Energi gelombang slamet harjono 13708259020

ENERGI GELOMBANG

Slamet Harjono

NIM 1370 8259 020

Mata Kuliah FisikaDosen Prof. Dr. JUMADI

PSN IPA 2

Universitas Negeri Yogyakarta 2014

GELOMBANG

Gelombang adalah peristiwa merambatnya energi akibat getaran lokal partikel atau benda.

JENIS GELOMBANG MENURUT SUMBERNYA

Gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium.

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium.

JENIS GELOMBANG BERDASAR ARAH GETAR DAN RAMBATANNYA

Gelombang Tranversal: gelombang yang arah rambat tegak lurus pada arah getarnya. Contohnya gelombang air, tali dan cahaya.

Gelombang Longitudinal: gelombang yang arah rambat dan arah getarnya sejajar. Contohnya gelombang pegas dan bunyi.

JENIS GELOMBANG BERDASAR AMPLITUDONYA

Gelombang yang amplitudonya tetap yaitu gelombang berjalan.

Gelombang yang amplitudonya berubah sesuai posisinya yaitu gelombang stasioner.

BESARAN PADA GELOMBANG

Gelombang sebagai rambatan energi getaran memiliki besaran-besaran yang sama dengan getaran dan ada beberapa tambahan.

Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang terjadi tiap detik.

Sedangkan periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk satu gelombang.

Besaran gelombang:

Dengan:

f = frekuensi (Hz)

T = periode (s)

N = banyaknya gelombang

t = waktu (s)

v = cepat rambat

s = jarak

λ = panjang gelombang

f = 𝑁𝑡

T = 𝑡𝑁

f = 1𝑇

v = 𝑠𝑡

v = 𝜆𝑇 atau v = λ.f

Besaran pada gelombang berjalan

a. Simpangan y = A sin (ωt – kx)

y = A sin 2π (𝑡𝑇 - 𝑥𝜆 )

b. Fase

ϕ = (𝑡𝑇 - 𝑥𝜆 )

Cepat rambat gelombang transversal pada senar dawai

(Hukum Melde):

v = ට𝐹µ

Keterangan:

v = cepat rambat gelombang (m/s)

F = gaya tegangan kawat (N)

µ = 𝑚𝑙 = massa kawat per satuan panjang (kg/m)

GELOMBANG BERENERGI

Pada dasarnya semua gelombang, baik gelombang air laut, gelombang seismik, gelombang pada tali maupun gelombang elektromagnetik membawa sejumlah energi ketika gelombang tersebut bergerak dari suatu tempat ke tempat lain.

Contoh:

1) Kapal dilaut akan bergoyang ketika terkena gelombang air laut

2) Pada saat mandi di pantai, tubuh dihempas oleh gelombang air laut.

3) Gempa bumi bisa merobohkan bangunan karena energi yang dibawa gelombang gempa / seismik.

Energi Gelombang

Gelombang dalam perambatannya membawa sejumlah energi dari satu tempat ke tempat lain.

Energi dipindahkan sebagai energi getaran antar partikel medium perambatan.

Untuk gelombang sinusoida dengan frekuensi f, partikel bergerak dalam gerak harmonis sederhana, sehingga energi yang dimiliki tiap partikel adalah: 

E = ½ k A2 ..... (1)

Dengan A menyatakan amplitudo geraknya, baik secara transversal maupun longitudinal.

Energi Gelombang

Diketahui bahwa menurut persamaan frekuensi gelombang, k = 4 π2m/T2 atau setara dengan 4 π2mf2, sehingga dari persamaan (1), diperoleh:

E = 2π2mf2A2 ...... (2)

Dengan m adalah massa partikel pada medium, yang merupakan hasil kali massa jenis medium dengan volumenya.

Gambar 1. Perambatan gelombang pada medium bervolume S.l.

Dari Gambar 1. dapat ditentukan bahwa volume V = Sl, di mana:S adalah luas permukaan melalui mana gelombang merambat, l adalah jarak yang ditempuh gelombang dalam selang waktu t, sehingga l = vt, dengan v menyatakan laju gelombang. Sehingga diperoleh:m = ρ .V = ρ .S.l = ρ .S.v.t, 

maka:

E = 2π2ρSvtf2A2 ...... (3)

Dari persamaan (3) terlihat bahwa energi yang dibawa gelombang sebanding dengan kuadrat amplitudo.

INTENSITAS GELOMBANG

Energi yang dipindahkan gelombang biasanya dinyatakan dalam intensitas gelombang.

Intensitas gelombang (I) didefinisikan sebagai daya gelombang yang dibawa melalui bidang seluas satu satuan yang tegak lurus terhadap aliran energi.

Intensitas Gelombang

Intensitas gelombang dapat dinyatakan sebagai berikut:

I = P/S ........ (4)

Dengan P adalah daya yang dibawa, yang besarnya adalah:

P = E/t = 2π2ρSvf 2A2 ......... (5)

Sehingga, intensitas gelombang pada persamaan (4) adalah:

I = 2π2ρvf 2A2 ......... (6)

Hubungan Energi Gelombang dengan Amplitudo

Berdasarkan rumus energi di atas bahwa energi gelombang sebanding dengan kuadrat amplitudo, maka:

Semakin besar amplitudo, semakin besar energi yang dimiliki gelombang.

SIFAT GELOMBANG

Pemantulan/Refleksi Pembiasan/Refraksi,

Difraksi, Interferensi, Dispersi, Polarisasi

CONTOH SOAL:

1. Dari suatu tempat ke tempat lain, gelombang memindahkan … .

a. amplitudo

b. energi

c. fase

d. massa

e. panjang gelombang

Jawab: b

2. Perbedaan gelombang transversal dengan longitudinal terletak pada … .

a. panjang gelombang

b. frekuensi

c. cepat rambat

d. arah getar

e. arah rambat

Jawab: e

3. Bila gelombang melalui celah sempit, maka terjadi … .

a. refleksi

b. refraksi

c. difraksi

d. interferensi

e. polarisasi

Jawab: e

4. Pada pembiasan gelombang dari daerah dangkal ke daerah dalam, makin kecil sudut datang, maka … .

a. makin besar sudut bias

b. sudut bias tetap

c. makin kecil pula sudut bias

d. sudut bias tergantung pada indeks bias

e. sudut bias dapat menjadi lebih kecil atau lebih besar, tergantung pada cepat rambat gelombang

Jawab: a

5. Gelombang stasioner terjadi bila ada dua gelombang menjalar dalam arah berlawanan dengan ketentuan … .

a. mempunyai fase yang sama

b. mempunyai frekuensi yang sama

c. mempunyai amplitudo yang sama

d. mempunyai amplitudo, panjang gelombang dan fase yang sama

e. mempunyai amplitudo, panjang gelombang dan fase berbeda

Jawab: d.

6. Intensitas gelombang bunyi pada jarak 5 m dari sumber bunyi adalah 2 × 10-4 watt/m2. Pada jarak 10 m dari sumber bunyi intensitasnya adalah ... .

a. 0,5 × 10-4 watt/m2

b. 1 × 10-4 watt/m2

c. 2 × 10-4 watt/m2

d. 4 × 10-4 watt/m2

e. 8 × 10-4 watt/m2

Jawab: a

6. Diketahui: IA = 2x10-4 watt/m2

Jarak (r) = 5 m Ditanya: IB saat r=10 meter? Jawab: IA = IA = P / (4π(rA)2)

I = P / (4π(r)2) Artinya nilai I sebanding (1/r2) Maka jika dibandingkan antara IB dan IA:

IB : IA = (rA/rB)2

IB = IA x (rA/rB)2

IB = 2x10-4 x (5/10)2

IB = 0,5 x 10-4 watt/m2

6. Diketahui: IA = 2x10-4 watt/m2

Jarak (r) = 5 m Ditanya: IB saat r=10 meter? Jawab: IA = IA = P / (4π(rA)2)

I = P / (4π(r)2) Artinya nilai I sebanding (1/r2) Maka jika dibandingkan antara IB dan IA:

IB : IA = (rA/rB)2

IB = IA x (rA/rB)2

IB = 2x10-4 x (5/10)2

IB = 0,5 x 10-4 watt/m2

7. Dalam 3 sekon terbentuk 30 gelombang, berarti frekuensi gelombangnya sebesar ... .

a. 3 Hz

b. 5 Hz

c. 10 Hz

d. 15 Hz

e. 30 Hz

Jawab: c 7. Diketahui: N = 30 gelombang t = 3 s Jawab: f = N/t = 30 / 3 = 10 Hz

7. Diketahui: N = 30 gelombang t = 3 s Jawab: f = N/t = 30 / 3 = 10 Hz

8. Kecepatan rambat gelombang dalam dawai tegang dari bahan tertentu dapat diperkecil dengan ....

a. memperpendek dawai

b. memperbesar massa dawai per satuan panjang

c. memperbesar luas penampang dawai

d. memperbesar tegangan dawai

e. memperkecil massa jenis dawai

Jawab: b

9. Sebuah gelombang menjalar pada air, dalam waktu 2 detik gelombang dapat menempuh jarak 10 meter. Pada jarak tersebut terdapat 4 gelombang. Maka panjang gelombangnya adalah....

a. 3 m

b. 2,5 m

c. 10 m

d. 20 m

e. 22,5 m

Jawab: b9. Diketahui: N = 4 gelombang t = 2 s

s = 10 m Jawab: v = s/t = 10/2 = 5 m/s

f = N/t = 4/2 = 2 Hz λ = v/f = 5/2 = 2,5 m

9. Diketahui: N = 4 gelombang t = 2 s

s = 10 m Jawab: v = s/t = 10/2 = 5 m/s

f = N/t = 4/2 = 2 Hz λ = v/f = 5/2 = 2,5 m

10. Suatu gelombang dinyatakan dengan persamaan y = 0,20 sin 0,40 π (x – 60t). Bila semua jarak diukur dalam cm dan waktu dalam sekon, maka pernyataan berikut ini:

(1) panjang gelombang bernilai 5 cm

(2) frekuensi gelombangnya bernilai 12 Hz

(3) gelombang menjalar dengan kecepatan 60 cm s-1

(4) simpangan gelombang 0,1 cm pada posisi x = 35/12 cm dan saat t = 1/24 sekon,

pernyataan yang benar adalah nomor ….

a. 1, 2, 3 dan 4 d. 2 dan 4

b. 1, 2 dan 3 e. 4

c. 1 dan 3

Jawab: b

10. Diketahui: Persamaan gelombang: Y = 0,20 sin 0,40π (x-60t) Y = 0,20 sin (0,40π x-24π t) A k ω Maka: a). Nilai Amplitudo = 0,20 b). Persamaan k = 2π / λ λ = 2π / 0,40π = 5 c). Persamaan v = ω / k

v = 24π / 0,40π = 60 cm/s d). Persamaan ω = 2π . f

24π = 2π . ff = 24π / 2π = 12 Hz

10. Diketahui: Persamaan gelombang: Y = 0,20 sin 0,40π (x-60t) Y = 0,20 sin (0,40π x-24π t) A k ω Maka: a). Nilai Amplitudo = 0,20 b). Persamaan k = 2π / λ λ = 2π / 0,40π = 5 c). Persamaan v = ω / k

v = 24π / 0,40π = 60 cm/s d). Persamaan ω = 2π . f

24π = 2π . ff = 24π / 2π = 12 Hz

Daftar PustakaBudiyanto, J. 2009. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Pusat Perbukuan

Departemen Pendidikan Nasional

Handayani, S., Damari, A. 2009. Fisika 3: Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Pusat

Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional

Halliday, D., Resnick, R. 2011. Fundamentals of Physics. USA: John Wiley & Sons, Inc.

TERIMA KASIH