Setelah Anda mempelajari materi gelombang ini, diharapkan Anda dapat :
1. Menjelaskan pengertian gelombang secara umum
2. Menjelaskan istilah-istilah pada gelombang (periode, frekuensi, amplitudo, cepat rambat, dan panjang gelombang)
3. Mengidentifikasi karakteristik gelombang transversal dan longitudinal
4. Mengidentifikasi karakteristik gelombang berjalan dan gelombang stasioner
5. Menjelaskan sifat-sifat gelombang


A. Pengertian Gelombang

Gelombang merupakan proses merambatnya suatu getaran yang tidak disertai dengan perpindahan medium perantaranya. Gelombang hanya memindahkan energi. Perhatikan perahu nelayan yang diam di atas permukaan air laut. Pada saat ombak datang, perahu hanya bergerak turun naik tanpa bergeser posisinya.


B. Klasifikasi Gelombang berdasar Arah Getar dan Arah Rambatnya

Berdasarkan arah getar dan arah rambatnya, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

1. Gelombang Transversal

Gelombang transversal merupakan gelombang yang arah getarnya tegaklurus terhadap arah rambatnya. Contoh gelombang transversal adalah seperti peristiwa gelombang yang terjadi pada tali di atas. Perhatikan gambar berikut!












Gambar 1.1. Gelombang Transversal.
Jarak BP, QD, FR, dan SH disebut sebagai amplitudo gelombang, yaitu simpangan terjauh yang dimiliki oleh gelombang, satuannya meter dalam SI.

OBC dan EFG disebut bukit gelombang dengan puncak gelombang di titik B dan F. Sedangkan CDE dan GHI disebut lembah gelombang dengan dasar gelombang di titik D dan H.

Satu gelombang terdiri atas satu bukit dan satu lembah. Panjang satu bukit dan satu lembah disebut sebagai panjang gelombang (). Panjang gelombang adalah jarak antara O ke E, atau B ke F, atau bisa juga jarak D ke H.

Periode gelombang (T) adalah waktu (dalam sekon) yang diperlukan untuk menempuh satu panjang gelombang. Frekuensi gelombang (f) adalah jumlah gelombang yang melewati suatu titik tiap sekon. Hubungan antara periode dan frekuensi gelombang dinyatakan sebagai :
atau
(1.1)

Cepat rambat gelombang (v) adalah jarak yang ditempuh gelombang dalam satu sekon. Pada gelombang, dalam periode T, jarak tempuhnya sama dengan panjang gelombangnya (), sehingga cepat rambat gelombang bisa memenuhi persamaan :
atau
(1.2)

Secara umum, cepat rambat gelombang didefinisikan sebagai :

(1.3)

Dengan x adalah jarak yang ditempuh gelombang, dan t adalah waktu tempuh.


2. Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya. Contohnya ketika sebuah slinki (pegas yang panjang) ditekan secara horizontal, maka akan menghasilkan bentuk gelombang longitudinal seperti pada gambar berikut.









Gambar 1.2. Gelombang Longitudinal.

Satu panjang gelombang pada gelombang longitudinal terdiri atas satu buah rapatan dan satu buah renggangan.




C. Sifat-sifat Gelombang

Gelombang memiliki karakteristik (ciri-ciri) secara umum :
1. Dapat dipantulkan atau dicerminkan (refleksi)
Peristiwa pemantulan gelombang ini telah Anda kenal pada saat mempelajari optik geometri di kelas X. Pada peristiwa ini berlaku Hukum Pemantulan menurut Snellius.

2. Dapat dibiaskan (refraksi)
Pembiasan dapat terjadi ketika gelombang melewati dua medium yang berbeda.

3. Dapat dilenturkan (difraksi)
Difraksi (lenturan) terjadi ketika gelombang melewati sebuah celah sempit. Peristiwa ini akan dibahas lebih lanjut pada pokok bahasan selanjutnya tentang Gelombang Cahaya.

4. Dapat digabungkan atau dipadukan (interferensi)
Interferensi gelombang terjadi ketika ada dua buah gelombang yang bersatu (berpadu) sehingga menghasilkan pola interferensi maksimum dan minimum. Peristiwa ini akan dibahas lebih lanjut pada pokok bahasan selanjutnya tentang Gelombang Cahaya.

5. Dapat dikutubkan (polarisasi)
Polarisasi adalah peristiwa terserapnya sebagian atau seluruh arah getar gelombang. Peristiwa polarisasi ini hanya terjadi pada gelombang transversal. Lebih lanjut dibahas pada pokok bahasan selanjutnya tentang Gelombang Cahaya.

6. Dapat diuraikan (dispersi)
Mengapa dinding sekolah berwarna hijau? Mengapa langit berwarna biru? Hal ini karena cahaya matahari mengalami gejala dispersi. Cahaya matahari yang Anda lihat berwarna putih, sebenarnya terdiri atas sinar-sinar merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Ketika Anda melihat dinding sekolah berwarna hijau, artinya dinding sekolah memiliki kemampuan untuk memantulkan pigmen warna hijau, dan menyerap warna selain hijau. Demikian juga yang terjadi ketika langit tampak berwarna biru. Ketika Anda melihat whiteboard berwarna putih, artinya seluruh pigmen warna dipantulkan ke mata kita, dan ketika papan tulis berwarna hitam, artinya seluruh pigmen warna diserap oleh papan tulis (tidak ada pigmen warna yang dipantulkan).


D. Klasifikasi Gelombang berdasar perlu tidaknya Medium Perambatan

Berdasarkan perlu tidaknya medium untuk merambat, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

1. Gelombang Mekanik
Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium pada saat merambat. Contohnya seperti gelombang pada tali dan gelombang pada pegas di atas. Juga gelombang bunyi.

2. Gelombang Elektromagnetik
elombang elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium pada saat merambat. Contohnya gelombang cahaya.

Gelombang Mekanik dan Gelombang Elektromagnetik ini akan dibahas secara lebih mendalam pada pembahasan selanjutnya.


E. Klasifikasi Gelombang berdasar tetap tidaknya Amplitudo

Berdasarkan tetap atau tidaknya amplitudo, gelombang juga dibedakan menjadi dua, yaitu gelombang berjalan dan gelombang diam atau berdiri (gelombang stasioner).

1. Gelombang Berjalan

Gelombang berjalan adalah gelombang yang memiliki amplitudo tetap. Untuk menentukan besarnya simpangan di suatu titik pada gelombang berjalan, perhatikan gambar berikut.













Gambar 1.3. Gelombang Berjalan.

Misalnya, sebuah gelombang merambat ke kanan dengan cepat rambat v. Waktu yang diperlukan gelombang untuk merambat dari titik O ke titik P adalah , sehingga ketika titik O sudah bergerak selama tO sekon, titik P justru baru bergetar selama tP = tO – Δt.
Dari persamaan getaran yang telah Anda pelajari di kelas XI, besarnya simpangan di suatu titik dinyatakan sebagai :

(1.4)

Maka, simpangan di titik P akan menjadi :

(1.5)

Persamaan (1.5) di atas dapat kita modifikasi menjadi berbagai bentuk persamaan sesuai dengan apa yang diinginkan oleh soal.

(1.6)

(1.7)

Secara umum, persamaan simpangan di suatu titik, misalnya di titik P pada gelombang berjalan didefinisikan sebagai :

(1.8)

Dengan catatan bahwa :
yang disebut kecepatan sudut atau frekuensi sudut, dan
yang disebut sebagai bilangan gelombang.
 Tanda positif pada amplitudo menunjukkan gelombang mula-mula bergetar ke atas.
 Tanda negatif pada amplitudo menunjukkan gelombang mula-mula bergetar ke bawah.
 Tanda positif pada fase gelombang menunjukkan gelombang merambat ke kiri.
 Tanda negatif pada fase gelombang menunjukkan gelombang merambat ke kanan.

Besar sudut dalam fungsi sinus disebut sudut fase. Secara matematis ditulis sebagai :

(1.9)

Fase gelombang :

(1.10)


2. Gelombang Stasioner

Gelombang Stasioner atau sering disebut gelombang diam (berdiri), adalah gelombang yang amplitudonya berubah terhadap posisi. Gelombang tersebut dapat terbentuk dari perpaduan atau superposisi dua gelombang yang memiliki panjang gelombang, amplitudo dan frekuensi sama, tetapi arahnya berlawanan. Secara matematis, simpangan gelombangnya adalah :

(1.11)

Dengan :
yS : simpangan gelombang stasioner
y1 : simpangan gelombang pertama, dan
y2 : simpangan gelombang kedua

Gelombang stasioner dibedakan lagi menjadi dua, yaitu gelombang stasioner pada ujung tetap dan gelombang stasioner pada ujung bebas.

F. Contoh Soal

1. Sebuah batu dilemparkan ke dalam air sehingga pada permukaan air timbul lingkaran gelombang yang berjalan. Jika lingkaran pertama menempuh jarak 5 meter selama 2 sekon dan sepanjang itu terdapat 20 gelombang, tentukan :
a. cepat rambat gelombang c. periode gelombang
b. panjang gelombang d. frekuensi gelombang

Penyelesaian :
• Cepat rambat gelombang (v) adalah jarak yang ditempuh gelombang x selama waktu t :

• Panjang gelombang adalah jarak untuk satu buah gelombang. Pada soal, dalam jarak 5 meter ada n = 20 gelombang, maka untuk satu buah gelombang :

• Periode gelombang adalah waktu tempuh gelombang untuk satu panjang gelombang. Pada soal, dalam waktu 2 sekon terdapat 20 gelombang, maka :

• Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang tiap sekon. Pada soal, dalam waktu 2 sekon terdapat 20 gelombang, maka banyaknya gelombang dalam 1 sekon adalah :
atau 10 Hz
Untuk menentukan frekuensi gelombang, bisa juga dengan persamaan :
10 Hz
2. Sebuah gelombang berjalan tampak seperti pada gambar.












Penyelesaian :
• Pada gambar, amplitudo gelombang adalah A = 5 cm = 0,05 m = 5  10-2 m
• Pada gambar, waktu yang ditempuh sejauh 1 gelombang adalah T = 10 s
• Pada gambar, jarak x = 60 cm adalah untuk n = 3 buah gelombang, maka untuk satu buah gelombang jaraknya
• Frekuensi gelombang :
• Frekuensi sudut :
• Bilangan gelombang :
• Cepat rambat gelombang :
• Persamaan gelombang :


G. Tugas

1. Jelaskan pengertian dari :
a. Gelombang transversal, beserta contohnya
b. Gelombang longitudinal, beserta contohnya
c. Gelombang mekanik, beserta contohnya
d. Gelombang elektromagnetik, beserta contohnya
e. Gelombang berjalan dan gelombang stasioner!

2. Gelombang transversal merambat pada tali dan dihasilkan 5 buah gelombang sejauh 4 meter dalam waktu 10 sekon. Tentukan :
a. cepat rambat gelombang c. periode gelombang
b. panjang gelombang d. frekuensi gelombang

3. Gelombang memiliki amplitudo setinggi 20 meter dengan arah getaran mula-mula ke bawah. Pada jarak 100 meter ke arah kanan, tercatat ada 5 buah gelombang dalam waktu 5 sekon. Tentukan :
a. panjang gelombang
b. periode gelombang
c. frekuensi gelombang
d. kecepatan sudut gelombang
e. bilangan gelombang
f. cepat rambat gelombang
g. persamaan simpangan gelombang
h. simpangan gelombang pada jarak 150 meter dan waktu 20 sekon dari pusat gelombang




















H. Peta Konsep Gelombang





















































Pilihlah satu jawaban yang menurut Anda benar!


1. Perbedaan antara getaran dan gelombang adalah bahwa gelombang memiliki....
a. amplitudo d. periode
b. frekuensi e. simpangan
c. panjang gelombang

2. Sebuah sumber gelombang bergetar dengan frekuensi 20 Hz. Jika gelombang merambat dengan kecepatan 1,5 m/s, panjang gelombangnya adalah....
a. 25 cm d. 60 cm
b. 30 cm e. 75 cm
c. 50 cm

3. Gelombang air laut menyebabkan permukaan air naik-turun dengan periode 2 s. Jika jarak antara dua puncak gelombang yang berdekatan 5 m, gelombang akan mencapai jarak 10 m dalam waktu....
a. 1 sekon d. 4 sekon
b. 2 sekon e. 5 sekon
c. 3 sekon

4. Perbedaan yang paling mendasar antara gelombang transversal dan gelombang longitudinal terletak pada....
a. periode
b. amplitudo
c. frekuensi
d. arah getar
e. panjang gelombang

5. Persamaan gelombang transversal yang merambat pada tali sangat panjang adalah :
.
Jika y dan x dalam cm dan t dalam sekon, maka cepat rambat gelombang adalah....
a. 50 cm/s
b. 100 cm/s
c. 150 cm/s
d. 200 cm/s
e. 400 cm/s

6. Gelombang transversal merambat sepanjang tali yang panjang dengan persamaan :
, di mana y dalam cm dan t dalam sekon. Pernyataan yang benar adalah....
a. amplitudo 0,6 cm dan frekuensinya 20 Hz
b. amplitudo 0,6 cm dan panjang gelombangnya 2 cm
c. amplitudo 0,6 cm dan periodenya 10 sekon
d. amplitudo 0,6 cm dan cepat rambatnya 10 cm/s
e. amplitudo 6 cm dan frekuensinya 10 Hz

7. Gelombang transversal merambat sepanjang tali. Titik C dan D terletak pada tali tersebut. Persamaan gelombang di titik D dirumuskan : .
Semua besaran dalam satuan SI. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut :
1). Gelombang merambat dari D ke C
2). Gelombang memiliki periode sebesar 0,05 s
3). Gelombang merambat sejauh 20 m tiap sekon
4). Panjang gelombang 1 meter

Pernyataan yang benar adalah....
a. 1 dan 2 d. 2, 3 dan 4
b. 1, 2 dan 3 e. 3 dan 4
c. 2, 3 dan 4

8. Pernyataan-pernyataan di bawah ini merupakan sifat-sifat gelombang longitudinal, kecuali....
a. mengalami pemantulan (refraksi)
b. mengalami interferensi
c. mengalami pembiasan (refleksi)
d. mengalami polarisasi
e. mengalami lenturan (difraksi)

9. Perhatikan gambar berikut!









Jika jarak AB = 6 m ditempuh dalam selang waktu 0,25 s, maka simpangan titik P memenuhi persamaan....
a.
b.
c.
d.
e.

10. Sebuah gelombang yang merambat pada tali memenuhi persamaan , di mana y dan x dalam meter dan t dalam sekon. Maka :
1) Panjang gelombangnya 20 m
2) Frekuensi gelombangnya 1 Hz
3) Cepat rambat gelombangnya 20 m/s
4) Amplitudo gelombangnya 3 m
Pernyataan yang benar adalah....
a. 1, 2 dan 3 d. 4
b. 1 dan 3 e. 1, 2, 3 dan 4
c. 2 dan 4

11.
12.