BAB 1
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Fisika
merupakan suatu cabang IPA yang mendasari perkembangan teknologi maju dan
konsep hidup harmonis dengan alam. Fisika adalah ilmu yang lahir dan berkembang
yang bermula dari rasa keingintahuan tentang alam semesta yang objeknya dalam
bentuk kebendaan,serta berbagai gejala-gejala yang mungkin dilakukan melalui
eksperimen di laboratorium.Begitu banyak produk teknologi yang didasarkan pada
prinsip-prinsip fisika, sehingga usaha untuk meningkatkan kualitas pembelajaran
di sekolah merupakan suatu keharusan. Sebagai ilmu yang mempelajari fenomena
alam, fisika juga memberikan pelajaran yang baik kepada manusia untuk hidup
selaras berdasarkan hukum alam. Proses pembelajaran fisika menekankan pada
pemberian pengalaman langsung untuk mengembangkan kompetensi agar kita dapat
menjelajahi dan memahami alam sekitar secara ilmiah. Pembelajaran fisika
diarahkan untuk mencari tahu dan berbuat sehingga dapat membantu kita untuk memperoleh
pemahaman yang lebih mendalam tentang alam sekitar.
Salah satu materi yang dipelajari dalam
fisika adalah materi tentang gelombang. Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita
temukan contoh gelombang seperti suara, cahaya, dan lain sebagainya. Dalam
mempelajari fisika itu sendiri kita perlu memahami konsep-konsep dalam setiap
pokok-pokok materi fisika, pada materi gelombang juga terdapat konsep-konsep.
Tetapi sering kali terjadi kekeliruan oleh seseorang dalam pemahaman konsep
yang benar sehingga terjadi misconception.
Maka dari itu pada kesempatan ini kami mencoba membahas misconception yang muncul pada gelombang.
B.
FAKTA,
KONSEP, PRINSIP DAN PROSEDURAL
Fakta adalah segala hal yang bewujud
kenyataan dan kebenaran, meliputi
nama-nama obyek, peristiwa sejarah, lambang, nama tempat, nama orang, nama
bagian atau komponen suatu benda, dan sebagainya. Contoh fakta: cahaya adalah gelombang
transversal dan juga gelombang elektromagnetik.
Konsep
adalah segala yang berwujud pengertian-pengertian baru yang bisa timbul sebagai
hasil pemikiran, meliputi definisi, pengertian, ciri khusus, hakekat,
inti/isi dan sebagainya. Contoh konsep:
1.
Gelombang
berjalan adalah gelombang yang amplitudonya tetap pada titik yang dilewatinya.
2.
Adalah gelombang
yang memiliki amplitudo yang berubah – ubah antara nol sampai nilai maksimum
tertentu.
Prinsip adalah pernyataan yang mengandung kebenaran yang
bersifat mendasar dan berlaku umum,
meliputi dalil, rumus, adagium, postulat, paradigma, teorema, serta hubungan antar
konsep yang menggambarkan implikasi sebab akibat
Prosedural adalah suatu diagram alir, meliputi langkah-langkah secara sistematis atau berurutan dalam
mengerjakan suatu aktivitas dan kronologi suatu sistem.
C. MISKONSEPSI
Miskonsepsi
adalah pengertian yang tidak akurat akan konsep, penggunaan konsep yang salah,
klasifikasi contoh-contoh yang salah, kekacauan konsep-konsep yang berbeda dan
hubungan hierarkis konsep-konsep yang tidak benar. Contoh miskonsepsi pada
gelombang:
a.
Frequency is connected to
loudness for all amplitudes
(Frekuensi berhubungan dengan kerasnya suara untuk semua amplitudo).
b.
Big waves travel faster than
small waves in the same medium
(Gelombang yang besar akan menjalar lebih cepat).
c.
Different colors of light are
different types of waves
(Perbedaan antara warna cahaya akan menyebabkan perbedaan tipe gelombang).
d.
Pitch is related to intensity (Tangga nada berhubungan dengan intensitas).
BAB 2
ISI
A. MATERI POKOK
1.
Persamaan Gelombang Berjalan dan Gelombang Tegak ( Statisioner
).
B. KOMPETENSI INTI
1.
Menghayati dan mengamalkan agama yang dianutnya.
2.
Menghayati dan mengamalkan perilaku
jujur,disiplin,tanggung jawab,peduli (gotong
royong,kerjasama,toleran,damai),santun,responsif dan proaktif dan menunjukan
sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi
secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri
sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.
3.
Memahami,menerapkan,dan menganalisis pengetahuan faktual,konseptual,prosedural,dan
metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu
pengetahuan,teknologi,seni,budaya,dan humaniora dengan wawasan
kemanusiaan,kebangsaan,kenegaraan,dan dan
peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan
prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya
untuk memecahkan masalah.
4.
Mengolah, menalar ,dan menyaji dalam ranah konkret dan
ranah abstrak terkait dengan pengembangkan dari yang dipelajarinya disekolah secara
mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, serta mempu menggunakan metode
sesuai dengan kaidah keilmuan.
C. KOMPETENSI DASAR
1.
menyadari
kebesaran tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui pengamatan fenomena alam
fisis dan pengukurannya.
2.
Menunjukan
perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin
tahu;objektif;jujur;teliti;cermat;tekun;hati-hati;bertanggung
jawab;terbuka;kritis;inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas
sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan,melaporkan,dan
berdiskusi.
3.
Menganalisis
besaran-besaran fisis gelombang berjalan dan gelombang tegak pada berbagai
kasus nyata.
4.
Menyelidiki
karakteristik gelombang mekanik melelui percobaan.
D. TUJUAN PEMBELAJARAN
1.
Menjelaskan definisi gelombang berjalan.
2.
Mengaplikasikan gelombang berjalan pada soal.
3.
Menjelaskan definisi gelombang tegak.
4.
Mengaplikasikan gelombang tegak pada soal.
E. MATERI AJAR
1.
Pengertian Gelombang
Gelombang adalah bentuk dari
getaran yang merambat pada suatu medium. Pada gelombang yang merambat adalah
gelombangnya, bukan zat medium perantaranya. Satu gelombang dapat dilihat
panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah dan bukit (gelombang
tranversal) atau menhitung jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan
(gelombang longitudinal). Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh
oleh gelombang dalam waktu satu detik.( konsep )
2. Jenis-Jenis
Gelombang
Menurut arah
getarnya:
a.
Gelombang
transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah
rambatannya.
Contoh: gelombang pada tali , gelombang permukaan air,
gelobang cahaya, dll.
b. Gelombang
longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar atau berimpit dengan
arah rambatannya.
Contoh:
gelombang bunyi (suara) dan gelombang pada pegas.
Menurut amplitudo
dan fasenya :
a. Gelombang
berjalan adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya sama di setiap titik yang
dilalui gelombang.
b. Gelombng
diam (stasioner) adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya berubah (tidak
sama) di setiap titik yang dilalui gelombang.
Menurut medium
perantaranya:
a.
Gelombang
mekanik adalah gelombang yang didalam perambatannya memerlukan medium perantara,yang
menyalurkan energy untuk keperluan proses perambatan sebuah gelombang.Suara
merupakan salah satu contoh gelombang mekanik yang merambat melalui perubahan
tekanan udara dalam ruang.Tanpa udara, suara tidak biasa dirambatkan.
b.
Gelombang
elektromagnetik adalah gelombang yang didalam perambatannya tidak memerlukan
medium perantara. Contoh : sinar gamma (纬), sinar X, sinar ultra violet, cahaya
tampak, infra merah, gelombang radar, gelombang TV, gelombang radio.
Secara umum
sifat-sifat gelombang adalah:
1.
Dapat mengalami
pemantulan atau refleksi;
2.
Dapat mengalami pembiasan atau refreksi;
3.
Dapat mengalami
superposisi atau interferensi;
4.
Dapat mengalami
lenturan atau difraksi;
5.
Dapat mengalami
pengutuban atau polarisasi;
Gelombang
Menurut
amplitudo dan fasenya
1. Gelombang Berjalan
Gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudonya
tetap pada titik yang dilewatinya. Gelombang berjalan bisa juga disebut sebagai
gelombang yang amplitudo dan fasenya sama di setiap titik yang dilalui
gelombang.( konsep )
|
|
|
Gambar 1. Gelombang berjalan ke kanan dengan titik
asal getaran adalah titik O Yaitu gelombang berjalan.
|
Gambar.1.7.Gelombang berjalan kekanan dengan cepat
rambat v yaitu gelombang stasioner
|
1. Persamaan untuk gelombang berjalan adalah
sebagai berikut :
y=
( prinsip )
keterangan:
A
: amplitudo gelombang (m)
T :
periode gelombang(s)
t : lamanya titik 0 (sumber getar) bergetar (s)
y
: simpangan (m)
蟺 :
22 / 7 atau 3,14
Apabila gelombang
merambat ke kanan dan titik asal 0 bergetar ke atas maka persamaan simpangan
titik P yang digunakan adalah:
yp
= A sin 2蟺/T (t- x/v) ( prinsip )
Apabila gelombang merambat ke kiri dan titik
asal 0 bergetar ke bawah maka persamaan simpangan titik P yang digunakan
adalah:
yp
= - A sin 2蟺/T (t- x/v) ( prinsip
)
Fase di definisikan sebagai
perbandingan antara waktu sesaat untuk meninggalkan titik keseimbang (titik 0)
dan periode. Dengan demikian fase gelombang dititik P dapat ditulis sebagai
berikut:
蠁 = tp/T = (t- x/v)/T 蠁p
= t/T - x/位
= t/T- x/vT
Sedangkan untuk mengukur besarnya sudut fase di titik P dapat dituliskan
sebagai berikut:
胃p = 2蟺 蠁_p
= 2蟺 (t/T- x/位)
Beda fase
antara dua titik yang berjarak X2 dan X1 dari sumber
getar dapat dituliskan sebagai berikut:
螖蠁 = ( x2 - x1)/位
螖蠁 = ∆x/位
Nilai
kecepatan dan percepatan gelombang di suatu titik dapat diketahui dengan
menurunkan persamaan keduanya, sebagai berikut:
vp
= 2蟺/T A cos 2蟺/T (t- x/v)
ap = - (4蟺2)/T2
A cos 2蟺/T (t- x/v)
Keterangan:
vp = kecepatan partikel di titik p (m/s)
ap = percepatan partikel di titik p
(m/s2)
Contoh soal:
Suatu gelombang berjalan memiliki
persamaan y = 10 sin (0,8蟺t - 0,5;t) dengan y dalam cm dan t dalam detik.
Tentukanlah kecepatan dan percepatan maksimumnya!
Pembahasan:
dik: y=10 sin (0,8 蟺t-0,5 蟺x)
Dit: y
dalam cm dan t dalam detik
jawab:
v = dy/dt
v = (10)(0,8 蟺) cos (0,8 蟺t-0,5 蟺x)
nilai v
maksimum bila cos (0,8 蟺t-0,5 蟺x)=1
2. Gelombang Stasioner
Gelombang Statisioner
adalah gelombang yang memiliki amplitudo yang berubah – ubah antara nol sampai
nilai maksimum tertentu. Pada proses pantulan
gelombang, terjadi gelombang pantul yang mempunyai amplitudo dan
frekuensi yang sama dengan gelombang datangnya, hanya saja arah rambatannya
yang berlawanan.( konsep )
Nama
lain Gelombang stasioner adalah gelombang
diam atau bisa dibilang gelombang
tegak atau gelombang berdiri.
|
|
|
Gambar gelombang stasioner
|
Jika garputala digetarkan, pada
dawai terjadi gelombang stasioner.
1.
persamaan untuk gelombang stasioner
adalah
sebagai berikut :
y
= 2 A sin kx cos (蠅t- 2蟺l/位) ( prinsip )
Keterangan :
A : amplitude gelombang
datang atau pantul (m)
k : 2蟺/位
蠅 : 2蟺/T (rad/s)
l : panjang
tali (m)
x
: letak titik terjadinya interferensi dari ujung terikat (m)
位 : panjang
gelombang (m)
t :
waktu sesaat (s)
y1=
A sin 2蟺/T (t- (l-x)/v) untuk gelombang datang,
y2=
A sin 2蟺/T (t- (l+x)/v+ 1800) untuk gelombang pantul
sehingga
untuk hasil interferensi gelombang datang dan gelombang pantul di titik P yang
berjarak x dari ujung terikat adalah sebagai berikut:
y
= y1+ y2 = A sin 2蟺 (t/T- (l-x)/位)+ A sin2蟺(t/T-
(1+x)/位+ 1800 )
Dengan menggunakan aturan
sinus maka penyederhanaan rumus menjadi:
sin
A + sin B = 2 sin 1/2 (A+B) - cos1/2 (A-B)
Menjadi:
y=2
A sin (2蟺 x/位 ) cos 2蟺 (t/T - l/位)
y=
2 A sin kx cos (2蟺/T t - 2蟺l/位)
Rumus interferensi :
y=
2 A sin kx cos (蠅t- 2蟺l/位) (persamaan gel
stasioner)
Pada
gelombang stasioner pada ujung bebas gelombang pantul tidak mengalami
pembalikan fase. Persamaan gelombang di titik P dapat dituliskan seperti
berikut:
y1
= A sin 2蟺/T (t- (l-x)/v) untuk gelombang datang
y2
= A sin2蟺/T (t- (l+x)/v) untuk gelombang pantul
y
= y1 + y2
= A sin 2蟺/T (t- (l-x)/v) + A sin 2蟺/T (t - (l+x)/v)
y
= 2 A cos kx sin2蟺 (t/T- 1/位)
Rumus
interferensi antara gelombang datang dan gelombang pantul pada ujung bebas,
adalah:
y
= 2 A cos 2蟺 (x/位) sin 2蟺(t/T- l/位)
Dengan:
As = 2A cos2蟺(x/位) disebut sebagai
amplitude superposisi gelombang pada pemantulan ujung tali bebas.
Ap
= 2 A cos kx adalah amplitudo gelombang stasioner.
1) Perut gelombang
terjadi saat amplitudonya maksimum, yang secara matematis dapat ditulis sebagai
berikut:
|
Ap maksimum saat cos (2蟺 x)/( 位) = ±1
sehingga x = (2n) 1/4 位, dengan n = 0,1,2,3,…….
|
2) Simpul gelombang
terjadi saat amplitudo gelombang minimum, ditulis sebagai berikut:
|
Ap minimum saat cos (2蟺 x)/( 位) = 0 sehingga
x = (2n +1) 1/4 位, dengan n = 0,1,2,3,……..
|
Persamaan gelombang
datang dan gelombang pantul dapat ditulis sebagai berikut:
y1=
A sin 2蟺 (t/T- (l-x)/位) untuk gelombang datang
y2=
A sin 2蟺 (t/T- (l+x)/位) untuk gelombang pantul
Superposisi gelombang
datang dan gelombang pantul di titik q akan menjadi:''''
y = y1 + y2
y
=A sin 2蟺 (t/T- (l-x)/位) - A sin2蟺(t/(T ) – (l+x)/位)
Dengan menggunakan
aturan pengurangan sinus;
sin伪
- sin尾 = 2 sin 1/2 (伪-尾) cos 1/2 (伪+尾)
Persamaan gelombang superposisinya
menjadi:
y
= 2 A sin 2蟺(x/位) cos2蟺 (t/T- l/位)
Amplitudo superposisi
gelombangnya adalah:
Dengan As adalah amplitudo
gelombang superposisi pada pemantulan ujung terikat.
Contoh soal:
Seutas
tali panjangnya 5 m dengan ujung ikatannya dapat bergerak dan ujung lainnya
digetarkan dengan frekuensi 8 Hz sehingga gelombang merambat dengan kelajuan 3
ms-1. Jika diketahui amplitude gelombang 10 cm, tentukanlah: Persamaan
simpangan superposisi gelombang di titik P yang berjarak 1 meter dari ujung
pemantulan.Amplitude superposisi gelombang di titik P; dan Letak perut
gelombang diukur dari ujung pemantulan.
Penyelesaian:
Diketahui :
l =
5 m v = 3 ms
位
= v/ (f) = 3 / (8) m
f =
8 Hz A =10 cm = 0,1 m T = 1/f =1/8 s
a. Persamaan simpangan
di titik P, satu meter dari ujung pemantula
y = 2 A cos 2蟺 (x/位) sin 2蟺 (t/T-l/位)
= 2(0,1)
cos 2蟺 (1/(3/8)) sin2蟺( t/(1/8)- 5/(3/8))
= 0,2 cos16蟺/3 sin (16 蟺t-80蟺/3)
meter
b. Amplitudo
superposisi gelombang di titik P ( x = 1m)
As = 2 A cos 2蟺 (x/位) = 2 (0,1)
cos2蟺(1/(3/8))
= 0,2cos
(16蟺/3) = 0,2 cos(4 4/3 蟺)
= 0,2cos(4/3 蟺)
= 0,2 cos 2400 = 0,2 (-1/2) = -0.1 m
tanda (–)menunjukkan di titik P simpangannya
ke bawah.
c. Letak perut
gelombang dari ujung pemantulan.
x = (2n) 1/4 位, dengan n = 0,1,2,3…
x = 3/32 m, x = 3/16 m, x = 3/8m, ….
DAFTAR PUSTAKA
Foster, Bob. 2003. Fisik SMU Kelas XII. Jakarta: Erlangga
gelombang