GELOMBANG

OUTLINE Gelombang Klasifikasi Gelombang Sifat gelombang Gelombang Suara Efek Doppler

GELOMBANG  

Gelombang menurut arah perambatannya: Gelombang Longitudinal KLASIFIKASI GELOMBANG Gelombang menurut arah perambatannya: Gelombang Longitudinal Gelombang Transversal Gelombang menurut kebutuhan medium dalam perambatannya: Gelombang Mekanik Gelombang Elektromagnetik

Gelombang Longitudinal 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.

Gelombang Transversal KLASIFIKASI GELOMBANG 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

Amplitudo: Perpindahan maksimum A dari sebuah titik pada gelombang. Sifat gelombang Amplitudo: Perpindahan maksimum A dari sebuah titik pada gelombang.  Panjang gelombang Amplitudo A A Perioda: Waktu T dari sebuah titik pada gelombang untuk melakukan satu osilasi secara komplit.

l = vT v = l/T = l f Sifat gelombang y x Sifat gelombang Laju: Gelombang bergerak satu panjang gelombang  dalam satu perioda T atau panjang gelombang yang terjadi setiap satu satuan waktu l = vT v = l/T = l f f = 1/T : Frekuensi, jumlah perioda per detik (Hertz, Hz)

Gelombang Mekanik KLASIFIKASI GELOMBANG Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium tempat merambat. Contoh gelombang mekanik gelombang pada tali, gelombang bunyi.

Gelombang Mekanik KLASIFIKASI GELOMBANG GELOMBANG PADA TALI ATAU KAWAT 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 t + Dt Diketahui v = l / T, maka T = l / v. Jika  = 20 m dan v = 5 m/s, maka T = 4 sec Waktu tempuh dari puncak ke lembah adalah setengah perioda, jadi t = 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. Berapa rasio frekuensi gelombang cahaya terhadap gelombang bunyi? Diketahui v = l / T = lf (karena f = 1 / T ) Jadi Karena l sama untuk kedua gelombang, maka Solusi

Contoh … Berapakah frekuensi tersebut? Untuk bunyi dengan l = 3m : Untuk cahaya dengan l = 3m : (radio FM)

Contoh 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? 1 GHz = 109 siklus/sec Laju cahaya c = 3x108 m/s Ingat v = lf. H O Membuat molekul air bergoyang 34

Fungsi Gelombang y(x,t) = Asin(kx-wt) w: frekuensi angular Kita menggunakan fungsi sinusoid untuk menggambarkan berbagai gelombang y(x,t) = Asin(kx-wt) Jika ∆x=l, fasa bertambah 2p A: amplitudo kx-wt : fasa k: bilangan gelombang Jika ∆t=T, fasa bertambah 2p w: frekuensi angular (2 rads = 360°)

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 = 2p/T = 2p/0.2 s =10ps-1 z(y, t)=(3.0mm)sin[(60 cm-1)y -(10ps-1)t] (b) Laju uz,max= wzm = 94 mm/s

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 y(x,t) = Asin(kx-wt) (a) Fasa (b)

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

Jawab : a). b).

Gelombang Elektromagnetik 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.

REFLEKSI (PEMANTULAN) 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:

REFRAKSI (PEMBIASAN) SIFAT GELOMBANG Pembiasan gelombang adalah pembelokan arah lintasan gelombang  setelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda

INTERFERENSI SIFAT GELOMBANG Interferensi gelombang akan terjadi pada dua buah gelombang yang koheren

DIFRAKSI SIFAT GELOMBANG Peristiwa difraksi atau lenturan dapat terjadi jika sebuah gelombang melewati sebuah penghalang atau melewati sebuah celah sempit.

DISPERSI SIFAT GELOMBANG Dispersi adalah penyebaran bentuk gelombang ketika merambat melalui suatu medium.

Fluktuasi tekanan akustik   = p p = P - Po p = tekanan akustik [Pa] 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

SATUAN DESIBEL [dB] pref = tekanan akustik acuan =20 Pa = 20x10-6 Pa GELOMBANG SUARA SATUAN DESIBEL [dB] pref = tekanan akustik acuan =20 Pa = 20x10-6 Pa = batas ambang telinga manusia (0 dB)

CONTOH-CONTOH SKALA DESIBEL Type of sound sources Level [dB] Threshold of hearing Rustle of leaves 10 Whisper (at 1 m ) 20 City street, no traffic 30 Office, classroom 40 Normal conversation (at 1 m) 50 Jackhammer (at 1 m) 60 Rock group 110 Threshold of pain 120 Jet engine (at 50 m) 130 Saturn rocket (at 50 m) 200

ANALOGI AKUSTIK - LISTRIK 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]

Sumber bunyi & pendengar diam 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 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  = c T c = f  Frekuensi sumber = f 5 T S = sumber 4 T D = detektor 3 T 2 T D T c c S  Panjang gelombang = 

SUMBER DAN DETEKTOR DIAM c SUMBER DAN DETEKTOR DIAM Jumlah gelombang c t 

SUMBER DIAM DAN DETEKTOR BERGERAK c Panjang gelombang tetap VD Kecepatan berubah c + VD Jumlah gelombang c t VD t 

Panjang gelombang berubah SUMBER BERGERAK DAN DETEKTOR DIAM ’ VS

SUMBER DAN DETEKTOR BERGERAK + Detektor mendekati sumber - Detektor menjauhi sumber - 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

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)

Jawab : Persoalan ini terdiri dari dua kasus, yang pertama gelombang ultrasonik dipancarkan oleh kelelawar (sebagai sumber) dan didengar oleh mangsanya (sebagai pendengar) sedangkan yang kedua gelombang dipantulkan oleh mangsanya (sebagai sumber) dan didengar oleh kelelawar (sebagai pendengar). a) Kasus kedua : b) Kasus pertama :

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.

Jawab : Kapal selam Perancis bertindak sebagai sumber Kapal selam Amerika bertindak sebagai pendengar Kapal selam Amerika bertindak sebagai sumber Kapal selam Perancis bertindak sebagai pendengar

TERIMA KASIH