Ciri-Ciri Gelombang Mekanik

Dengan mempelajari konsep gelombang mekanik akan diketahui penyebab bunyi gitar
Dengan mempelajari konsep gelombang mekanik akan diketahui penyebab bunyi gitar.

Gelombang Mekanik

Kalian pasti sudah tidak asing lagi dengan alat musik gitar, gitar sendiri dapat menghasilkan suara karena adanya vibrasi pada senar gitar yang menghasilkan gelombang mekanik.

Nah tapi, sebelum kita bahas tentang penyebab munculnya bunyi lebih lanjut, coba perhatikan fenomena yang mungkin tukang iseng sering lihat berikut ini.

Air yang tenang di dalam ember, akan menghasilkan suatu riak ketika kita sentuh salah satu titik permukaan airnya. Bentuk riak tersebut terbentuk karena salah satu titik yang disentuh tersebut mengalami osilasi, sehingga membuat partikel-partikel disampingnya ikut mengalami osilasi juga, dan terbentuklah bentuk berupa gelombang.

Dalam fisika, gelombang punya makna tersendiri, bentuk berupa puncak dan lembah secara berulang atau periodis merupakan salah satu wujud dari gelombang. Kerangka berpikirnya sederhana saja, kalau salah satu titik, misal air di dalam ember seperti sebelumnya disentuh sehingga bergerak, dan menyebabkan partikel-partikelnya sekitarnya ikut bergerak.

Tetesan air menyebabkan munculnya riak pada permukaan air berupa gelombang

Mengingat gerak merupakan wujud dari energi, maka ada energi yang merambat pada permukaan air tersebut, dan itulah makna dari gelombang.

Nah, balik lagi ke contoh gitar sebelumnya, vibrasi oleh senar gitar membuat adanya getaran pada udara sehingga timbul bunyi.

Mungkin tukang iseng ada yang kepikiran, kira-kira kalau kita main gitar apakah bakal muncul gelombang kayak riakan air di udara gak ya? Jawabannya ada gelombang, namun tidak berbentuk seperti riakan air.

Gelombang yang dibentuk oleh getaran senar tidak berupa puncak dan lembah, namun berupa rapatan dan renggangan.

Gelombang longitudinal berupa rapatan dan regangan

Gelombang berupa lembah dan puncak disebut sebagai gelmbang transversal, sedang kan yang berupa rapatan dan renggangan adalah gelombang longitudinal.

Baik riakan air ataupun suara gitar yang tadi disebutkan, keduanya menggerakkan suatu perantara, yang satu menggunakan air, yang satu lagi menggunakan udara. Lah, kalau di ruang hampa gimana?

Nah ini, gelombang yang memerlukan perantara atau medium disebut gelombang mekanik, ada pula yang tidak memerlukan medium yang disebut gelombang elektromagnetik, yang bakal kita bahas ke depan.

Gelombang Transversal

Gerakkan naik turun pada riakkan air mirip seperti gerak benda pada pembahasan tentang getaran harmonis.

Dengan demikian dapat kita representasikan juga dengan secara matematis dengan persamaan \text{sinus}. Nah tapi bedanya gini, kalau pada getaran harmonis kita punya satu objek atau satu titik yang bergerak, pada gelombang kita punya banya titik yang gelombang. Artinya kalau kita mau mengekspresikannya secara matematis, maka fungsinya akan berupa lokasi (titik yang ingin diketahui, misal simpangannya) dan waktu.

Jika direprentasikan dengan \text{sinusoid} artinya ada beberapa hal yang memparametrisasi suatu bentuk sinusoid, yaitu seberapa sering naik turun dilakukan alias frekuensi \omega. Kemudian karena posisi mempunyai satuan meter, kita perlu hal yang merubahnya dari satuan meter, misal dengan konstanta k.

Karena fungsi \text{sinus} memiliki amplitudo 1, tentu kita perlu pengali didepannya, misal A. Bisa dipahami ya wahai tukang iseng mengapa persamaannya mengandung parameter-parameter seperti berikut.

y(x,t) = A\,\sin(kx-\omega t)

di mana:
A (m) adalah amplitudo gelombang.
x (m) adalah posisi yang ingin diketahui simpangannya.
\omega (rad/s) adalah frekuensi gelombang.
t (s) adalah pada detik keberapa simpangan ingin diketahui.
k (m^{-1}) adalah konstanta gelombang.

Pertanyaannya sekarang, bagaimana nilai k ditentukan? Saya kasih clue aja, nilai \text{sinus} selalu berulang setiap satu panjang gelombang \lambda. Artinya ada kesamaan antara y(x,t) dengan y(x+\lambda, t), samakan kedua ruas kalian bisa dapatkan k = \frac{2\pi}{\lambda}.

Kalau k dapat diketahui, apakah \omega dapat ditentukan? Clue-nya sama, hanya saja kali ini parameternya adalah waktu, nilai \text{sinus} selalu sama setiap satu periode T. Berarti ada kesamaan antara y(x,t) dengan y(x, t+T), akan didapat \omega = \frac{2\pi}{T}.

Untuk gelombang longitudinal sejatinya regangan dan rapatan sendiri dapat dimodelkan dengan persamaan trigonometri juga, yakni sebagai berikut.

d(x,t) = A\,\cos(\omega\left(kx-\omega t\right))

dengan penjelasan yang sama seperti sebelumnya.

Kita gak bakal bahas ini lebih lanjut karena bakal dibahas secara tersendiri nanti, pada pembahasan mengenai gelombang bunyi.

Pemantulan

Kita paham bahwa, benda-benda dimuka bumi ini, misal bola, itu dapat memantul (ke tembok, lantai, atau apapun itu). Nah, gelombang juga bisa memantul.

Pemantulan gelombang dengan ujung tali diikat

Apabila kita perhatikan ilustrasi di atas, tentu tali yang berada di ujung dapat diikat ataupun dibebaskan, pastinya akan menghasilkan pantulan yang berbeda.

Ketika ujungnya diikat maka, gelombang yang semula berbentuk puncak, artinya memberikan gaya ke atas pada tembok, berdasarkan hukum Newton III, maka tembok akan memberikangaya yang berlawanan, sehingga gelombangnya berubah menjadi lembah.

Kemudian ketika ujungnya dilepas, dengan asumsi batang licin, maka gelombang yang semula ke atas akan tetap ke atas hanya saja berlawanan arahnya. Hal ini disebabkan karena, ujung yang bebas tersebut seolah-olah berperan seperti tangan kita ketika memberikan gelombang.

Pemantulan gelombang dengan ujung tali dilepas

Menarik untuk diketahui ketika adanya pantulan gelombang, bagaimana jadinya ketika dua gelombang yang berlawanan arah saling bertemu.

Misal gelombang 1 y_1(x,t) dari sumber dan gelombang 2 y_2(x,t) hasil pantulan, maka simpangan resultannya adalah jumlahan dari simpangan oleh masing-masing gelombang. Jika masing-masing amplitudo sama, maka

y_r(x,t) = y_1(x,t) + y_2(x,t) = A\,\sin(kx-\omega t) + A\,\sin(kx+\omega t)

dengan sedikit manipulasi trigonometri didapat

y_r(x,t) = 2A\,\sin\,kx\,cos\,\omega t .

Apa jadinya ketika dua gelombang saling berlawanan fase seperti pada ujung tali yang dilepas? Maka resultannya saling meniadakan alias bernilai nol, dapat dilihat juga dari persamaan sebelumnya, ketika y_2(x,t) berbeda fase sejauh 180^{\circ} .

Pembiasan

Pada gelombang mekanik memang cukup sulit memberikan contoh nyatanya, kalau pada gelombang elektromagnetik, misal cahaya, maka contohnya yaitu fenomena ketika suatu benda dicelupkan setengah badan, misal sebuah pensil, maka akan terlihat seolah-olah pensil tersebut tertekuk.

Pembiasan sebuah pensil karena berada di dua medium yang berbeda

Hal tersebut terjadi karena adanya dua medium yang berbeda (udara dan air) yang dilalui oleh cahaya. Begitu juga pada gelombang mekanik, misal gelombang bunyi, perubahan medium membuat adanya perbedaan kecepatan gelombang yang menyebabkan gelombang berbelok.

Makanya kalau di malam hari pada kondisi tertentu, bunyi yang dihasilkan oleh sumber apapun terkadang lebih jelas terdengar (faktor selain karena malam itu sunyi). Refraksi yang terjadi, dapat membuat gelombang bunyi yang awalnya menyebar, menjadi berbelok dan seolah-olah berfokus pada seseorang yang mendengarkannya.

Difraksi

Lagi-lagi contohnya paling enak pakai cahaya, mungkin karena cahaya itu nampak di mata jadi gampang nyari contohnya ya. Jadi, difraksi ini adalah pelaku mengapa saat sore-sore langit berwarna oranye.

Hal ini terjadi karena banyaknya debu-debu di atmosfer, sehingga cahaya melalui celah-celah lubang antara partikel debu tersebut menyebabkan cahaya menjadi tersebar spektrumnya (nanti ngerti lah istilah-istilah ini).

Interferensi

Nah kalau yang satu ini terjadi pada contoh yang telah kita bahas sebelum-sebelumnya yaitu ketika tali digetarkan dan ujungnya ada yang diikat dan ada pula yang dibebaskan. Intinya interferensi adalah penggabungan antara dua gelombang atau istilah kerennya superposisi.

Interferensi ini ada yang bersifat destruktif alias saling meniadakan, seperti ketika ujungnya diikat. Kalau yang bersifat konstruktif, yaitu ketika ujungnya dibebaskan, sehingga hasil superposisinya menjadi suatu gelombang dengan amplitudo yang lebih besar.

Label
< Materi SebelumnyaAlat Optik
Search icon