetik
KLASIFIKASI GELOMBANG
 Gelombang Longitudinal
 Gelombang dengan arah gangguan sejajar dengan arah
penjalarannya.
 Contoh : gelombang bunyi,
gelombang bunyi ini analog dengan pulsa longitudinal dalam
suatu pegas vertikal di bawah tegangan dibuat berosilasi ke
atas dan ke bawah disebuah ujung, maka sebuah gelombang
longitudinal berjalan sepanjang pegas tersebut ,koil – koil pada
pegas tersebut bergetar bolak –balik di dalam arah di dalam
mana gangguan berjalan sepanjang pegas.
KLASIFIKASI GELOMBANG
 Gelombang Transversal
 Gelombang transversal adalah gelombang dengan gangguan
yang tegak lurus arah penjalaran.
 Contoh: gelombang cahaya dimana gelombang listrik dan
gelombang medan magnetnya tegak lurus kepada arah
penjalarannya.
Transversal vs longitudinal
Gelombang Transversal:
Perpindahan medium 
Arah jalar gelombang
Gelombang Longitudinal:
Perpindahan medium 
Arah jalar gelombang
Sifat gelombang
l
Amplitudo: Perpindahan maksimum A dari sebuah titik
pada gelombang.
Panjang gelombang

Amplitudo A
A
l
Perioda: Waktu T dari sebuah titik pada gelombang untuk
melakukan satu osilasi secara komplit.
Sifat gelombang
y
+A

t0
x
-A
+A
l
Laju: Gelombang bergerak
satu panjang gelombang 
dalam satu perioda T atau
panjang gelombang yang
terjadi setiap satu satuan
waktu
 = vT
4
x
-A
+A
t  2T
4
x
-A
+A
v = T =  f
-A
+A
f = 1/T : Frekuensi, jumlah
perioda per detik (Hertz, Hz)
t T
t  3T
4
x
t T
x
-A
KLASIFIKASI GELOMBANG
 Gelombang Mekanik
 Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan
medium tempat merambat.
 Contoh gelombang mekanik gelombang pada tali, gelombang
bunyi.
KLASIFIKASI GELOMBANG
 Gelombang Mekanik
GELOMBANG PADA TALI ATAU KAWAT
c
T
L
C = kecepatan gelombang
T = tegangan tali [N]
L = rapat massa per satuan panjang [kg/m]
Contoh
Sebuah kapal melempar sauh pada suatu lokasi dan
diombang-ambingkan gelombang naik dan turun. Jika
jarak antara puncak gelombang adalah 20 meter dan laju
gelombang 5 m/s, berapa lama waktu Dt yang
dibutuhkan kapal untuk bergerak dari puncak ke dasar
lembah gelombang?
t
l
t + Dt
l
l
Diketahui v =  / T, maka T =  / v. Jika  = 20 m dan v =
5 m/s, maka T = 4 sec
Waktu tempuh dari puncak ke lembah adalah setengah
perioda, jadi Dt = 2 sec
Contoh
Laju bunyi di udara sedikit lebih besar dari 300 m/s, dan
laju cahaya di udara kira-kira 300,000,000 m/s.
Misal kita membuat gelombang bunyi dan gelombang
cahaya yang keduanya memiliki panjang gelombang 3 m.
ç Berapa rasio frekuensi gelombang cahaya terhadap
gelombang bunyi?
l
l
Solusi
l
Diketahui v =  / T = f (karena f = 1 / T )
v
Jadi f 

Karena  sama untuk kedua gelombang, maka
f light
f sound

vlight
vsound
 1,000,000
Contoh …
l
Berapakah frekuensi tersebut?
Untuk bunyi dengan  = 3m :
f
v 300 m s

 100 Hz

3m
Untuk cahaya dengan  = 3m :
v 3 108 m s
f 
 100 MHz

3m
(radio FM)
Contoh
l
l
Panjang gelombang microwave yang dihasilkan oleh oven
microwave kira-kira 3 cm. Berapa frekuensi yang
dihasilkan gelombang ini yang menyebabkan molekul air
makanan anda bervibrasi?
Ingat v = f.
v 3  10 8 m s
f  
 1010 Hz  10GHz

.03m
1 GHz = 109 siklus/sec
Laju cahaya c = 3x108 m/s
H
H
Membuat molekul air bergoyang
O
34
Fungsi Gelombang
• Kita menggunakan fungsi sinusoid untuk
menggambarkan berbagai gelombang
y(x,t) = Asin(kx-wt)
A: amplitudo
kx-wt : fasa
k: bilangan
gelombang
Jika ∆x=, fasa
bertambah 2
k
w: frekuensi angular
(2 rads = 360°)
2

Jika ∆t=T, fasa
bertambah 2
2
w
 2f
T
Contoh
(a) Tuliskan persamaan yang gelombang sinusoidal transversal
yang menjalar pada tali dalam arah y dengan bilangan
gelombang 60 cm-1, perioda 0.20 s, dan amplitudo 3.0 mm.
Ambil arah z sebagai arah transversal. (b) Berapa laju
transversal maksimum dari titik pada tali?
(a)
k = 60 cm-1, T=0.2 s, zm=3.0 mm
z(y,t)=zmsin(ky-wt)
w = 2/T = 2/0.2 s =10s-1
z(y, t)=(3.0mm)sin[(60 cm-1)y -(10s-1)t]
z(y,t)
uz 
 w zm cosky  wt 
(b) Laju
t

uz,max= wzm = 94 mm/s
 w zm sin
 (ky  wt)
2

Soal
Gelombang sinusoidal dengan frekuensi 500 Hz menjalar
dengan laju 350 m/s. (a) Berapa jarak dua titik yang berbeda
fasa /3 rad? (b) Berapa beda fasa antara dua pergeseran
pada suatu titik dengan perbedaan waktu 1.00 ms ?
f = 500Hz, v=350 mm/s
(a) Fasa
y(x,t) = Asin(kx-wt)
 x,t   kx wt
2 f
D 
Dx
2 f
v
  x, t  
x  2 ft
v
v
350m/s
 
Dx 
D 
 0.117 m
2f
2 500Hz   3 
(b)
k
vf 
2

w
k
w  2 f
D  2 f Dt  2 500 Hz  (1.00 103 )   rad.
Soal
Pada sebuah kawat, yang mempunyai rapat massa persatuan
panjang sebesar 30 gram/m dan mendapat tegangan sebesar 120 N,
merambat sebuah gelombang dengan amplituda 10 mm dan
frekuensi sebesar 5 Hz.
a). Tentukan kecepatan gelombangnya
b). Hitung simpangan dan kecepatan partikelnya
pada x = 0,5 m dan t = 3 detik
KLASIFIKASI GELOMBANG
 Gelombang Elektromagnetik
 Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang energi
dan momentumnya dibawa oleh medan listrik (E) dan medan
magnet (B) yang dapat menjalar melalui vakum atau tanpa
membutuhkan medium dalam perambatan gelombangnya.
 Sumber gelombang elektromagnetik :
 Osilasi listrik.
 Sinar matahari menghasilkan sinar infra merah.
 Lampu merkuri menghasilkan ultra violet.
 Inti atom yang tidak stabil menghasilkan sinar gamma.
SIFAT GELOMBANG
 REFLEKSI (PEMANTULAN)
 Menurut Hukum Snellius, gelombang datang, gelombang pantul,
dan garis normal berada pada satu bidang dan sudut datang akan
sama dengan sudut pantul, seperti tampak pada gambar berikut:
SIFAT GELOMBANG
 REFRAKSI (PEMBIASAN)
 Pembiasan gelombang adalah pembelokan arah lintasan
gelombang setelah melewati bidang batas antara dua medium
yang berbeda
SIFAT GELOMBANG
 INTERFERENSI
 Interferensi gelombang akan terjadi pada dua buah gelombang
yang koheren
SIFAT GELOMBANG
 DIFRAKSI
 Peristiwa difraksi atau lenturan dapat terjadi jika sebuah
gelombang melewati sebuah penghalang atau melewati sebuah
celah sempit.
SIFAT GELOMBANG
 DISPERSI
 Dispersi adalah penyebaran bentuk gelombang ketika merambat
melalui suatu medium.
GELOMBANG SUARA
Fluktuasi tekanan akustik   = p
p = P - Po
p = tekanan akustik [Pa]
P = tekanan udara sesaat [Pa]
Po = tekanan udara kesetimbangan [Pa]
Po = 1 atm. = 1.013x105 Pa  105 Pa
GELOMBANG SUARA
SATUAN DESIBEL [dB]
p
dB  20 log
p ref
pref = tekanan akustik acuan =20 Pa = 20x10-6 Pa
= batas ambang telinga manusia (0 dB)
CONTOH-CONTOH SKALA DESIBEL
Type of sound sources
Threshold of hearing
Rustle of leaves
Whisper (at 1 m )
Level [dB]
0
10
20
City street, no traffic
Office, classroom
Normal conversation (at 1 m)
30
40
50
Jackhammer (at 1 m)
Rock group
Threshold of pain
60
110
120
Jet engine (at 50 m)
Saturn rocket (at 50 m)
130
200
ANALOGI AKUSTIK - LISTRIK
LISTRIK
AKUSTIK
V =Tegangan [Volt]
p =Tekanan akustik [Pa]
I = Arus [Ampere]
v =Kecepatan partikel [m/s]
Z = impedansi
[Ohm]
Z = impedansi =  c [Rayl]
 = rapat massa [kg/m3]
c = kecepatan gelombang [m/s]
W = [Watt]
I = Intensitas [W/m2]
Efek Doppler
Sumber bunyi & pendengar diam
Mobil van dalam keadaan diam
Suara mesin terdengar pada pola titik nada yang tetap
Sumber bunyi mendekati pendengar
Mobil van mendekati pendengar
Pola titik nada mesin meningkat
'   
vs v  vs

f0
f0
 v 
f
  0
f '   f 0 
'
 v  vs  1  vs
v
v
v = kecepatan bunyi
vs = kecepatan sumber
= panjang gel. Awal
f0 = frekuensi awal
Sumber bunyi mendekati pendengar…
Mobil van mendekati pendengar
Cahaya dari mobil van terlihat “bluer”
Sumber bunyi menjauhi pendengar
Cahaya dari mobil van terlihat “redder”
Efek Doppler
Perioda gelombang = T
Frekuensi sumber = f
=cT
c=f
5T
S = sumber
4T
D = detektor
3T
2T
D
T
c
c
S

Panjang gelombang = 
c
SUMBER DAN DETEKTOR DIAM
ct
Jumlah
gelombang

ct
ct
c

f '   f
t 

SUMBER DIAM DAN DETEKTOR BERGERAK
c
Panjang gelombang tetap
VD
ct
Kecepatan berubah
c + VD
Jumlah gelombang
c t  VD t
VD t


ct  VD t
c  VD c  VD
 c  VD 

f '


 f

c
t

 c 
f
 c  VD 
f ' f 

c


Panjang gelombang berubah
SUMBER BERGERAK DAN
DETEKTOR DIAM
’
'  cT VST
c
VS
c
f ' 
 ' cT  VS T
 c
f '  f 
 c  VS
 c
f '  f 
 c  VS






SUMBER DAN DETEKTOR BERGERAK
+ Detektor mendekati sumber
- Detektor menjauhi sumber
 c  VD 

f '  f 
 c  VS 
- Sumber mendekati detektor
+ Sumber menjahui detektor
Soal
Sebuah ambulan menyusul seorang pembalap sepeda sambil
membunyikan sirine dengan frekuensi 1600 Hz. Setelah
dilewati oleh ambulan pembalap sepeda tadi mendengarkan
sirine dengan frekuensi sebesar 1590 Hz. Hitung kecepatan dari
ambulan bila kecepatan dari sepeda adalah 8,78 km/jam.
Jawab :
Sumber (ambulan) bergerak menjauhi dan detektor (pembalap
sepeda) bergerak mendekati
 c  VP 

f '  f 
 c  VS 
 1000
VP  (8,78)
  2,44 m / s
 3600
f
VS  (c  VP )  c
f'
1600
VS 
(343  2,44)  343  4,613 m / s
1590
VS  4,613
3600
 16,6 km / jam
1000
c  343 m / s
Soal
Seekor kelelawar yang sedang terbang dengan kecepatan Vk
akan memancarkan gelombang akustik berfrekuensi tinggi
(ultrasonik). Bila gelombang ultrasonik ini menemui seekor
mangsanya yang juga sedang bergerak dengan kecepatan Vm,
maka gelombang tersebut akan dipantulkan kembali dan
diterima oleh kelelawar. Frekuensi yang dipancarkan dapat
diubah-ubah dan biasanya kelelawar akan memancarkan
gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu sedemikian rupa
sehingga frekuensi yang diterimanya fkt adalah sebesar 83 kHz,
yaitu frekuensi yang telinganya mendengar paling baik (sensitif).
Bila kelelawar dan mangsanya saling mendekat dengan
kecepatan masing-masing adalah 9 m/s dan 8 m/s,
a). Tentukan frekuensi yang didengar oleh mangsanya (fm)
b). Tentukan frekuensi yang dipancarkan oleh kelelawar (fkp)
Soal
Sebuah kapal selam Perancis dan sebuah kapal selam Amerika
bergerak saling mendekati dengan kecepatan masing-masing
sebesar 50 km/jam dan 70 km/jam seperti terlihat pada gambar
di bawah ini. Kapal selam Perancis mengirimkan sinyal sonar
(gelombang suara di dalam air laut) berfrekuensi 1000 Hz. Bila
ternyata terdapat pergeseran frekuensi sebesar 4,5 % pada sinyal
sonar yang diterima kembali, tentukan kecepatan gelombang
suara di dalam air laut.
 c  70 
f ' f 

 c  50 
 c  50 
f ''  f '

 c  70 
f ' ' 1045
 c  70  c  50 

 1,045  


f 1000
 c  50  c  70 
1,045(c  50)(c  70)  (c  50)(c  70)
0,045c2  245,4 c  157,5  0
c  1514,6 km / jam
TERIMA KASIH