bab 1 kls xii

30
Gejala Gelombang 1 1 Riak pada air kolam terjadi karena perambatan getaran akibat jatuhnya batu pada air kolam tersebut. Bab 1 Sumber: Science Encyclopedia, 2001 mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikan masalah. Hasil yang harus Anda capai: Gejala Gelombang A. Pemahaman Gelombang B. Gelombang Berjalan dan Gelombang Stasioner C. Sifat-Sifat Gelombang *B@B</< ?7/9 ;3:7<59/? >/2/ >3?;B9//< /7? ;3?B>/9/< @/:/6 @/AB 03<AB9 53:=;0/<5 '=:/ =;0/9 03?03<AB9 :7<59/?/< E/<5 A3?:76/A @3;/97< ;3<E30/? 2/>/A A3?8/27 93A79/ @30B/6 0/AB 278/AB69/< 93 2/:/; /7? *3>7<A/@ A/;>/9 >3?;B9//< /7? 03?53?/9 03?@/;/ 53:=;0/<5 *303</?<E/ >3?;B9//< /7? A72/9 03?53?/9 03?@/;/ 53:=;0/<5 !/?/9 27 /<A/?/ ?7/9?7/9 53:=;0/<5 27@30BA >/<8/<5 53:=;0/<5 />/A9/6 <2/ ;3;0B9A79/< 0/6D/ >3?;B9//< /7? A72/9 03?53?/9 03?@/;/ 53:=;0/<5 *303</?<E/ />/9/6 53:=;0/<5 7AB '3;/6/;/< A3<A/<5 538/:/538/:/ 53:=;0/<5 ;3<8/27 @3@B/AB E/<5 >3<A7<5 B<AB9 ;3;>3:/8/?7 53:=;0/<5 A7<59/A :/<8BA @3?A/ ;3;/6/;7 />:79/@7<E/ 2/:/; A39<=:=57 %/6 >/2/ 0/0 7<7 <2/ /9/< ;3<1/?7 A/6B A3<A/<5 538/:/ 2/< 17?717?7 53:=;0/<5 @31/?/ B;B; @3?A/ >3<3?/>/<<E/ 2/:/; 93672B>/< @36/?76/?7 &:36 9/?3</ 7AB >3?6/A79/< ;/A3?7 0/0 7<7 23<5/< 03</? 93:/9 <2/ /9/< ;3?/@/ A/98B0 =:36 @74/A@74/A 53:=;0/<5 E/<5 ;3<57@E/?/A9/< 0/6D/ +B6/< A3:/6 ;3<17>A/9/< @35/:/ @3@B/AB 23<5/< >3<B6 >3?67AB<5/< E/<5 A/9 A3?A/<27<57

Upload: fikri-pandoez

Post on 21-Jul-2015

165 views

Category:

Education


4 download

TRANSCRIPT

Gejala Gelombang 11

Riak pada air kolam terjadi karena perambatan getaran akibatjatuhnya batu pada air kolam tersebut.

Bab

1Sumber: Science Encyclopedia, 2001

mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum.

Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:

menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikanmasalah.

Hasil yang harus Anda capai:

Gejala Gelombang

A. PemahamanGelombang

B. GelombangBerjalan danGelombangStasioner

C. Sifat-SifatGelombang

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII2

A. Pemahaman Gelombang

Tes Kompetensi Awal

Aktivitas Fisika 1.1

Jenis Gelombang Berdasarkan Arah GetarannyaTujuan PercobaanMengamati gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

Alat-Alat PercobaanSebuah slinki (pegas plastik) yang panjangnya 3 meter.

Langkah-Langkah Percobaan1. Pegang kuat-kuat salah satu ujung slinki oleh teman Anda atau diikatkan

pada tiang.2. Rentangkan sesuai panjangnya dan getarkan ujung yang satu dengan

satu kali hentakan naik turun dari posisi setimbang dan kembali ke posisisetimbang (posisi saat tangan Anda diam).

3. Ulangi langkah 2, dan getarkan ujung slinki tersebut terus menerus naikturun, kemudian amati perambatan gelombang sepanjang slinki.

Tokoh

Frank Oppenheimer(1912–1985)

Frank Oppenheimer lahir di New Yorkpada tahun 1912. Di Exploratoriumdia mendemonstrasikan pengamatan-nya bahwa gerakan pendulum biladiproyeksikan pada sabuk kertasbergerak membentuk lintasan grafiksinusoidal.

Sumber: Conceptual Physics, 1998

Gejala Gelombang 3

Gambar 1.1Berdasarkan arah getarnya,gelombang mekanikdikelompokkan menjadi:(a) Gelombang transversal;(b) Gelombang logitudinal.

Tarah rambat

arah getar

Tugas Anda 1.1Selain dalam medium slinki,dapatkah Anda mencari medium lainuntuk menggambarkan gelombanglongitudinal?

Gambar 1.2Gelombang pada tali.

4. Letakkan slinki di atas lantai licin, kemudian dengan bantuan teman Andapegang salah satu ujungnya.

5. Hentakkan salah satu ujung pegas dengan satu kali dorongan dan satu kalitarikan ke posisi semula. Amati rapatan dan regangan yang merambat sepan-jang slinki.

6. Ulangi langkah 5, namun dorongan dan tarikannya dilakukan secara terus-menerus. Amati perambatan dan regangan sepanjang slinki.

arah rambat

T

arahgetar

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII4

1. Panjang, Frekuensi, Periode, dan Cepat Rambat Gelombang

2. Persamaan Umum Gelombang

Gambar 1.3(a) Panjang gelombang pada

gelombang transversal.(b) Panjang gelombang pada

gelombang longitudinal.

panjang gelombang

panjang gelombang

rapatan renggangan

puncak

lembah

Gambar 1.4Panjang gelombang ( ) padagrafik simpangan (y) terhadap

arah rambat (x).

Contoh 1.1

2 = 36 m

A B'C E

D

F' G

FB

H

y

x

lembahgelombang

bukitgelombang

Gejala Gelombang 5

3. Energi Gelombang

Contoh 1.2

m xGambar 1.5Gerakan tangan dirambatkanoleh tali dalam bentukgelombang.

1,5

Pembahasan Soal

Gelombang air laut menyebabkanpermukaan air naik turun denganperiode 2 s. Jika jarak antara duapuncak gelombang 5 m,gelombang akan mencapai jarak10 m dalam waktu ....a. 1 sb. 2 sc. 3 sd. 4 se. 5 s

UMPTN 2001

Pembahasan:T = 2 s

jarak antara dua puncak = satugelombang

v = 5 m

2 sT = 2,5 m/s

s = vt10 m = (2,5 m/s)t

t = 10 m

2,5 m/s = 4 s

Jawaban: d

5 m

Tugas Anda 1.2Embusan angin kencang membuatSears Building di Chicago goyangdan selanjutnya bergetar denganfrekuensi sebesar 0,1 Hz. Berapaperiode getarannya?

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII6

P1

P1

t1

t1 + t

v t

Gambar 1.6(a) Pada waktu t

1, gelombang tali

mencapai titik P1 dan memiliki

energi karena gerak harmonikelemen-elemennya.

(b) Pada saat waktu bertambahsebesar t , gelombang tali

menjalar sejauh v t .

Contoh 1.3

Tantanganuntuk Anda

Grafik simpangan terhadap waktusebuah gelombang yang memilikikecepatan 0,05 m/s seperti padagambar berikut.

Berdasarkan gambar tersebut,tentukan:a. amplitudo (A);b. periode (T);c. frekuensi gelombang (f).

t(s)

y(cm)

10

150 cm

x

x

Gejala Gelombang 7

Kata Kunci• gelombang mekanik• gelombang elektromagnetik• gelombang transversal• gelombang longitudinal• panjang gelombang• periode gelombang• frekuensi gelombang• simpul• laju energi gelombang• daya gelombang• cepat rambat gelombang• rapat massa linear• energi total gelombang

B. Gelombang Berjalan dan GelombangStasioner

1

2

Tes Kompetensi Subbab A

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII8

1. Gelombang Berjalan

Gambar 1.7Gelombang merambat

ke arah sumbu-x positif.

O P

y

v

x

y = sinA t kx+A = awal getaran gelombang ke

atas–A = awal getaran gelombang ke

bawah+k = gelombang merambat ke

kiri–k = gelombang merambat ke

kanan

Ingatlah

Gejala Gelombang 9

a. Sudut Fase, Fase, dan Beda Fase

Tugas Anda 1.3Gelombang air laut merupakangelombang berjalan. Energigelombang air laut ini dapatdigunakan untuk menggerakkangenerator listrik. Bukan hal yangmustahil teknologi ini suatu saatditerapkan di Indonesia. MenurutAnda, kira-kira di daerah lautmanakah teknologi ini dapatditerapkan? Coba Anda diskusikanalasannya bersama teman-teman.

Gambar 1.8Titik A yang berjarak x

1 dan titik

B yang berjarak x2 dari O. Kedua

titik memiliki beda fase .

y

x

B

x1

x2

A

O

Mari Mencari Tahu

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII10

Tantanganuntuk Anda

Sebuah gelombang merambat darisumber S ke kanan dengan laju8 m/s, frekuensi 16 Hz, danamplitudo 4 cm. Gelombangtersebut melalui titik P yang

berjarak 1

92

m dari S. Jika S telah

bergetar 1

14

S dan arah gerak

pertamanya ke atas, hitunglahsimpangan titik P pada saat itu.

Contoh 1.5

Satuan frekuensi adalah hertz (Hz),diambil dari nama Heinrich Hertz,orang yang pertama kalimendemonstrasikan gelombangradio pada 1886. Satu getaran persekon disebut 1 hertz; dua getaranper sekon dinamakan 2 hertz, danselanjutnya.

The unit of frequency is called thehertz (Hz), after Heinrich Hertz, whodemonstrated radio in 1886. Onevibration per second is 1 hertz; twovibrations per second is 2 hertz,and so on.

Informasiuntuk Anda

Information for You

t kx

Contoh 1.4

Gejala Gelombang 11

2. Gelombang Stasioner

Gambar 1.10Gelombang pantul dari seutastali yang terikat.

gelombangdatang

Gambar 1.9Gelombang pantul dari seutastali yang bergerak bebas (tidakada perubahan fase).

gelombangpantul

perut

simpul

gelombang pantul

gelombangdatang

gelombangpantul

O

PA

x

Gambar 1.11Simpangan gelombang datangy

1 dan simpangan gelombang

pantul y2 pada ujung bebas tidak

mengalami beda fase.

y1

y2

x

a. Gelombang Stasioner pada Tali dengan Ujung Bebas

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII12

yp

=

Gejala Gelombang 13

b. Gelombang Stasioner pada Tali dengan Ujung Terikat

Gambar 1.12Simpangan gelombang datangy

1 dan simpangan gelombang

pantul y2 pada ujung terikat

memiliki beda fase 180°.

A

gelombangpantul

gelombangdatang

xP y

1

y2 O

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII14

Tantanganuntuk Anda

Gelombang stasioner dapat terjadikarena superposisi gelombangdatang dan gelombang pantuloleh ujung bebas. Titik simpul yangkesepuluh berjarak 1,52 m dariujung bebasnya. Jika frekuensigelombang itu 50 Hz, berapakahcepat rambat gelombangnya?

Tugas Anda 1.4Rumus syarat terbentuknya simpuldan perut dapat juga ditulis sepertiberikut.

x = (2n – 1)14 untuk simpul dan

x = n12 untuk perut.

Coba Anda diskusikan dengan teman,bagaimanakah penurunannya?

x n

Gejala Gelombang 15

Jawab:

Contoh 1.6 Kata Kunci• bilangan gelombang• amplitudo• frekuensi• kecepatan sudut getar• sudut fase• fase• beda fase• cepat rambat gelombang• simpul gelombang• perut gelombang

Contoh 1.7

2,4 m

PO

Q

4 m

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII16

3. Kecepatan Gelombang Stasioner

Aktivitas Fisika 1.2

Percobaan MeldeTujuan PercobaanMengamati gelombang stasioner.

Alat-Alat Percobaan1. Kawat tipis (2 buah) yang berbeda massanya2. Beban3. Pembangkit getaran (vibrator)

4. Katrol

Langkah-Langkah Percobaan1. Susunlah alat-alat seperti pada gambar berikut.

vibratorgelombang

bebanP S P S

2. Hidupkan pembangkit getaran dengan menghubungkannya ke sumbertegangan sehingga pada tali terbentuk gelombang seperti pada gambar.

3. Jika belum terbentuk gelombang stasioner, ubahlah berat beban yangtergantung pada ujung katrol sehingga pada suatu saat terbentuk gelom-bang stasioner.

4. Amatilah dengan saksama gelombang yang terjadi dan tulislah kesimpulanAnda dari kegiatan tersebut.

5. Lakukan langkah 1 sampai 4 untuk kawat kedua yang berbeda massanya.

Pembahasan Soal

Tali yang panjangnya 5 m ber-tegangan 2 N digetarkan sehinggaterbentuk gelombang stasioner.Jika massa tali 625 × 10–3 kg, makacepat rambat gelombang taliadalah ....a. 2 m/sb. 5 m/sc. 6 m/sd. 10 m/se. 40 m/s

UMPTN 1996

Pembahasan:Diketahui:

= 5 m; F = 2 N; m = 625 × 10–3 kg.Menurut Melde kecepatan rambatgelombang tali adalah

v = F

= Fm

= -32 N 5 m

6,25 10 kg= 40 m/s

Jawaban: e

Gejala Gelombang 17

Contoh 1.9

Contoh 1.10

Tantanganuntuk Anda

Kawat untuk saluran transmisi listrikyang massanya 40 kg diikat antaradua menara tegangan tinggi yangjaraknya 200 m. Salah satu ujungkawat dipukul oleh teknisi yangberada di salah satu menara,sehingga timbul gelombang yangmerambat ke menara yang lain. Jikagelombang pantul terdeteksisetelah 10 s, berapa tegangan kawat?

Tugas Anda 1.5Gelombang stasioner terbentukjika superposisi terjadi dari duagelombang yang frekuensi danamplitudo sama tapi fasenyaberlawanan. Jika frekuensi danamplitudo dibuat tidak sama,gelombang apa yang terjadi?

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII18

Tes Kompetensi Subbab B

1,5 m

Gejala Gelombang 19

C. Sifat-Sifat Gelombang1. Pemantulan

1

2

a. Pemantulan Gelombang Lingkaran oleh Bidang Datar

Gambar 1.13Pemantulan gelombang pada tali:(a) ujung terikat; dan (b) ujung bebas.

Gambar 1.14Hukum pemantulan

Gambar 1.15Pemantulan gelombanglingkaran oleh bidang datar.

Sumber: Physics for ‘O’ Level, 1999

Aktivitas Fisika 1.3

Pemantulan GelombangTujuan PercobaanMengamati pemantulan gelombang pada tangki riak.

Alat-Alat Percobaan1. Wadah bak air 4. Lampu atau OHP2. Papan 5. Air

3. Kaca

Langkah-Langkah Percobaan1. Buatlah semacam bak air (tangki riak) dengan kaca sebagai alasnya.2. Letakkan bak tersebut di bawah sinar lampu OHP, kemudian letakkan sebuah

kertas putih di bawah bak.3. Buatlah riak kecil dengan cara mencelupkan salah satu jari Anda di tengah-

tengah bak. Perhatikan yang terjadi.4. Masukkan papan tersebut di ujung bak, lalu gerakkan secara perlahan dalam

arah horizontal sehingga terbentuk riak.5. Jelaskan hasil yang diperoleh dan sebutkan perbedaan kedua riak tersebut.

Kemudian, jelaskan pula bagaimana dengan pemantulan gelombang padadinding.

i

rnormal

gelombangdatang

sinargelombang

datang sinargelombang

pantul

muka gelombang pantul

1

2

Gambar 1.16Tangki riak yang ditempatkandi atas OHP.

Sumber: Physics for ‘O’ Level, 1999

O A

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII20

Gambar 1.17Pembiasan pada tangki riak yang

kedalamannya berbeda.

Gambar 1.18(a) Pembiasan terjadi pada

bolpoin yang dicelupkan kedalam air; (b) Skema perjalanan

sinar pada proses pembiasan.

Sumber: Dokumentasi Penerbit

2. Pembiasan Gelombang

gelombang datang

batas

tempat dangkal

keping gelas tebal meja kaca tangki riak

gelombang setelahdibiaskan

1

2

12

sinardatang

1

2

sinarbias

n2 > n

1

n1

n2

Gejala Gelombang 21

Gambar 1.19Pembiasan sinar bergantungpada indeks bias medium.

1

sinardatang

2

garis normal

n1

n2 sinar

bias

n2 = n

1

sinardatang

n1

n2

sinarbias

n2 > n

1

sinardatang

n1

n2 sinar

bias

n2 < n

1

garis normal garis normal

1

2

1

2

Contoh 1.8

Tugas Anda 1.6Menurut Anda, mengapagelombang air laut yang begitubesar ketika sampai di pantaimenjadi kecil? Apakah terjadi halyang sama untuk laut yangberbatasan dengan daratan yangbertebing karang curam?

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII22

3. Polarisasi

gelombangterpolarisasi

celah

Gambar 1.20Gelombang tali yang

terpolarisasi.

Gambar 1.21Polarisasi gelombang tali.

gelombangterpolarisasi

gelombangtidak

terpolarisasi

37°

53°

medium 1

medium 2

Gejala Gelombang 23

Gambar 1.22Cahaya tak terpolarisasidilewatkan pada sebuah kristal.

4. Interferensi Gelombang

Gambar 1.23Interferensi gelombang air

interferensi konstruktif

Sumber: www.physics.umd.eduinterferensi destruktif

5. Difraksi Gelombang

Gambar 1.24Interferensi dua gelombang(a) interferensi konstruktif(menguatkan) dan(b) interferensi destruktif(menghilangkan).

+ +

= =

getaran horizontaldiserap sempurnaoleh polaroid

cahaya alamiyang datang

getaran vertikaldiserap sebagian

cahaya diteruskanterpolarisasi linear

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII24

6. Efek Doppler

Gambar 1.26Sumber gelombang yang

bergerak pada permukaan airmenyebabkan panjang

gelombang lebih pendeksesuai arah gerak.

12345sP

vp v

s

s5 4 3 2 1

Gambar 1.25Difraksi pada gelombang air

gelombang air setelahmelewati celah

gelombang air

celah

Sumber: Physics for Scientist & Engineerswith Modern Physics, 2000

Gejala Gelombang 25

Contoh 1.11

Tokoh

Christian JohannDoppler

(1803–1853)

Christian Johann Doppler adalahfisikawan yang lahir di Salzburg,Austria. Dia belajar di Vienna danmenjadi seorang profesor Fisika(1851). Dia terkenal denganpengamatannya tentang variasifrekuensi gelombang suara dangelombang cahaya karena pengaruhkecepatan gerak relatif antarasumber dan pengamat.

Sumber: www. allbiographic.com

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII26

Tes Kompetensi Subbab C

Rangkuman

Contoh 1.12Kata Kunci• refleksi• tangki riak• sudut datang• sudut pantul• garis normal• refraksi• fatamorgana• indeks bias• sudut bias• polarisasi• interferensi• interferensi konstruktif• interferensi destruktif• efek Doppler

Gejala Gelombang 27

Peta Konsep

Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu telahmengetahui jenis-jenis gelombang serta sifat-sifatnya.Dari materi bab ini, bagian mana yang Anda anggap sulit?Coba diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.

Refleksi

Selain itu, coba Anda sebutkan manfaat lainnya yangAnda peroleh setelah mempelajari materi bab ini.

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII28

P

Q

RS

T

U

V

Tes Kompetensi Bab 1

Gejala Gelombang 29

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII30

A

B

CD

E

F

HG I