Kata Pengantar

Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yesus Krisus karena atas hikmat dan

penyertaan kasih anugerahNya saya boleh mengerjakan serta dapat menyelesaikan proyek

karya ilmiah fisika ini yang berjudul "The theory of wave and their application in our daily

life".

Juga, saya sangat mengucap syukur karena diperbolehkan mengerjakan Karya Ilmiah ini

karena dengan adanya tugas akhir ini, sangat bisa membantu dalam kekurangan nilai nilai

saya terutama dalam bidang fisika.

Saya sangat senang karena boleh mengerjakan tugas ini, karena bukan selain sebagai syarat

kelulusan dalam jenjang SMA ini melainkan juga menambah pengertian serta pemahaman

saya dalam salah satu konsep materi fisika. Oleh karena hal tersebut saya ingin

mendedikasikan apresiasi dan terima kasih sebesar-besarnya kepada:

1. Tuhan Yesus Kristus, karena telah memberikan saya hikmat dan penyertaan dalam

mengerjakan proyek Karya Ilmiah ini.

2. Orang tua, yang telah memberi saya support serta ide-ide dalam pengerjaan proyek akhir

ini.

3. Johana Theresia Maria Diah Lestari SPd., M.Pd. selaku wali kelas sekaligus guru fisika

saya sejak SMA, saya berterima kasih karena boleh diberi tugas ini.

4. Caezar Riza Rahardian S.Hum., selaku guru bahasa Indonesia yang juga turut menbantu

saya dalam menyusun format dan diksi dalam proyek ini.

5. Teman-teman, yang juga turut membantu dalam pemecahan masalah yang saya hadapi

dalam proses pengerjaan proyek ini.

Semoga Tuhan Yesus Kristus memberkati kita semua lebih lagi. Saya berharap karya Ilmiah

ini bisa membantu saya untuk menjadi pribadi yang lebih disiplin dan bertanggung jawab.

Saya juga berharap Karya Ilmiah ini boleh berfungsi bagi murid generasi-generasi

selanjutnya.

BAB 1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Karena banyaknya penduduk di dunia yang akan tetap terus bertambah maka

kemajuan teknologi akan terus berkembang juga, dan akhirnya banyak penemuan

penemuan baru akan ditemukan setiap tahunnya. Pada jaman sekarang banyak

kualitas hidup seseorang ditentukan oleh adanya teknologi pada kehidupan mereka

dan juga keinginan seseorang masa kini ingin mendapatkan segalanya dengan praktis

dan tidak mau repot.

Hal ini dapat melandasi mengapa teknologi terus berkembang. Kedua, karena

kebutuhan manusia terus berkembang sehingga teknologi juga harus mengikuti

perkembangan tersebut. Tetapi banyak dari manusia tidak mengerti bagaimana

prinsip kerja dalam teknologi tersebut, mereka hanya bisa memakainya saja tanpa

mengetahui hal tersebut.

Oleh sebab itu saya ingin menjelaskan salah satu teknologi yang akan saya

bahas nanti, yaitu radio yang menggunakan prinsip gelombang, serta beberapa

aplikasi lainnya. Pada umumnya teori gelombang ini banyak digunakan oleh

manusia manusia untuk mendapatkan informasi penting yang berasal dari negaranya

sendiri, maupun dari negara lain.

Saya mengharapkan agar hal ini boleh menjadi pelajaran yang berguna bagi

kita semua, dan tidak hanya memakai melainkan mengerti benar bagaimana prinsip

kerjanya. Karena saat ini tidak hanya teknologi saja yang dibutuhkan melainkan juga

pengetahuan, oleh sebab itu teknologi dan pengetahuan harus saling melengkapi.

B. Rumusan masalah

Berdasarkan dengan topik yang saya pilih, saya mengangkat beberapa

pertanyaan, antara lain;

- Teori apa yang mendasari?

- Bagaimana sejarah munculnya teori gelombang dan siapa penemunya?

- Bagaimana cara mengklasifikasikan gelombang?

- Apa saja teknologi-teknologi yang dapat di aplikasikan untuk teori

gelombang?

- Apa saja prinsip-prinsip fisika yang diaplikasikan?

- Bagaimana cara kerja teknologi transportasi tersebut?

- Keuntungan apa yang diperoleh dari setiap aplikasi tersebut?

- Kerugian apa yang diperoleh?

C. Tujuan Masalah

Berdasarkan rumusan masalah di atas, karya ilmiah ini bertujuan sebagai

berikut:

- Mengidentifikasi teori yang mendasari.

- Mampu memberikan penjelasan bagi orang lain yang masih belum

mengetahui gelombang.

- Mengerti prinsip yang digunakan dari aplikasi aplikasi yang ada.

- Menemukan prinsip-prinsip fisika yang digunakan.

- Mendalami cara kerja teknologi yang dibahas.

- Menemukan keuntungan dan kerugian dari prinsip tersebut.

D. Manfaat

Agar setiap orang mengerti prinsip kerja teknologi tersebut serta teori yang

digunakan. Salah satu manfaat yang boleh didapat yaitu saat ingin mendapatkan

sesuatu hanya memerlukan waktu yang relatif lebih cepat dengan menggunakan

gelombang.

E. Batasan Masalah

Makalah ini dibatasi sampai membahas prinsip-prinsip fisika dan pelajaran lain yang berhubungan dengan cara kerja objek pada tingkat Sekolah Menengah ke Atas (SMA).

BAB II

LANDASAN TEORI

Berdasarkan apa yang telah saya cari dari beberapa sumber, terutama pada

internet, saya dapatkan bahwa definisi gelombang sesungguhnya adalah getaran yang

merambat melalui medium. Tetapi tidak semua gelombang memerlukan medium

perambatan.

Gelombang yang memerlukan medium perambatan disebut gelombang

mekanik, contohnya : Gelombang permukaan air, dan gelombang bunyi. Gelombang

yang tak memerlukan medium perambatan disebut gelombang elektromagnetik,

contohnya: gelombang cahaya dan gelombang radio. Dapat disimpulkan bahwa

gelombang elektromagnetik dapat merambat melalui udara tetapi lain halnya dengan

gelombang mekanik yang membutuhkan medium untuk merambat.

Di dalam gelombang atau getaran terdapat frekuensi dan periode dimana

perbandingan antara frekuensi dan periode adalah terbalik. Satuan yang digunakan

pada Periode adalah sekon sedangkan pada frekuensi adalah Hz.

Gambar 1.1

f = Frekuensi (Hz)

T = Periode (Sekon)

Karena pada umumnya periode adalah waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran, sedangkan frekuensi adalah banyaknya getaran yang dilakukan dalam satu sekon. Sehingga dapat di simpulkan menjadi :

Gelombang juga ditentukan oleh cepat rambat, yang didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh oleh sebuah gelombang dalam waktu satu sekon. Cepat rambat gelombang dinyatakan dengan lambang v dan satuannya m/s. Sedangkan jarak yang ditempuh dalam waktu satu periode disebut sebagai Panjang Gelombang atau yang dikenal dengan lambda (λ), panjang gelombang dinyatakan dalam satuan m.

Berdasarkan jenis gelombang, gelombang diklasifikasikan menjadi beberapa jenis gelombang, Yaitu :

1. Gelombang Mekanik Gelombang mekanik adalah gelombang yang membutuhkan medium

untuk berpindah tempat. Misalnya pada gulungan air laut, hal itu disebabkan oleh karena gelombang menggunakan air laut sebagai perantara. Gelombang ini tidak dapat terjadi apabila tidak ada medium yang lenting juga. Gelombang mekanik dibagi menjadi gelombang berdasarkan arah getaran dan gelombang berdasarkan Amplitudonya :

Berdasarkan arah getaran :

i. Gelombang TransversalGelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya

tegak lurus dengan rambatnya. Contoh gelombang transversal adalah

gelombang tali. Ketika kita menggerakan tali naik turun, terlihat

bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah

gerak gelombang. Dalam 1 gelombang penuh terdapat 1 bukit dan 1

lembah yang bisa kita lihat pada gambar.

Gambar 1.2

n = Banyak getaran

Gambar 1.3

ii. Gelombang LongitudinalGelombang Longitudinal adalah Gelombang yang arah getarnya

searah dengan arah rambatnya. Jika didalam gelombang transversal memiliki bukit dan lembah dalam 1 gelombang penuh, maka di gelombang longitudinal memiliki rapatan dan regangan. Lihat gambar dibawah ini.

LembahBukit

Gambar 2.1

Gambar 2.2

Gambar 3.1

Gambar 3.2

Gambar 3.3

iii. Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner biasanya disebut sebagai gelombang diam atau juga gelombang berdiri. Gelombang ini terjadi akibat superposisi (Penjumlahan gelombang) dua gelombang yang berjalan secara berlawanan. Sehingga ini mengakibatkan dua gelombang bertabrakan dan merubah Amplitudonya.

Didalam gelombang stasioner terdapat perut dan simpul. Perut adalah titik yang mempunyai amplitudo maksimum, sedangkan Simpul adalah titik yang memiliki amplitudo minimum. Jarak antara 2 perut atau simpul berturut turut (P-S-P atau S-P-S) disebut lambda (λ). Terdapat 2 jenis gelombang stasioner, yaitu :

i. Gelombang stasioner ujung terikatP = PerutS = Simpul

Jika gelombang 1 dimisalkan y1 dan gelombang 2 adalah y2 maka :

y1 = A sin (ω.t – kx) arah gelombang dari bawah ke kanan

y2 = A sin (ω.t + kx) arah gelombang dari atas ke kiri

Jika mengalami superposisi, maka persamaannya:

Y = y1 + y2

Y = A [Sin(kx – ω.t) + Sin(kx + ω.t)]

Jika menggunakan aturan sinus, maka:

Y = 2A sin (kx) cos (ω.t)

Sedangkan cara untuk menentukan letak simpul dan perut, yaitu :

P

S S

P

Perut :

Gambar 3.4

ii. Gelombang stasioner ujung bebas

Jika gelombang 1 dimisalkan y1 dan gelombang 2 adalah y2 maka :

y1 = - A sin (ω.t – kx) arah gelombang dari bawah ke kanan

y2 = - A sin (ω.t + kx) arah gelombang dari bawah ke kiri

Jika mengalami superposisi, maka persamaannya:

Y = y1 + y2

Y = A [Sin(kx – ω.t) - Sin(kx + ω.t)]

Jika menggunakan aturan sinus, maka:

Y = 2A cos (kx) sin (ω.t)

Sedangkan cara untuk menentukan letak simpul dan perut, yaitu :

Simpul :

S

PP

S

Perut :

Simpul :

Gambar 4.1

A C

x

iv. Gelombang Berjalan

Gelombang berjalan adalah gelombang yang terjadi dimana setiap partikel yang dilalui gelombang bergetar secara harmonis dengan A, T, f yang sama.

Maka simpangan di C adalah :

Yc = A sin 2π (ft – x/λ)Yc = A sin (2πft - 2π.x/λ)

Jika : 2π/λ = k maka,

Yc = A sin (2πft – kx)

Berdasarkan bentuknya, gelombang berjalan dibagi menjadi 2 yaitu :

i. Gelombang berjalan transversal

Gelombang berjalan transversal adalah Gelombang berjalan dimana arah getarannya tegak lurus dengan arah gelombangnya. Gelombang berjalan transversal biasanya merambat pada zat padat dan juga memiliki 1 gelombang yang terdiri atas 1 bukit dan 1 lembah.

Dalam gelombang berjalan transversal terdapat beberapa contoh yaitu :

i. Dawai

Dalam menentukan cepat rambat (v) gelombang transversal pada dawai, digunakan percobaan Melde yaitu dengan menggunakan alat Sonometer. Lihat gambar dibawah ini.

Yc = simpangan titik C (m)

A = Amplitudo (m)

f = Frekuensi (Hz)

t = waktu (s)

x = Jarak (m)

λ = Panjang gelombang (m)

k = Bilangan gelombang (../m)

Gambar 4.2

Gambar 4.3

Rumus umum susunan frekuensi pada nada dawai adalah sebagai berikut :

fn = (n + 1) v / L

Keterangan:

n = 0, 1, 2, 3, …

fn = frekuensi nada atas ke-n (harmonik ke – n)

Susunan nada-nada pada dawai :

a. Nada dasar (f0)

f0 = v/2L

Keterangan:

f0 = frekuensi nada dasar (harmonik I) (Hz)

v = cepat rambat gelombang (m/s)

L = panjang dawai (m)

b. Nada atas 1(f1)

Gambar 4.4

Gambar 5.1

f1 = 2v/2L

Keterangan:

f1 = frekuensi nada atas I (harmonik II) (Hz)

c. Nada atas n+1

Dan seterusnya..

ii. Pipa organa

Terbagi menjadi 2 yaitu :

a. Organa terbuka Pipa organa terbuka merupakan sebuah kolom udara atau

tabung yang kedua ujung penampangnya terbuka. Kedua ujungnya berfungsi sebagai perut gelombang karena bebas bergerak dan ditengahya ada simpul. Pada umumnya gelombang yang terjadi pada pipa organa terbuka adalah gelombang berjalan longitudinal. Kolom udara dapat beresonansi, artinya dapat bergetar. Lihat gambar dibawah ini

a. Nada dasar (f1)λ= 2Lf1= v/2L

b. Nada atas 1(f2)λ= Lf1= 2v/2L

c. Nada atas 2(f3)λ= 2L/3f1= 3v/2L

b. Organa tertutup

Gambar 5.1

Gambar 6.1

Pipa organa tertutup merupakan sebuah kolom udara atau tabung yang salah satu ujung penampangnya tertutup ( menjadi simpul karena tidak bebas bergerak ) dan ujung lainnya terbuka ( menjadi perut ). sehingga gelombang yang terjadi pada bagian ujung tertutup merupakan simpul dan pada bagian ujung terbuka terjadi perut. Lihat gambar dibawah ini.

a. Nada dasar (f1)λ= 4Lf1= v/4L

b. Nada atas 1(f3)λ= 4L/3f1= 3v/4L

c. Nada atas 2(f5)λ= 4L/5f1= 5v/4L

Dst...

ii. Gelombang berjalan longitudinal

Gelombang berjalan longitudinal adalah gelombang berjalan dimana arah getaran sejajar atau berhimpit dengan arah gelombangnya. Gelombang berjalan longitudinal merambat pada zat padat, cair, gas. Pada 1 gelombang penuh terdiri dari (Rapatan-renggangan-rapatan atau renggangan-rapatan-renggangan).

a. Bunyi

Bunyi adalah gelombang mekanik yang tergolong dalam gelombang berjalan longitudinal yang menyebar melalui udara, air dan media material lainnya. Biasanya sumber bunyi terjadi saat benda benda di sekeliling kita bergetar sehingga menghasilkan bunyi. Semakin besar kerapatan pada mediumnya maka semakin cepat merambatnya.

Sehingga dapat dirumuskan menjadi :

Pada Gas :

Pada Zat Cair :

Pada Zat Padat :

Jika Amplitudo semakin besar maka bunyi akan semakin keras tetapi bila Amplitudonya kecil maka suara juga semakin lemah. Sedangkan bila frekuensi semakin besar maka akan terdengar suara yang tinggi dan bila frekuensi semakin kecil maka terdengar suara yang rendah. Pada umumnya manusia hanya dapat mendengar antara frekuensi 20Hz hingga 20.000 Hz (Audio) saja.

Dalam bunyi terdapat macam macam sumber yaitu:

1. Nada : Sumber yang frekuensi bunyinya teratur2. Desiran : Sumber yang frekuensi bunyinya kurang teratur3. Desah : Sumber yang frekuensi bunyinya tidak teratur

b. Efek Doppler

V = Cepat rambat (m/s)

P = Tekanan (N/m²)

ρ = Massa jenis (kg/m³)

γ = Tetapan Laplace

B = Modulus Bulk (N/m²)

E = Modulus Young (N/m²)

Efek Doppler, dinamakan mengikuti tokoh fisika Christian Andreas Doppler, merupakan prinsip yang membahas tentang terjadinya perubahan frekuensi yang disebabkan oleh pergerakan baik yang dilakukan sumber bunyi maupun pendengar, sebagai contoh, ketika kita berjalan di trotoar dan sebuah mobil melintas di sebelah kita, kita akan mendengar suara mesin mobil dari kejauhan yang seiring mendekatnya mobil, suara bertambah keras, sampai dengan mengecilnya suara ketika mobil tersebut menjauh.

Rumus dari efek Doppler adalah

(f) merupakan frekuensi pendengar, (f0) adalah frekuensi sumber bunyi. (v) adalah kecepatan suara, sedangkan (vr) dan (vs) secara berurutan adalah kecepatan gerak pendengar dan kecepatan gerak sumber bunyi. (vr) bernilai positif ketika mendekati sumber bunyi, sedangkan (vs) bernilai negatif ketika mendekati pendengar, dan sebaliknya.

Dari rumus ini dapat dilihat bahwa frekuensi sumber bunyi meningkat ketika sumber bunyi mendekat ke pendengar dan sebaliknya, sehingga semakin cepat sumber bunyi berjalan ke pendengar, semakin besar frekuensi suara yang didengar oleh pendengar. Terjadi perubahan frekuensi yang disebabkan oleh pergerakan sumber bunyi maupun pendengar/benda.

2. Gelombang Elektromagnetik

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang, frekuensi, amplitudo, kecepatan.

Cahaya yang tampak oleh mata bukan semata jenis yang memungkinkan radiasi elektromagnetik. Pendapat James Clerk Maxwell menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik lain, berbeda dengan cahaya yang tampak oleh mata dalam dia punya panjang gelombang dan frekuensi, bisa saja ada.

Kesimpulan teoritis kemudian diperkuat oleh Heinrich Hertz, yang dapat menghasilkan dan menemui kedua gelombang yang tampak oleh mata yang diramalkan oleh Maxwell itu. Beberapa tahun kemudian Guglielmo Marconi memperagakan bahwa gelombang yang tak terlihat mata itu dapat digunakan buat komunikasi tanpa kawat sehingga munculah teknologi radio.

BAB III

RADAR

Pada umumnya radar bekerja dengan menggunakan gelombang, salah satu nya

bekerja dalam gelombang Elektromagnetik, selain itu radar juga bekerja dengan

menggunakan prinsip Doppler. Alat ini diciptakan untuk membantu manusia dalam

segala bidang, mulai dari bidang transportasi, komunikasi, meteorologi maupun juga

dalam bidang kedokteran. Tetapi keseringan radar digunakan dalam bidang

transportasi yang berfungsi sebagai mendeteksi suatu benda dalam jarak yang jauh.

Dalam bidang kedokteran radar berfungsi sebagai alat USG atau ultrasonography yang digunakan untuk memvisualisasikan organ dalam dengan mengukur frekuensi. Sedangkan pada bidang meteorologi radar berfungsi sebagai membantu BMG untuk menghitung baik kecepatan linear maupun radial sehingga dapat mendeteksi pergerakan angin dan cuaca.

Radar dapat memperhitungkan jarak suatu benda dengan menggunakan teori Doppler. Jadi saat frekuensi bunyi yang dikeluarkan oleh sumber bunyi dapat diperhitungkan oleh radar tersebut sehingga dapat menggunakan rumus:

Radar tentu tidak bekerja dengan sendirinya, tetapi juga ada alat alat lain yang membantu radar dalam pemancaran frekuensi tersebut. Alat alat yang membantu radar dalam prosesnya adalah Antena, Transmitter (Pemancar sinyal), Receiver (penerima sinyal). Berikut saya akan menjelaskan prinsip kerjanya.

1. ANTENA