Materi Ajar Fisika: Definisi Gelombang

Nokadela Basyari

Materi Ajar Fisika

Definisi Gelombang

Untuk SMA/ MA Kelas XII

DEFINISI GELOMBANG

A. Pendahuluan

Melalui materi ajar fisika ini Anda akan mempelajari tentang definisi gelombang, yaitu membahas gelombang secara umum. Pembahasan tentang gelombang secara umum ini meliputi: energi yang ditransfer dalam bentuk gelombang, klasifikasi gelombang, gelombang transversal dan gelombang longitudinal, dan contoh-contoh gelombang.

Setelah Anda mempelajari materi ajar ini Anda diharapkan memiliki kamampuan sebagai berikut.

1. Mendefinisikan gelombang berdasarkan energi yang dirambatkan

2. Menjelaskan jenis perambatan gelombang berdasarkan medium perambatannya

3. Membedakan gelombang berdasarkan arah rambatnnya (gelombang transversal dan longitudinal)

4. Menjelaskan gelombang berdasarkan amplitudo (gelombang berjalan dan gelombang stasioner)

5. Menyebutkan contoh-contoh gelombang berdasarkan pengklasifikasian gelombang

Kemampuan yang Anda dapatkan dari materi ajar ini diharapkan benar-benar menambah pengetahuan dan pemahaman Anda tentang konsep gelombang secara umum. 

B. Definisi Gelombang

1.     Energi yang Ditransfer dalam Bentuk Gelombang

Untuk memahami apa sebenarnya gelombang itu, mari kita amati dan bahas peristiwa berikut ini. Gambar 1 di bawah ini diambil dari kumpulan dokumentasi dalam perjalan hidup keluarga saya. 

Gambar 1. Gelombang air laut pada salah satu pantai di Kambang (Kabupaten Pesisir Selatan, Sumatera Barat) jika dilihat dari pantai pada jarak yang dekat

Jika kita pergi ke pantai maka kita akan melihat ombak air laut. Ombak itu berupa puncak dan lembah dari getaran air laut yang berjalan. Kejadian itulah yang disebut gelombang.

Jadi, apa sebenarnya gelombang itu? Gejala gelombang dapat diperlihatkan dengan mudah, kita dapat menjelaskan makna gelombang dari peristiwa yang diperlihatkan pada gambar 1 di atas. Ketika angin berhembus dari lautan ke arah pantai maka air laut akan terusik atau bergetar. Usikan yang merambat pada permukaan air laut tersebut disebut dengan gelombang.

Jika di atas air laut yang sedang terusik tersebut terdapat perahu kertas maka materi-materi dalam medium tersebut tidak ikut merambatkan perahu kertas tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa yang merambat hanya gelombangnya yaitu berupa energi, sedangkan airnya tidak ikut bergerak bersama gelombang. Air hanya sebagai medium tempat gelombang merambat. Jadi, pada perambatan gelombang, mediumnya tetap.

Sumber foto: Buku Fisika XII Suparmo dan Widodo

Gambar 2. Tetesan air menyebabkan terjadinya gelombang

Dari gambar 2 tersebut kita dapat mengamati bahwa tetesan air pada permukaan air tersebut menyebabkan terjadinya gelombang pada permukaan air tersebut. Kita dapat amati bahwa semua bagian-bagian air bergerak naik turun di tempatnya masing-masing. Kemudian jika kita letakkan benda apung diatas permukaan air tersebut maka benda itu juga akan bergerak naik turun.

Jadi dapat kita simpulkan bahwa gelombang adalah proses pemindahan energi. Dan hal penting yang harus kita ingat bahwa saat pemindahan energi melalui suatu medium, medium itu sendiri tidak akan ikut berpindah, yang menjalar hanyalah energi. Dengan kata lain, energi sedang ditransfer dalam bentuk gelombang.

2.    Klasifikasi Gelombang

Gelombang merupakan gejala gangguan dari suatu sumber getaran yang bergerak terus-menerus yang dalam perambatannya, gelombang memindahkan energi dari suatu tempat ke tempat lainnya. Pada proses terjadinya gelombang, materi-materi dalam medium tidak ikut merambat dengan medium tersebut. Gelombang dapat merambat melalui medium ataupun tanpa medium. Medium gelombang dapat berupa zat padat misalnya tali, zat cair misalnya air, dan gas misalnya udara. Berdasarkan hal tersebut gelombang dibedakan berdasarkan:

a)     Medium Perambatan                    

Di sini kita sedang membahas dinamika gelombang. Dinamika gelombang itu sendiri maksudnya adalah aspek kajian tentang gelombang yang mana proses perambatannya dikaitkan dengan sumber penyebabnya. Ditinjau dari aspek dinamikanya, gelombang dikategorikan menjadi dua yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

1.     Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik adalah gelombang yang membutuhkan medium untuk merambat. Gelombang mekanik timbul dan merambat dalam medium elastis sedangkan gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium material untuk merambatkannya. Gelombang mekanik dapat timbul dan merambat dalam medium elastis, misalnya gelombang pada pegas, gelombang pada dawai elastis, dan gelombang bunyi dalam zat padat, cair, dan gas. Oleh karena itu salah satu yang diperlukan untuk dapat menampung gelombang mekanik adalah bahwa medium harus bersifat elastis. Medium elastis merupakan medium yang ketika dipengaruhi gaya luar, mampu meregang (mengembang) atau memampatkan diri, dan saat pengaruh gaya luar tersebut dihilangkan, medium mampu memulihkan keadaannya kembali seperti semula. Gelombang transversal dapat muncul pada dawai yang tegang, dan tidak mungkin dapat dimunculkan pada dawai yang kendur. Hal ini karena dawai yang tegang mampu memulihkan dawai pada keadaan semula saat pengaruh gaya luar dihilangkan.

2.     Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang merambat walaupun tanpa medium perantara. Misalnya, gelombang cahaya. Gelombang cahaya merupakan gelombang elektromagnetik karena arah rambatnya merupakan perpaduan dari medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus. Dengan kata lain, gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang selalu terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang dalam perambatannya saling tegak lurus dan tidak membutuhkan medium. 

Gambar 3. Perambatan gelombang elektromagnetik

Di atas adalah gambar perambatan gelombang elektromagnetik jika kita meninjaunya dari satu arah. Berdasarkan gambar tersebut maka kita dapat menyatakan bahwa:

a.      Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang selalu terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang dalam perambatannya saling tegak lurus.

b.     Karena arah getarnya gelombang elektromagnetik tegak lurus terhadap arah penjalarannya maka gelombang ini termasuk ke dalam gelombang transversal.

c.      Gelombang elektromagnetik ini bergetar secara sinusoidal.

b)     Arah Getar dan Arah Rambat Gelombang

Berdasarkan arah getar dan arah rambatnya, gelombang terdiri dari:

1. Gelombang transversal adalah gelombang  yang arah getarnya tegak lurus dengan arah penjalaran gelombang itu sendiri. Misalnya: gelombang cahaya selain gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.
2. Gelombang longitudinal  adalah gelombang yang gerak partikel yang mengangkut gelombang tersebut adalah bolak-balik sepanjang arah penjalaran. Misalnya: Bila sebuah pegas vertikal di bawah tegangan dibuat berosilasi ke atas dan ke bawah di sebuah ujung, maka sebuah gelombang longitudinal berjalan sepanjang pegas tersebut; koil-koil tersebut bergetar bolak-balik di dalam arah di mana gangguan berjalan sepanjang pegas. Selain itu gelombang bunyi juga merupakan contoh gelombang longitudinal.

Penjelasan tentang gelombang transversal dan gelombang longitudinal ini akan dibicarakan lebih detail pada penjelasan berikutnya.

c)   Amplitudo

1. Gelombang berjalan adalah gelombang yang memiliki amplitudo konstan di setiap titik yang dilalui gelombang
2. Gelombang stasioner adalah gelombang yang memiliki amplitudo tidak konstan (berubah secara periodik) di setiap titik yang dilalui gelombang.

d)   Gelombang Berdimensi Satu, Gelombang Berdimensi Dua, dan Gelombang Berdimensi Tiga

1. Gelombang berdimensi satu; gelombang yang bergerak sepanjang tali atau pegas
2. Gelombang berdimensi dua; gelombang permukaan atau riak di atas air yang disebabkan oleh batu kecil yang dijatuhkan ke dalam sebuah kolam yang tenang
3. Gelombang berdimensi tiga; gelombang bunyi dan gelombang cahaya yang muncul secara radial dari sebuah sumber kecil.

C.    Gelombang Transversal dan Gelombang Longitudinal

Dengan mengamati arah rambat gelombang terhadap arah getar gelombang kita dapat membedakan gelombang menjadi dua jenis, yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Perlu diingat kembali bahwa yang dirambatkan pada tali hanyalah energi, sedangkan medium tidak ikut merambat.

1.     Gelombang Transversal

Berikut ini adalah grafik simpangan partikel terhadap posisi dari gelombang transversal yang dihasilkan pada sepanjang tali. Yang dimaksud posisi di sini adalah jarak mendatar dari titik asal getaran. 

Sumber: Kanginan, M. 2006

Gambar 4. Grafik simpangan posisi

Berdasarkan grafik simpangan posisi pada gambar 4 di atas maka dapat dijelaskan istilah-istilah pada gelombang transversal.

Puncak gelombang adalah titik yang paling tinggi pada gelombang (missal: b atau f).

Dasar gelombang adalah titik yang paling rendah pada gelombang (missal: d atau h).

Bukit gelombang adalah lengkungan obc atau lengkungan efg.

Lembah gelombang adalah cekungan cde atau cekungan ghi.

Amplitudo (A) adalah nilai mutlak simpangan terbesar yang dapat dicapai partikel (missal: bb₁ atau dd₁).

Panjang gelombang (lamda), simbol ini dibaca lambda. Satu panjang gelombang adalah jarak antara dua titik puncak (titik tertinggi) berurutan, atau jarak antara dua titik dasar (titik terendah) berurutan, dan atau jarak tiga titik simpul berurutan.

Periode (T) adalah selang waktu yang diperlukan untuk melewati dua puncak berurutan atau waktu yang dibutuhkan untuk menempuh dua dua dasar yang berurutan (selang waktu untuk satu panjang gelombang).

Untuk memahami definisi gelombang transversal dapat dilakukan dengan mengamati demonstrasi gelombang transversal berikut ini.

Sumber foto: Buku Fisika XII Suparmo dan Widodo

Gambar 5. Gelombang transversal

Jika seutas tali yang lumayan panjang digetarkan tegak lurus terhadap arah panjang tali maka akan terbentuk gelombang yang merambat pada tali dari ujung atau sumber getar sampai ke ujung yang lainnya. Setelah diamati dengan baik ternyata gelombang (berupa energi) pada tali tersebut bergetar ke atas dan bergetar ke bawah tegak lurus dengan arah perambatan gelombang tersebut.

   

2.     Gelombang Longitudinal

Pada gelombang longitudinal terdapat istilah pusat rapatan dan pusat renggangan. Panjang gelombang diartikan sebagai jarak antara dua pusat rapatan yang berurutan (AC) atau jarak antara dua pusat renggangan yang berurutan (BD). Sedangkan jarak antara pusat rapatan dan pusat renggangan yang berurutan disebut dengan setengah panjang gelombang (setengan lamda).

Sumber: Kanginan, M. 2006

Gambar 6. Gelombang longitudinal berupa rapatan dan renggangan sepangjang slinki. Panjang gelombang adalah jarak antara dua pusat rapatan yang berdekatan (AC) atau jarak antara dua pusat renggangan yang berdekatan (BD).

Untuk memahami pengertian gelombang longitudinal mari kita amati gambar slinki berikut ini. 

Sumber foto: Buku Fisika XII Suparmo dan Widodo

Gambar 7. Gelombang longitudinal

Jika salah satu ujung slinki digetarkan searah dengan panjang slinki maka ujung slinki akan merapat dan merenggang. Kemudian rapatan dan renggangan pada ujung slinki tersebut merambat di sepanjang slinki. Nah, gelombang yang arah getarnya searah dengan arah rambatnya dinamakan dengan gelombang longitudinal. Biasanya gelombang ini merambat pada medium gas.

Pada gelombang transversal, yang merambat adalah energi dalam bentuk bukit dan bentuk lembah. Perambatan bukit atau perambatan lembah hanya dapat terjadi pada medium yang kenyal (elastis). Maka dari itu, gelombang transversal hanya dapat merambat melalui zat padat.

Sedangkan pada gelombang longitudinal, yang merambat adalah energi dalam bentuk pusat rapatan dan bentuk pusat renggangan dapat terjadi pada semua zat. Oleh karena itu gelombang longitudinal dapat merambat melalui semua wujud zat (padat, cair, dan gas).

D.    Contoh-contoh Gelombang

Tabel 1. Contoh-contoh Gelombang

No	Medium Rambat	Jenis Gelombang
1	Gelombang pada tali	gelombang mekanik dan gelombang transversal
2	Gelombang pada pegas	gelombang mekanik dan gelombang transversal
3	Gelombang pada dawai	gelombang mekanik dan gelombang transversal
4	Gelombang bunyi dalam zat padat	gelombang mekanik dan gelombang longitudinal
5	Gelombang bunyi dalam zat cair	gelombang mekanik dan gelombang longitudinal
6	Gelombang bunyi dalam zat gas	gelombang mekanik dan gelombang longitudinal
7	Gelombang pada permukaan air	gelombang mekanik dan gelombang transversal
8	Gelombang bunyi	gelombang mekanik dan gelombang longitudinal
9	Gelombang cahaya	gelombang elektromagnetik dan gelombang transversal

Cahaya matahari yang selalu kita nikmati setiap hari merupakan contoh gelombang elektromagnetik.

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, M. (2006). Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga