Agar penyajian materi konsep gelombang dapat dipahami oleh siswa, maka disusun sedemikian rupa sehingga dapat diterima dengan mudah dalam proses belajar mengajar.
Pengertian gelombang
Untuk memahami pengertian gelombang dapat dilakukan kegiatan berikut:
1. Rentangkan slinki (pegas) di atas lantai kira-kira sepanjang 3 m. Salah satu ujungnya kita geser ke kiri, kira-kira 30 cm lalu kembalikan pada kedudukan semula.
2. Lakukanlah kegiatan di tas dengan menarik pegas ke kiri dan ke kanan secara terus-menerus.
Berdasarkan kegiatan tersebut dapat diamati bahwa pada slinki (pegas) timbul gelombang bila kita beri usikan.
3. Ikatkan benang merah pada slinki.
4. Getarkan slinki terus-menerus dan amatilah kedudukan benang merah tersebut. Apakah selama terjadi gelombang benang merah tersebut ikut berpindah? Ternyata benang merah tetap di tempatnya. Jadi yang merambat adalah getarannya, sedangkan zatnya tidak merambat.
Berdasarkan kegiatan di atas dapat kita simpulkan bahwa: Gelombang adalah getaran yang merambat, sedangkan mediumnya (zatnya) tetap.
Baca juga: Tentang Getaran, Frekuensi, dan Periode
Jenis gelombang
Gelombang dapat dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu:
- Gelombang mekanik adalah gelombang yang merambatnya memerlukan medium.
- Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang merambatnya tidak memerlukan medium, jadi gelombang ini dapat merambat di ruang hampa.
Gelombang Transversal
Di atas telah dijelaskan bahwa, pegas (slinki) jika kita getarkan bolak-balik ke kanan dan ke kiri, ternyata gelombangnya merambat sepanjang slinki. Dalam hal ini arah getaran dan arah rambat saling tegak lurus. Gelombang yang terjadi disebut gelombang transversal.
Gelombang Transversal dalah gelombang yang arah rambatnya tegak lurus arah getarannya.
Gelombang Transversal berupa bukit dan lembah yang dapat digambarkan sebagai berikut:
Keterangan:
- Satu gelombang terdiri dari satu lembah dan satu bukit, yaitu dari: a-b-c-d-e atau b-c-d-e-f atau c-d-e-f-g atau d-e-f-g-h.
- Bukit gelombang yaitu: a-b-c atau e-f-g.
- Lembah gelombang yaitu: c-d atau g-h-i.
- Puncak gelombang : b atau f
- Dasar gelombang : d atau h
- Amplitudo : b – b, atau d – d, atau f – f atau h – h.
- Panjang a – c – e atau panjang c – e – g disebut panjang satu gelombang dilambangkan A.
- Titik a, c, e, g, i, disebut simpul.
- Titik b, d, f, h, disebut titik perut.
Gelombang Longitudinal
Untuk memahami subkonsep pengertian gelombang longitudinal, kita amati kegiatan berikut ini.
- Rentangkan slinki (pegas) di atas lantai sehingga panjangnya mencapai 3m.
- Salah seorang memegang ujung yang satu dan seorang lagi memegang ujung yang lain.
- Gerakkan salah satu ujung pegas searah dengan panjang pegas (maju) lalu kembali ke tempat semula. Apakah yang terjadi pada pegas tersebut?
- Lakukanlah gerakan berulang-ulang, amati yang terjadi pada pegas.
- Slinki digerakkan maju mundur searah dengan panjang pegas, getarannya merambat searah panjang pegas, gelombang yang terjadi disebut gelombang longitudinal.
Sifat-sifat gelombang longitudinal, yaitu:
- Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatnya sama dengan arah getarannya (berimpit).
- Gelombang longitudinal berupa rapatan dan renggangan.
- Satu gelombang longitudinal terdiri dari satu rapatan dan satu renggangan.
- Panjang gelombang adalah jarak antara dua rapatan dan dua renggangan yang berurutan.
Baca juga: Perpindahan Kalor dan Penerapan Konsepnya
Hubungan antara Panjang Gelombang, Frekuensi dan Cepat Rambat Gelombang
Telah kita ketahui bahwa gelombang adalah getaran yang merambat. Panjang gelombang merupakan jarak yang ditempuh getaran dalam perambatannya. Panjang satu gelombang merupakan jarak yang ditempuh getaran dalam waktu satu periode.
Dalam satu periode, gelombang transversal membentuk satu bukit dan satu lembah, sedangkan gelombang longitudinal membentuk satu rapatan dan satu renggangan. Banyaknya gelombang yang terjadi dalam waktu satu detik disebut frekuensi ( f ). Satuan frekuensi adalah Hertz ( Hz ). Bila dalam waktu dua detik terjadi sepuluh gelombang berarti frekuensinya 5 Hz.
Jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam waktu satu detikk disebut cepat rambat gelombang ( v ). Satuan cepat rambat dalam MKS adalah m/dt.
Untuk mempelajari hubungan antara panjang gelombang, frekuensi ( f ) dan cepat rambat gelombang (v), perhatikan contoh berikut:
Bila tali sepanjang 3 meter digetarkan selama 2 detik membentuk 6 gelombang, maka:
1. Panjang gelombang yang terbentuk
2. Frekuensi =
3. Cepat rambat gelombangnya ( v ) = jarak yang ditempuh gelombang setiap detik =
Dari perhitungan 1, 2, dan 3 akan diperoleh hubungan sebagai berikut:
Pemantulan gelombang
Seutas tali yang digetarkan akan timbul gelombang yang merambat sepanjang tali. Ketika gelombang sampai di ujung tali, gelombang akan dipantulkan dan merambat sepanjang tali dengan arah yang berlawanan dengan arah semula.
Bila gelombang merambat sampai ke ujung medium rambatnya, maka gelombang akan dipantulkan.
Contoh:
- Gelombang akan dipantulkan oleh pantai.
- Gelombang pada air kolam akan dipantulkan oleh dinding kolam.
Baca juga: Kalor Dapat Mengubah Wujud Zat
Pembiasan Gelombang
Jika gelombang pada permukaan air merambat pada kedalaman air yang berbeda, gelombang tersebut akan mengalami perubahan kecepatan. Dari hasil pengamatan, di daerah yang dangkal gelombang merambat dengan kecepatan lebih kecil daripada di daerah yang lebih dalam.
Sehingga pada batas kedua kedalaman ini seolah-olah gelombang dibelokkan atau gelombang mengalami pembiasan.
Interferensi dan Difraksi Gelombang
Bila gelombang menerobos lubang kecil, lubang kecil tersebut menjadi sumber gelombang dan merambat ke segala arah. Peristiwa ini disebut lenturan gelombang (difraksi).
Selain lenturan gelombang difraksi gelombang dapat juga terjadi gejala yang disebut interferensi gelombang.
Dua sumber gelombang pada permukaan air, gelombang yang dihasilkan oleh kedua sumber gelombang itu saling berpadu. Karena sumber gelombang mempunyai frekuensi yang sama, maka perpaduan gelombang tersebut membentuk pola yang teratur dan dikatakan kedua gelombang itu telah melakukan interferensi.