Bagaimanakah hubungan antara periode atau frekuensi panjang gelombang dan cepat rambat gelombang?

122 Kelas VIII SMPMTs Semester 2 Ketika tali diberi simpangan, tali akan bergetar dengan arah getaran ke atas dan ke bawah. Pada tali, gelombang merambat tegak lurus dengan arah getarnya. Bentukan seperti ini disebut gelombang transversal. Contoh lain gelombang transversal ada pada permukaan air. Panjang gelombang transversal sama dengan jarak satu bukit gelombang dan satu lembah gelombang a-b-c-d-e pada Gambar 10.2. Panjang satu gelombang dilambangkan dengan λ dibaca lambda dengan satuan meter. Simpangan terbesar dari gelombang itu disebut amplitudo bb atau dd pada Gambar 10.2. Dasar gelombang terletak pada titik terendah gelombang, yaitu d dan h, dan puncak gelombang terletak pada titik tertinggi yaitu b dan f. Lengkungan c-d-e dan g-h-i merupakan lembah gelombang. Lengkungan a-b-c dan e-f-g merupakan bukit gelombang. Arah rambat A A a b c d e f g h i b d f h Lambda λ Satu gelombang 1 λ Arah getar Sumber: Dok. Kemdikbud Gambar 10.2 Graik Simpangan terhadap Arah Rambat Waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang disebut periode gelombang, satuannya sekon s dan dilambangkan dengan T. Jumlah gelombang yang terbentuk dalam 1 sekon disebut frekuensi gelombang. Lambang untuk frekuensi adalah f dan satuannya hertz Hz. Gelombang yang merambat dari ujung satu ke ujung yang lain memiliki kecepatan tertentu, dengan menempuh jarak tertentu dalam waktu tertentu pula.

b. Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal dapat kamu amati pada slinki atau pegas yang diletakkan di atas lantai. Ketika slinki digerakkan maju- mundur secara terus menerus, akan terjadi gelombang yang merambat pada slinki dan membentuk pola rapatan dan regangan. Gelombang longitudinal memiliki arah rambat yang sejajar dengan arah getarnya. 123 Ilmu Pengetahuan Alam Aktivitas 10.4 Gelombang Longitudinal Ayo, Kita Lakukan Apa yang kamu perlukan? Slinki Gambar 10.3 Sumber: Dok. Kemdikbud Gambar 10.3 Slinki Apa yang harus kamu lakukan? 1. Letakkan slinki di atas lantai yang licin dan minta temanmu memegang salah satu ujungnya 2. Gerakkan salah satu ujung slinki dengan cara memberikan dorongan dan tarikan pada slinki 3. Amati dan gambarkan fenomena yang terjadi pada slinki Apa yang perlu kamu diskusikan? 1. Pada saat kamu mendorong dan menarik slinki, ke arah manakah getaran pada slinki? 2. Kemanakah arah rambat gelombang? 3. Apakah arah getar dengan arah rambat gelombang searah? Mengapa? Apa yang dapat kamu simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah kamu lakukan, apa yang dapat kamu simpulkan? 124 Kelas VIII SMPMTs Semester 2 Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi. Satu gelombang longitudinal terdiri atas satu rapatan dan satu regangan seperti pada Gambar 10.4. Besaran-besaran yang digunakan pada gelombang longitudinal sama dengan besaran-besaran pada gelombang transversal. Dapatkah kamu menyebutkannya? Lambda λ Satu gelombang Rapatan Renggangan Rapatan Arah getar Arah rambat Sumber: Dok. Kemdikbud Gambar 10.4 Rapatan dan Renggangan pada Gelombang Longitudinal

c. Hubungan antara Panjang Gelombang, Frekuensi, Cepat Rambat, dan Periode Gelombang

Pernahkah kamu memerhatikan cahaya kilat dan bunyi guntur? Kamu akan mendengar bunyi guntur beberapa saat setelah cahaya kilat terlihat. Walaupun guntur dan cahaya kilat muncul dalam waktu yang bersamaan, kamu akan melihat cahaya kilat lebih dahulu karena cahaya merambat jauh lebih cepat daripada bunyi. Cahaya merambat dengan kecepatan 3 × 10 8 ms, sedangkan bunyi hanya merambat dengan kecepatan 340 ms. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v, dengan satuan ms. Karena gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang λ dalam waktu satu periode gelombang T, maka kecepatan gelombang dapat ditulis = v λ T Karena = T 1 f , maka cepat rambat gelombang dapat juga dinyata- kan sebagai berikut. v = f × λ 125 Ilmu Pengetahuan Alam Bagaimana jika kamu membuat gelombang tali dengan frekuensi yang berbeda? Kamu akan menemukan jika frekuensi gelombang tali diperbesar, maka panjang gelombangnya mengecil. Mengapa? Dalam medium yang sama, cepat rambat gelombang adalah tetap. Misalnya cepat rambat gelombang pada tali adalah 12 ms, dengan frekuensi gelombang 4 Hz, maka panjang gelombangnya adalah 3 m λ = 3 m. Namun jika frekuensi diperbesar menjadi 6 Hz, maka panjang gelombangnya menjadi 2 λ = 2 m. Apa yang terjadi jika frekuensi gelombangnya diperkecil? Misalnya menjadi 2 Hz, berapakah panjang gelombangnya sekarang? Ayo, Kita Pahami Contoh Soal Gelombang pada permukaan air merambat dengan panjang gelombang 2 m. Jika waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang adalah 0,5 sekon, tentukan: a. cepat rambat gelombang, dan b. frekuensi gelombang Penyelesaian: Diketahui: Perambatan gelombang pada air λ = 2 m T= 0,5 s Ditanya: a. Cepat rambat gelombang v b. Frekuensi f Jawab: a. = v λ T = 2 m 0,5 s = 4 ms Jadi, cepat rambat gelombang air adalah 4 ms b. = f 1 T = 1 0,5 s = 2 Hz Jadi, frekuensi gelombang air adalah 2 Hz. 126 Kelas VIII SMPMTs Semester 2 Ayo, Kita Selesaikan 1. Sebuah gelombang panjangnya 0,75 m dan cepat rambatnya 150 ms. Berapakah frekuensinya? 2. Suatu sumber getar memiliki frekuensi 300 Hz. Gelombangnya merambat dalam zat cair dengan kecepatan 1.500 ms. Berapakah panjang gelombangnya? 3. Jika frekuensi suatu getaran 440 Hz dan panjang gelombangnya 75 cm, berapakah kecepatan gelombang tersebut?

d. Pemantulan Gelombang

5 Pendidikan dan Latihan Profesi Guru 2012 Rayon 114 Unesa

d. Hubungan antara cepat rambat, frekuensi, dan panjang gelombang. a

Periode atau Waktu Getar Periode adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang. . Periode diberi lambang T, dan satuannya dalam SI adalah detik. b Frekuensi Frekuensi adalah banyak gelombang yang terjadi dalam satu detik. Frekuensi diberi lambang f dan satuannya dalam sistem SI adalah hertz Hz. Hubungan frekuensi dan periode yaitu : f T atau T f 1 1 = = Gelombang menjalar dengan kecepatan tertentu, disebut cepat rambat. Bagaimanakah hubungan antara cepat rambat gelombang, panjang gelombang dan frekuensi ? Dari rumus gerak didapatkan hubungan rumus : waktu jarak kecepa = tan Bila kita tentukan jarak = panjang gelombang, dan waktu = periode maka diperoleh : periode gelombang panjang t cepatramba = T v λ = …………………………………………….... 3 Karena T T atau T f 1 1 = = , maka kita dapat hubungan T v λ = f v atau f v T v = = = λ λ λ . 1 Dengan : λ = panjang gelombang m T = Periode detik f = frekuensi Hz v = cepat rambat mdt Contoh soal Cepat rambat gelombang yang berfrekuensi 300 Hz ialah 75 mdt. Berapakah panjang gelombangnya? 6 Pendidikan dan Latihan Profesi Guru 2012 Rayon 114 Unesa Jawab : Frekuensi = f = 300 Hz Cepat rambat = v = 75 mdt Gunakan hubungan v, λ dan f di dapat : cm m Hz dt m f v 25 4 1 300 75 = = = = λ λ λ

e. Gelombang

bunyi Bunyi adalah salah satu contoh gelombang longitudinal, dalam perambatannya gelombang bunyi berbentuk rapatan dan renggangan yang dibentuk oleh partikel-partikel perantara bunyi. Apabila gelombang bunyi merambat di udara perantaranya adalah partikel-partikel udara. Gelombang bunyi tidak dapat merambat di dalam ruang hampa udara karena dalam ruang hampa udara tidak partikel-partikel udara. Bunyi yang merambat melalui medium yang berbeda memiliki cepat rambat bunyi yang berbeda pula. Cepat rambat bunyi bergantung pada suhu dan medium yang dilaluinya. Di udara pada suhu C dan tekanan 1 atm, cepat rambat bunyi sebesar 331 ms. Cepat rambat bunyi di udara akan bertambah 0,60 ms untuk tiap kenaikan suhu C. Contohnya, cepat rambat bunyi di udara pada suhu C adalah 340 ms. Dalam zat padat, cepat rambat bunyi bergantung pada kekakuan zat padat. Semakin kaku suatu zat, semakin cepat gelombang bunyi yang melewatinya. Cepat rambat bunyi dalam berbagai medium ditunjukkan dalam tabel 1 berikut. Tabel 1 cepat rambat bunyi dalam berbagai medium 1 atm, C Medium Cepat rambat bunyi ms Udara 340 Udara 0 o C 331 Helium 1.005 Hidrogen 1.300 Air 1.440 Air laut 1.560 Besi 5.000 Gelas 4.500 Plastik 2.680 7 Pendidikan dan Latihan Profesi Guru 2012 Rayon 114 Unesa Alumunium 5.100 Kayu keras 4.000 Sejumlah faktor yang mempengaruhi kecepatan bunyi di dalam suatu gas a Efek tekanan Suatu perubahan dalam tekanan akan diikuti dengan peruabahan rapat-massa. Kecepatan tidak bergantung pada tekanan selama suhu gas tetap konstan. b Efek suhu Kecepatan bunyi bertambah dengan pertambahan suhu. Ia berbanding lurus dengan akar suhu absolut. c Efek berat molekul Untuk bermacam gas, yang jumlah atom per molekulnya sama, kemudian suhu dan tekanannya sama, maka kecepatan bunyi di dalam gas berbanding terbalik dengan akar dari berat molekul. d Efek kelembaban Efek adanya uap air akan mengakibatkan menurunnya sedikit harga rapat massa udara. Jadi, kecepatan bunyi di udara lembab akan lebih besar dari pada kecepatan bunyi di udara kering dalam keadaan suhunya sama. e Efek frekuensi Kecepatan bunyi yang didengar oleh telinga manusia tidak bergantung pada frekuensi gelombangnya. f Efek amplitudo Untuk amplitudo kecil, kecepatan bunyi tidak bergantung pada amplitudo tetapi gelombang bunyi dengan amplitudo besar akan merambat dengan kecepatan yang bergantung pada dan bertambah dengan amplitudo, yang secara bertahap akan mengecil sampai ke batas harga normalnya. Cepat rambat gelombang bunyi dalam medium sama dengan cepat rambat gelombang longitudinal. Jika udara dianggap sebagai gas ideal , capat rambat bunyi di udara dapat dihitung dengan rumus: Dengan adalah tetapan Laplace, P adalah tekanan udara, dan adalah massa jenisnya. Tetapan laplace merupakan rasio antara kalor jenis zat pada tekanan tetap dan kalor jenis zat pada volume tetap . Dalam gas ideal berlaku persamaan PV = nRT, dengan V adalah volume gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah tetapan umum gas R = 8,314 Jmol.K, dan T adalah suhu mutlak. Jika massa total gas nM massa molekul relative M dikalikan jumlah mol n , maka berlaku 8 Pendidikan dan Latihan Profesi Guru 2012 Rayon 114 Unesa