Pengertian Gelombang Beserta Rumus dan Contohnya

Pengertian Gelombang – Pada zaman yang serba modern ini teknologi menjadi hal penting. Teknologi dapat memudahkanpekerjaan dan memperpendek jarak yang sebenarnya ribuan mil, misalnya dengan menggunakan telepon. Salah satu hal penting yang mendukung keberadaan teknologi adalah sarana, misalnya energi atau gelombang sebagai media.

Banyak barang elektronik yang memanfaatkan sifat-sifat gelombang, misalnya sifat gelombang yang dapat merambat di ruang hampa digunakan manusia untuk membuat bolam lampu dimana ruang dalam bolam tersebut adalah ruang hampa.

Banyak alat-alat elektronik di sekitar kita yang teknologinya memanfaatkan gelombang, namun sebagian besar dari kita belum sepenuhnya tahu dan paham. Dan kita akan bahas pemanfaatan gelombang dan gelombang bunyi dalam kehidupan sehari-hari lebih spesifik dalam bab beriktunya.

Pengertian Gelombang

Gelombang adalah suatu getaran yang merambat, dalam perambatannya gelombang membawa energi. Dengan kata lain, gelombang merupakan getaran yang merambat dan getaran sendiri merupakan sumber gelombang. Jadi, gelombang adalah getaran yang merambat dan gelombang yang bergerak akan merambatkan energi (tenaga). Gelombang juga dapat diatikan sebagai bentuk dari getaran yang merambat pada suatu medium.

Pada gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium perantaranya. Satu gelombang dapat dilihat panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah dan bukit (gelombang tranversal) atau menhitung jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan (gelombang longitudinal). Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam waktu satu detik.

Baca juga: Penjelasan Hukum Kirchoff Secara Lengkap

Persamaan Gelombang

Keterangan:

A = amplitudo

k = bilanagan gelombang (tetapan gelombang)

ω = kecepatan sudut

y = Simpangan gelombang (m)

v = Cepat rambat gelombang (m/s)

a = Percepatan gelombang (m/s²)

Rumus Gelobang

Menentukan Frekuensi, Periode dan Panjang Gelombang

Pembiasan Gelombang

Ciri-Ciri Gelombang

Berikut ini terdapat beberapa ciri-ciri gelombang, terdiri atas:

1. Dapat Dipantulkan atau Dicerminkan
   Untuk peristiwa pemantulan gelombang ini telah anda kenal pada saat mempelajari optic geometri. Dikelas 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.
4. Dapat Digabungkan atau Dipadukan ( Interferensi )
   Interferensi gelombang terjadi ketika ada dua buah gelombang yang bersatu ( berpadu ) sehingga menghasilkan pola interferensi maksimum dan minimum.
5. Dapat Dikutubkan ( Polarisasi )
   Polarisasi merupakan peristiwa terserapnya sebagian atau seluruh arah getar gelombang. Peristiwa polarisasi ini hanya terjadi pada gelombang transversal.
6. Dapat Diuraikan ( Dispersi )
   Kenapa langit berwarna biru ?? hal ini karena cahaya matahari mengalami gejala dispersi. Cahaya matahari yang anda lihat berwarna putih, tapi sebenarnya terdiri atas sinar-sinar merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Hal ini terjadi langit tampak berwarna biru saat anda melihat whiteboard berwarna putih artinya seluruh pigmen warna dipantulkan ke mata kita.

Sifat-Sifat Gelombang

Berikut ini terdapat beberapa sifat-sifat gelombang, terdiri atas:

1. Sifat-Sifat Dari Gelombang Bunyi

1. Gelombang Bunyi Memerlukan Medium Dalam Perambatannya
   Karena gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik, maka dalam perambatannya bunyi memerlukan medium. Hal ini dapat dibuktikan saat dua orang astronout berada jauh dari bumi dan keadaan dalam pesawat dibuat hampa udara, astronout tersebut tidak dapat bercakap-cakap langsung tetapi menggunakan alat komunikasi seperti telepon. Meskipun dua orang astronout tersebut berada dalam satu pesawat. Kemampuan medium untuk menggetarkan partikel berbeda-beda bahkan ada medium yang dapat meredam bunyi misalnya air.
2. Gelombang Bunyi Mengalami Pemantulan ( Refleksi )
   Salah satu sifat gelombang ialah dipantulkan sehingga gelombang bunyi juga dapat mengelami hal ini hukum pemantulan gelombang : sudut datang = sudut pantul juga berlaku pada gelombang bunyi. Hal ini dapat dibuktikan bahwa pemantulan bunyi dalam ruang tertutup dapat menimbulkan gaung. Yaitu sebagian bunyi pantul bersamaan dengan bunyi asli sehingga bunyi asli terdengar tidak jelas. Untuk menghindari terjadinya gaung maka dalam bisokop, studio, radio, televise dan gedung konser music, dinding dilapisi zat perendam suara yang biasanya terbuat dari kain wol, kapas, gelas, karet atau besi.
3. Gelombang Bunyi Mengalami Pembiasan ( Refraksi )
   Salah satu sifat dari gelombang ialah mengalami pembiasan. Peristiwa pembiasan dalam kehidupan sehari-hari misalnya pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras dari pada siang hari. Hal ini disebabkan karena pada siang hari udara lapisan atas lebih dingin dari pada di lapisan bawah. Karena cepat rambat bunyi pada suhu dingin lebih kecil daripada suhu panas maka kecepatan bunyi di lapisan udara atas lebih kecil daripada di lapisan bawah, yang berakibat medium lapisan atas lebih rapat dari medium lapisan bawah. Hal yang sebaliknya terjadi pada malam hari. Jadi pada siang hari bunyi petir merambat dari lapisan udara atas ka lapisan udara bawah.Jika bunyi datangnya merambat vertical ke bawah, pada malam hari, arah rambat bunyi dibiaskan mendekati garis normal. Sebaiknya pada siang hari arah rambat bunyi dibiaskan menjauhi garis normal. Sesuai dengan hukum pembiasan gelombang bahwa gelombang datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal atau sebaliknya.
4. Gelombang Bunyi Mengalami Pelenturan ( Difraksi )
   Gelombang bunyi sangat mudah mengalami difraksi karena gelombang bunyi di udara memiliki panjang gelombang dalam rentang sentimeter sampai beberapa meter. Difraksi ialah peristiwa pelenturan gelombang ketika melewati celah, yang ukuran celahnya se-orde dengan panjang gelombangnya.Seperti yang kita ketahui, bahwa gelombang yang lebih panjang akan lebih mudah di difraksikan. Peristiwa difraksi terjadi misalnya saat kita dapat mendengar suara mesin mobil di tikungan jalan walaupun kita belum melihat mobil tersebut karena terhalang oleh bangunan tinggi di pinggir tikungan.
5. Gelombang Bunyi Mengalami Perpaduan ( Interferensi )
   Gelombang bunyi mengalami gejala perpaduan gelombang atau interferensi yang dibedakan menjadi dua yaitu interferensi konstruksi atau penguatan bunyi dan interferensi destruktif atau pelemahan bunyi. Misalnya waktu kita berada diantara dua buah loud-speaker dengan ferekuensi dan amplitude yang sama atau hampir sama maka kita akan mendengar bunyi yang keras dan lemah secara bergantian.
6. Gelombang Bunyi Mengalami Pelayangan Bunyi
   Interfensi yang ditimbulkan dari dua gelombang bunyi dapat menyebabkan peristiwa pelayangan bunyi, yaitu penguatan dan pelemahan bunyi. Hal tersebut terjadi akibat superposisi dua gelombang yang memilki frekuensi yang sedikit berbeda dan merambat dalam arah yang sama. Jika kedua gelombang bunyi tersebut merambat bersamaan akan menghasilkan bunyi paling kuat saat fase keduanya sama. Jika kedua getaran berlawanan fase, akan menghasilkan bunyi paling lemah.

Baca juga: Sinar Gamma: Pengertian, Sejarah, Manfaat

2. Sifat-Sifat Dari Gelombang Cahaya

• Gelombang Cahaya Mengalami Interferensi
  Gelombang cahaya seperti halnya gelombang bunyi yaitu dapat berinteferensi. Untuk mendapatkan inteferensi cahaya pun diperlukan sumber cahaya yang koheren yaitu sumber cahaya yang memiliki frekuensi sama dan beda fase tetap. Sumber cahaya yang koheren dapat diamati dari percobaan yang dilakukan oleh Young dan Fresnell. Interferensi cahaya dapat menghasilkan pola gelap terang. Pola gelap dihasilkan dari interferensi destruktif ( saling melemahkan ) akibat penggabungan dua gelombang yang memiliki fase berlawanan. Pola terang dihasilkan dari interferensi konstruksi ( saling menguatkan ) akibat penggabungan dua gelombang yang memiliki fase yang sama.
• Gelombang Cahaya Mengalami Difraksi
  Difraksi gelombang ialah proses pembelokan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah atau sudut penghalang yang menghalangi sebagian muka gelombang. Difraksi cahaya juga terjadi pada celah sempit yang terpisah sejajar satu sama lain pada jarak yang sama.Celah sempit itu disebut kisi difraksi, semakin banyak celah pada sebuah kisi. Semakin tajam pola difraksi yang dihasilkan pada layar. Difaraksi maksimum terkadi jika pada layar tampak garis-garis terang. Pola difraksi yang dibentuk juga oleh sebuah celah bulat terdiri atas bentuk terang pusat yang dikelilingi cincin terang dan gelap.
• Gelombang Cahaya Mengalami Polarisasi
  Polarisasi ialah proses penyaringan arah getar suatu gelombang. Alat untuk menyaring arah getar ini disebut Polaroid. Salah satu contohnya ialah Kristal. Polarisasi juga terdapat pada pemantulan dan pembiasan dan pada pembiasan ganda. Penyerapan dan pemantulan kembali cahaya oleh partiket disebut hamburan. Jika cahaya tidak terpolarisasi datang pada suatu medium ( gas ) cahaya yang dihamburkan dapat terpolarisasi sebagian atau seluruhnya. Arah polarisasi sedemikian rupa sehingga tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh garis sinar datang dan garis penglihatan.

3. Sifat-Sifat Dari Gelombang Elektromagnetik

• Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi pada saat yang bersamaan.
• Arah medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.
• Kuat medan listrik dan magnet besarnya berbanding lurus satu dengan yang lain yaitu menurut hubungan E = c. B.
• Arah perambatan gelombang elektromagnetik selalu tegak lurus arah medan listrik dan medan magnet.
• Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa.
• Gelombang elektomagnetik merambat dengan laju yang hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnet medium.
• Laju rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa merupakan tetapan umum dan nilainya = 3 x 108 m/s.
• Gelombang elektromagnetik ialah berupa gelombang transversal.
• Gelombang elektromagnetik dapat mengalami proses pemantulan, pembiasan, polarisasi, interferensi dan difraksi ( lenturan ).

Jenis-Jenis Gelombang

Berikut ini terdapat beberapa jenis-jenis gelombang, terdiri atas:

1. Berdasarkan Pada Mediumnya

1. Gelombang mekanik, adalah sebuah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, yang menyalurkan energi untuk keperluan proses penjalaran sebuah gelombang. Suara merupakan salah satu contoh gelombang mekanik yang merambat melalui perubahan tekanan udara dalam ruang (rapat-renggangnya molekul-molekul udara).
2. Gelombang elektromagnetik, yaitugelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelomban, frekuensi, amplitude, dan kecepatan.

Sumber Gelombang Elektronmagnetik adalah sebagai berikut :

• Osilasi Listrik
• Sinar matahari yang menghasilkan sinar infra mera
• Lampu merkuri yang menghasilkan ultra violet
• Penembakan elektron dalam abung hampa pada keping logam yang menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen) inti atom yang tidak stabil yang menghasilkan sinar gamma.

Contoh gelombang elektronmagnetik dalam kehidupan sehari- hari adalah sebagai berikut:

1. Gelombang radio
2. Gelombang Mikro
3. Sinar infra merah
4. Sinar ultraviolet
5. Cahaya tampak
6. Sinar X dan
7. Sinar gamma

2. Berdasarkan Arah Rambatan dan Getarannya

Terdiri atas:

• Gelombang transversal

yaitu gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan arah getarannya. Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali. Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang.

Titik tertinggi gelombang disebut puncak sedangkan titik terendah disebutlembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak atau kedalaman maksimum lembah, diukur dari posisi setimbang. Jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada gelombang disebut panjang gelombang (disebut lambda – huruf Yunani). Panjang gelombang juga bisa juga dianggap sebagai jarak dari puncak ke puncak atau jarak dari lembah ke lembah.

• Gelombang longitudinal

yaitu gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarannya (misalnya gelombang slinki). Gelombang yang terjadi pada slinki yang digetarkan, searah dengan membujurnya slinki berupa rapatan dan regangan. Jarak dua rapatan yang berdekatan atau dua regangan yang berdekatan disebut satu gelombang.

Serangkaian rapatan dan regangan merambat sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling menjahui. Jika gelombang tranversal memiliki pola berupa puncak dan lembah, maka gelombang longitudinal terdiri dari pola rapatan dan regangan. Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang berurutan. Yang dimaksudkan di sini adalah jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada rapatan atau regangan.

Gejala Gelombang

Berikut ini terdapat beberapa geala gelombang, terdiri atas:

1. Pemantulan

Pada peristiwa pemantulan gelombang akan berlaku hukum pemantulan gelombang yaitu sudut pantul sama dengan sudut datang. Artinya, ketika berkas gelombang datang membentuk sudut θ terhadap garis normal (garis yang tegak lurus permukaan pantul), maka berkas yang dipantulkan akan membentuk sudut θ terhadap garis normal.

Baca juga: Pengertian Sublimasi dengan Penjelasan Lengkap

2. Pembiasan Gelombang

Pembiasan gelombang (refraksi) adalah pembelokan arah muka gelombang ketika masuk dari satu medium ke medium lainnya. Adakalanya pembiasan dan pemantulan terjadi secara bersamaan. Ketika gelombang datang mengenai medium lain, sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian lainnya akan diteruskan atau dibiaskan. Refraksi terjadi karena gelombang memiliki kelajuan berbeda pada medium yang berbeda.

3. Interferensi

Interferensi gelombang adalah perpaduan atau superposisi gelombang ketika dua gelombang atau lebih tiba di tempat yang sama pada saat yang sama. Interferensi dua gelombang dapat menghasilkan gelombang yang amplitudonya saling menguatkan (interferensi maksimum) dan dapat juga menghasilkan gelombang yang amplitudonya saling melemahkan (interferensi minimum).

4. Difraksi Gelombang

Difraksi gelombang adalah peristiwa pembelokan gelombang ketika melewati celah sempit atau penghalang.

Di dalam suatu medium yang sama, gelombang merambat lurus. Oleh karena itu, gelombang lurus akan merambat ke seluruh medium dalam bentuk gelombang lurus juga. Hal ini tidak berlaku bila pada medium diberi penghalang atau rintangan berupa celah. Untuk ukuran celah yang tepat, gelombang yang datang dapat melentur setelah melalui celah tersebut. Lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah dinamakan difraksi gelombang.

Jika penghalang celah yang diberikan oleh lebar, maka difraksi tidak begitu jelas terlihat. Muka gelombang yang melalui celah hanya melentur di bagian tepi celah, seperti ditunjukkan pada gambar  9 dibawah ini. Jika penghalang celah sempit, yaitu berukuran dekat dengan orde panjang gelombang, maka difraksi gelombang  sangat jelas.

Contoh Penerapan Gelombang dan Gelombang Bunyi dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut ini terdapat beberapa contoh penerapan gelombang dan gelombang bunyi dalam kehidupan sehari-hari, terdiri atas:

• Radio

Radio energi adalah bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan paling banyak adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Radar berguna untuk mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan bumi, mengukur curah hujan, pergerakan es di daerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang gelombang radar berkisar antara 0.8-100 cm.

• Microwave

Panjang gelombang radiasi microwave berkisar antara 0.3 – 300 cm. Penggunaannya terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ aktif, pulsa microwave ditembakkan kepada sebuah target dan refleksinya diukur untuk mempelajari karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah Tropical Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur radiasi microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas hujan.

• Infra Red

Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut termogram digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri. Seorang pencuri tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan menyembunyikan alarm. Remote control berkomunikasi dengan TV melalui radiasi sinar inframerah yang dihasilkan oleh LED ( Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit, sehingga kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote control.

• Ultraviolet

Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit.

• Sinar X

Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang patah. Akan tetapi penggunaan sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama.

• Alat musik

Pada alat musik seperti gitar sumber bunyinya dihasilkan oleh benda yang bergetar, yaitu senar. Jika senar dipetik dengan amplitodu (simpangan) yang besar maka bunyi yang ditimbulkan akan lebih keras. Dan jika ketegangan senar di diregangkan maka suara lengkingannya akan semakin tinggi. Begitu pula pada kendang dan alat musik yang lain. Suara timbul karena sumber suara digetarkan.

• Kacamata tunanetra

Dilengkapi dengan alat pengirim dan penerima ultrasonik memanfaatkan pengiriman dan penerimaan ultrasonik.

• Mengukur kedalaman laut
• Alat kedokteran

pada pemeriksaan USG (ultrasonografi). Sebagai contoh, scaning ultrasonic dilakukan dengan menggerak-gerakan probe di sekitar kulit perut ibu yang hamil akan menampilkan gambar sebuah janin di layar monitor. Dengan mengamati gambar janin, dokter dapat memonitor pertumbuhan, perkembangan, dan kesehatan janin. Tidak seperti pemeriksaan dengan sinar X, pemeriksaan ultrasonik adalah aman (tak berisiko), baik bagi ibu maupun janinnya karena pemerikasaan atau pengujian dengan ultrasonic tidak merusak material yang dilewati, maka disebutlah pengujian ultrasonic adalah pengujian tak merusak (non destructive testing, disingkat NDT).

Tehnik scanning ultrasonic juga digunakan untuk memeriksa hati (apakah ada indikasi kanker hati atau tidak) dan otak. Pembuatan perangkatultrasound untuk menghilangkan jaringan otak yang rusak tanpa harus melakukan operasi bedah otak. “Dengan cara ini, pasien tidak perlu menjalani pembedahan otak yang berisiko tinggi. Penghilangan jaringan otak yang rusak bisa dilakukan tanpa harus memotong dan menjahit kulit kepala atau sampai melubangi tengkorak kepala.

Contoh Soal Gelombang

Gelombang berjalan yang merambat pada kawat dapat dinyatakan dalam : y = 2 sin π (100t-4x) dengan y dalam cm, x dalam m, dan t dalam detik. Jika kawat tersebut dari bahan dengan rapat massa persatuan panjang 20 g/cm, maka tegangan kawat adalah …

Pembahasan:

100π = ω
100π = 2πf
50 Hz = f

4π = k
4π = 2π/λ
2 = λ

V tali = λ * f
v = 2*50
v = 100

v = √(μ/f)
100 = √(20/f)
10000 = 20 / f
F = 0,002 N