GELOMBANG STASIONERNurfaida, Aprilia Manta PatimangLaboratorium Fisika Dasar Program Studi Pendidikan fisika FMIPA Universitas Negeri MakassarAbstrakTelah dilakukan praktikum berjudul Gelombang Stasioner. Praktikum ini bertujuan: (1)memahami prinsip kerja percobaan gelombang tali, (2) memahami hubungan antara tegangan tali dengan cepat rambat gelombang pada tali, (3) memahami hubungan antara rapat massa tali dengan cepat rambat gelombang pada tali, dan (4) memformulasikan persamaan cepat rambat gelombang tali. Pada praktikum ini dilakukan dua kegiatan. Kegiatan pertama menyelidiki hubungan kecepatan gelombang tali dengan tegangan tali. Kegiatan kedua menyelidiki hubungan antara kecepatan rambat gelombang dengan massa persatuan panjang tali. Prinsip kerja percobaan gelombang tali yaitu salah satu ujung tali diikatkan pada vibrator, ujung lain dipentalkan dengan katrol dan diberi beban, kemudian vibrator digetarkan dan terbentuklah gelombang tali. Berdasarkan hasil praktikum pada kegiatan 1, diketahui bahwa cepat rambat gelombang tali sebanding dengan akar kuadrat tegangan. Pada kegiatan 2 diketahui bahwa cepat rambat gelombang tali berbanding terbalik dengan akar kuadrat massa persatuan panjang tali. Berdasarkan hasil praktikum tersebut kecepatan rambat gelombang pada tali dapat diformulasikan .Kata kunci: kecepatan rambat, massa persatuan panjang tali, tegangan taliRUMUSAN MASALAH1. Bagaimana prinsip kerja percobaan gelombang tali?2. Bagaimana hubungan antara tegangan tali dengan cepat rambat gelombang pada tali?3. Bagaimana hubungan antara rapat massa tali dengan cepat rambat gelombang pada tali?4. Apa formulasi persamaan cepat rambat gelombang tali?

TUJUAN1. Memahami prinsip kerja percobaan gelombang tali 2. Memahami hubungan antara tegangan tali dengan cepat rambat gelombang pada tali 3. Memahami hubungan antara rapat massa tali dengan cepat rambat gelombang pada tali 4. Memformulasikan persamaan cepat rambat gelombang tali METODOLOGI EKSPERIMENTeori singkatPrinsip superposisi: jika dua gelombang atau lebih merambat melalui sebuah medium, nilai yang dihasilkan dari fungsi gelombang di setiap titik adalah penjumlahan aljabar dari nilai-nilai fungsi gelombang dari masing-masing gelombang. Semua gelombang yang memenuhi prinsip ini disebut gelombang linier. Dalam kasus dari gelombang mekanik, gelombang linier pada umumnya memiliki cirri-ciri berupa amplitudonya lebih kecil daripada panjang gelombangnya. Satu dampak dari prinsip superposisi ini adalah adalah bahwa dua gelombang yang merambat dapat saling melintasi satu sama lain tanpa menjadi rusak atau bahkan berubah (Serway, & jewett, 2009: 826-827).Bila gelombang-gelombang terbatas di dalam ruang, seperti gelombang pada tali piano, maka ada pantulan atau refleksi pada kedua ujungnya, dan karenanya ada gelombang-gelombang yang bergerak pada kedua arah. Gelombang-gelombang ini bergabung menurut prinsip superposisi. Untuk suatu tali yang ditinjau, ada frekuensi tertentu yang superposisinya menghasilkan suatu pola getaran stasioner yang disebut gelombang berdiri (Tipler, 1998: 484). Disebut gelombang berdiri karena tampaknya tidak merambat. Tali hanya berosilasi ke atas ke bawah dengan pola yang tetap. Titik interferensi destruktif, di mana tali tetap diam, disebut simpul; titik-titik interferensi konstruktif di mana tali berosilasi dengan amplitude maksimum, disebut perut (Giancolli, 2001: 392). Ketika sebuah gelombang menabrak sebuah penghalang, atau sampai di ujung medium yang dirambatinya, paling tidak sebagian dari gelombang tersebut terpantul. Sebuah gelombang yang merambat pada tali dipantulkan. Jika ujung tali tetap; dan kembali ke sisi kanan ke atas jika ujung tali bebas. Jika ujung tali diikat pada suatu penopang, gelombang yang mencapai ujung tetap tersebut memberikan gaya (ke atas) pada penopang, penopang memberikan gaya yang sama tetapi berlawanan arah (hokum ketiga Newton) ke bawah pada tali. Gaya ke bawah pada tali inilah yang membangkitkan gelombang pantulan yang terbalik (Giancolli, 2001: 389).Seutas tali yang salah satu ujungnya diikat pada suatu penggetar (vibrator) di A, sedangkan pada ujung yang lain dipantulkan pada sebuah katrol dan diberi beban yang bermassa M. Besar tegangan tali adalah besar gaya berat dari massa beban yang digantungkan. Jika vibrator digetarkan listrik dengan frekuensi f, maka energi gelombang melalui akan bergerak dari A ke B, energi gelombang ini menyebabkan tali menjadi bergelombang. Pantulan gelombang oleh simpul B menyebabkan adanya gelombang yang arahnya berlawanan dengan gelombang datang dari sumber (titik A). Perpaduan (interferensi) gelombang datang dan gelombang pantul ini menghasilkan gelombang stasioner. Satu gelombang yang terbentuk jika terdapat tiga simpul atau dua perut. Jika frekuensi penggetar dapat diketahui dan panjang gelombang dapat dihitung maka cepat rambat gelombang pada tali dapat ditentukan. Selain itu dengan menggunakan persamaan kecepatan rambat gelombang dapat dihitung cepat rambat gelombang pada tali pada tali dapat ditentukan dengan persamaan:

dan,

dengan: = laju rambat gelombang tali (m/s) = gaya tegangan tali (N) = rapat massa tali (kg/m) = panjang gelombang (m) = frekuensi getar vibrator (hz) (Herman, dkk, 2015: 51-52).Alat danBahanAlat 1. Vibrator (penggetar) 1 buah2. Variabel power supply 1 buah3. Neraca ohaus 320 gram 1 buah4. Meteran1 buah5. Kabel penghubung ganda secukupnya 6. Katrol 1 buah7. Beban penggantung 5 buahIdentifikasi VariabelKegiatan 1Variabel manipulasi: massa beban (g)Variabel kontrol: frekuensi getar (Hz)Variabel respon: panjang tali (cm), jumlah gelombangKegiatan 2Variabel manipulasi: rapat massa tali (g/cm)Variabel kontrol: massa beban (g), frekuensi getar (Hz)Variabel respon: panjang tali (cm), jumlah gelombangDefinisi Operasional VariabelKegiatan 11. Variabel manipulasiMassa beban adalah massa beban yang akan digantungkan pada ujung tali yang dipentalkan dengan katrol, diukur menggunakan neraca ohauss 320 g.2. Variabel kontrolFrekuensi getar adalah frekuensi yang dihasilkan oleh power supply yang dihubungkan dengan listrik PLN.3. Variabel responPanjang tali adalah jarak antara vibrator dan katrol ketika tali telah membentuk gelombang stasioner, diukur menggunakan meteran.Jumlah gelombang adalah banyaknya gelombang stasioner yang terbentuk.Kegiatan 21. Variabel manipulasiRapat massa tali adalah hasil bagi antara massa tali yang diukur dengan neraca ohauss 320 g dengan panjang tali yang diukur menggunakan meteran.2. Variabel kontrolMassa beban adalah massa beban yang akan digantungkan pada ujung tali yang dipentalkan dengan katrol, diukur menggunakan neraca ohauss 320 g.Frekuensi getar adalah frekuensi yang dihasilkan oleh power supply yang dihubungkan dengan listrik PLN.3. Variabel responPanjang tali adalah jarak antara vibrator dan katrol ketika tali telah membentuk gelombang stasioner, diukur menggunakan meteran.Jumlah gelombang adalah banyaknya gelombang stasioner yang terbentuk.ProsedurKerja1. kegiatan 1. Menyelidiki Hubungan Kecepatan Gelombang dengan Tegangan Talia. Menimbang massa beban yang digunakan sebanyak lima macam yang berbeda-beda massanya dengan alat ukur neraca ohaus 320 gram. b. Mengambil sepotong benang atau tali lalu mengikatkan salah satu ujungnya pada vibrator lalu mementalkan pada katrol dan memberi beban sebesar sebesar M1. c. Setelah menyusun berdasarkan gambar diatas, maka menyalakan power supply sehingga vibrator bergetar.d. Mengatur panjang tali sambil menggeser-geser vibrator sehingga terbentuk gelombang stasioner.e. Mengukur panjang tali dari vibrator sampai katrol pada saat terbentuk gelombang stasioner. f. Menentukan jumlah simpul kemudian menghitung panjang gelombang. g. Mengulangi kegiatan a sampai e sebanyak 5 kali dengan massa beban yang berbeda. h. Mencatat seluruh hasil pengamatan pada tabel pengamatan yang tersedia.i. Menghitung kecepatan rambat gelombang setiap percobaan.2. kegiatan 2. Menyelidiki Hubungan Antara Kecepatan Rambat Gelombang dengan Massa Persatuan Panjang Talia. Menyiapkan tiga macam tali/benang yang berbeda besarnya.b. Mengambil sebuah tali/benang, mengukur panjangnya lalu ditimbang. c. Melakukan kegiatan a untuk jenis benang lain. d. Menghitung massa persatuan panjang tali. e. Mengambil sepotong tali/benang pertama, mengikatkan salah satu ujungnya pada vibrator, sedang ujung yang lain dipentalkan pada katrol dan diberi beban M. f. Menyalakan power supply sehingga vibrator bergetar kemudian mengatur panjang tali sehingga terbentuk gelombang. g. Mengukur panjang tali dari vibrator sampai katrol pada saat terbentuk gelombang stasioner. h. Mencatat banyaknya simpul yang terjadi. i. Mengulangi kegiatan d sampai h untuk jenis tali yang lain dengan massa beban tetap. j. Mencatat semua hasil pengamatan pada lembar pengamatan.k. Menghitung cepat rambat gelombang tali pada setiap percobaan.HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATAHASIL PENGAMATAN1. Kegiatan 1. Hubungan tegangan tali dengan kecepatan gelombang.Frekuensi getar (f) = 50 Hz

Tabel 1. Hubungan tegangan tali dengan kecepatan gelombang.NoMassa beban (gram)Panjang tali (cm)Jumlah gelombang

11,5

21,5

31,5

41,5

51,5

2. Kegiatan 2. Hubungan antara rapat massa tali dengan kecepatan rambat gelombang tali.Rapat massa tali 1= 0,005 g/cmRapat massa tali 2= 0,012g/cmRapat massa tali 3= 0,015 g/cmMassa beban = Frekuensi getar= 50 HzTabel 2. Hubungan antara rapat massa tali dengan kecepatan rambat gelombang tali.Jenis taliPanjang tali (cm)Jumlah gelombang

I1

II2

III3,5

ANALISIS DATAKegiatan 1.Hubungan antara massa tali dengan kecepatan rambat gelombang.1. Kecepatan rambat gelombang a. Untuk Panjang tali cm = m

b. Untuk Panjang tali cm = m

c. Untuk Panjang tali cm = m

d. Untuk Panjang tali cm = m

e. Untuk Panjang tali cm = m

2. Tegangan tali ()a. Untuk = kg

b. Untuk = kg

c. Untuk = kg

d. Untuk = kg

e. Untuk = kg

Tabel 1. Hubungan antara kecepatan gelombang dan teganganNo

126,2650,3410

227,9650,3914

329,8000,4391

433,5300,5403

534,9650,5827

Grafik 1. Hubungan antara kecepatan gelombang dan teganganBerdasarkan grafik hubungan antara kecepatan gelombang dan gaya tegangan tali diperoleh:

y = -7E-06x2 + 0.0279x - 0.386

Dari persamaan tersebut sehingga dapat diperoleh bahwa v atau .

Kegiatan 2.Hubungan antara rapat massa tali dengan kecepatan rambat gelombang.1. Kecepatan rambat gelombang dengan menggunakan persamaan , dimana f = 50Hz.a. Untuk tali I

b. Untuk tali II

c. Untuk tali III

2. Massa persatuan panjang tali, a. Untuk massa persatuan panjang tali I

= 0,0005 b. Untuk massa persatuan panjang tali II

= 0,0012 c. Untuk massa persatuan panjang tali III = 0,0015 Tabel 2.Hubungan antara kecepatan gelombang dan rapat massaNov () ()

1

2

3

Grafik 2. Hubungan antara kecepatan gelombang dan rapat massa taliBerdasarkan grafik hubungan antara kecepatan gelombang dan rapat massa diperoleh:

y = 9E-06x2 - 0.0005x + 0.0081

Dari persamaan tersebut sehingga dapat diperoleh bahwa v atau . 3. Kecepatan rambat gelombang tali menggunakan persamaan a. Untuk tali I, F = m.g = 0,0448 kg 10 m/s2 = 0,448 NCepat rambat gelombang tali secara teori m/sb. Untuk tali II, F = m.g = 0,0448 kg 10 m/s2 = 0,448 N Cepat rambat gelombang tali secara teori m/sc. Untuk tali I, F = m.g = 0,0448 kg 10 m/s2 = 0,448 N

Cepat rambat gelombang tali secara teori m/sUntuk melihat perbandingan hasil antara nilai kecepatan gelombang dan kecepatan gelombang dimana (, Maka dibuktikan dengan memasukkan nilai yang diperoleh kedalam persamaan.Tabel 3. Perbandingan nilai kecepatan gelombang dan kecepatan gelombang No

1

2

3

4. Persen perbedaan

kecepatan data 1

kecepatan data 2

kecepatan data 3

PEMBAHASANPada praktikum ini dilakukan dua kegiatan. Kegiatan pertama menyelidiki hubungan kecepatan gelombang dengan tegangan tali. Pada kegiatan ini, pertama-tama lima beban yang berbeda ditimbang dengan neraca ohauss 320 g. kemudian sebuah tali diambil. Salah satu ujungnya diikatkan pada vibrator sedangkan ujung lainnya dipentalkan dengan katrol dan diberi salah satu beban. Vibrator dihubungkan dengan power supply dengan kabel penghubung ganda. Power supply dihubungkan dengan listrik PLN. Vibrator digetarkan oleh power supply dan tali ikut bergetar. Vibrator digeser-geser sehingga pada tali terbentuk gelombang. Pada saat gelombang yang terbentuk telah diam, maka itulah yang disebut gelombang stasioner. Panjang tali dari vibrator ke katrol diukur menggunakan meteran saat gelombang stasioner telah terbentuk, dilihat juga jumlah gelombang yang terbentuk. Begitu pula untuk massa beban yang lain. Pada kegiatan 2 dipilih tiga tali kemudian ditimbang massanya dan diukur panjangnya masing-masing. Untuk setiap tali kemudian dihitung rapat massanya dengan cara membagi massa tali dengan panjang tali. Setiap tali diperlakukan sama dengan kegiatan 1. Pada kegiatan ini hanya menggunakan satu massa beban. Setelah terbentuk gelombang stasioner, panjang tali dari vibrator ke katrol diukur menggunakan meteran dan dilihat juga jumlah gelombang yang terbentuk. Begitu pula dengan tali yang lain. Pada kegiatan 1, panjang tali yang diperoleh dibagi dengan jumlah gelombang yang terbentuk untuk setiap beban akan menghasilkan panjang gelombang. Panjang gelombang kemudian dikali dengan frekuensi getar yaitu 50 Hz untuk mendapatkan nilai kecepatan gelombang tali. Massa beban yang diperoleh dikalikan dengan gravitasi sehingga menghasilkan gaya tegangan tali. Hal tersebut dikarenakan gaya tegangan tali yang bekerja sama dengan gaya berat beban. Cepat rambat gelombang tali kemudian dibandingkan dengan tegangan tali. Hasil perbandingan itu kemudian dibuatkan grafik untuk menyelidiki hubungan keduanya. Kecepatan rambat gelombang tali pada sumbu x dan tegangan tali pada sumbu y. Berdasarkan grafik diketahui bahwa kecepatan gelombang tali sebanding dengan akar kuadrat dari tegangan tali.Pada kegiatan 2, panjang tali yang diperoleh dibagi dengan jumlah gelombang yang terbentuk untuk setiap jenis tali akan menghasilkan panjang gelombang. Panjang gelombang kemudian dikali dengan frekuensi getar yaitu 50 Hz untuk mendapatkan nilai kecepatan rambat gelombang tali. Kecepatan rambat gelombang tali kemudian dibandingkan dengan rapat massa tali. Hasil perbandingan itu kemudian dibuatkan grafik untuk menyelidiki hubungan keduanya. Kecepatan rambat gelombang tali pada sumbu x dan rapat massa tali pada sumbu y. Berdasarkan grafik diketahui bahwa kecepatan gelombang tali berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari rapat massa tali. Jadi, diperoleh hubungan kecepatan rambat tali dengan tegangan tali dan rapat massa tali yakni . Dengan menggunakan rumus tersebut, kecepatan rambat gelombang tali dihitung untuk setiap jenis tali. Sebelumnya gaya tegangan tali dihitung dengan mengalikan massa beban dengan percepatan gravitasi bumi. Kecepatan gelombang tali yang diperoleh melalui praktikum (dengan rumus ) hampir samadengan nilai kecepatan gelombang tali secara teori (dengan rumus ) sesuai dengan yang ditunjukkan oleh tabel 3.

SIMPULAN DAN DISKUSISimpulan Prinsip kerja percobaan gelombang tali yaitu salah satu ujung tali diikatkan pada vibrator, ujung lain dipentalkan dengan katrol dan diberi beban, kemudian vibrator digetarkan dan terbentuklah gelombang tali. Berdasarkan hasil praktikum pada kegiatan 1, diketahui bahwa cepat rambat gelombang tali sebanding dengan akar kuadrat tegangan tali. Pada kegiatan 2 diketahui bahwa cepat rambat gelombang tali berbanding terbalik dengan akar kuadrat massa persatuan panjang tali. Berdasarkan hasil praktikum tersebut kecepatan rambat gelombang pada tali dapat diformulasikan .Saran Untuk praktikan sebaiknya membaca prosedur kerja kegiatan dengan baik agar praktikum berjalan dengan lancar, jangan sampai ada satu langkah dalam setiap kegiatan yang terlupakan karena akan mempengaruhi hasil praktikum. Untuk asisten, sebaiknya mendampingi praktikan pada pengambilan data pertama setiap kegiatan agar tidak ada kesalahan dalam pengambilan data. Untuk laboratorium, agar kiranya menyediakan alat yang berfungsi lebih baik karena dalam praktikum ini kabel penghubung ganda sering tidak berfungsi. DAFTAR RUJUKAN

Giancolli, Douglas C. 2001. FISIKA edisi kelima jilid 1. Jakarta: Erlangga

Herman, dkk. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar: Penerbit UNM.

Serway, Raymond A. & Jewett, John W. 2010. FISIKA untuk sains dan teknik buku 1edisi 6 (terjemahan). Jakarta: Salemba Teknika.Tipler, Paul A. 1998. FISIKA untuk sains dan teknik jilid 1. Jakarta: Erlangga.