BAHAN AJAR GETARAN DAN GELOMBANG
Tanpa disadari dalam kehidupan sehari hari terjadi banyak sekali gerak benda yang bersifat periodik, contohnya gerak bandul jam, gerak pelat yang bergetar atau pada sepeda motor yaitu gerak piston pada silender mesin motor. Gerakan periodik ini disebut gerak osilasi. Gerak osilasi yang paling sederhana disebut gerak harmonik sederhana
Getaran harmonik sederhana adalah gerak bolak balik yang selalu melewati titik kesetimbangan tanpa mengalami redaman
Gambar 1.1 Getaran harmonis pada Ayunan Bandul Matematis
Pada Gambar 1.1 memperlihatkan sebuah pendulum, yang terdiri dari seutas tali dan sebuah beban berupa silender pejal, kemudian tali diikat pada statip (penyangga). Jika pendulum disimpangkan dari posisi keseimbangannya, maka saat dilepaskan bandul tersebut akan bergerak bolak balik di sekitar titik kesetimbangannya. Satu gerakan atau satu getar adalah gerakan dari titik mula-mula sampai kembali ke titik awal melalui titik setimbang. Dalam gambar ditunjukan satu getaran di mulai dari titik P melalui O ke titik Q kembali ke P juga harus melalui O, Jadi bila dilihat lintasan tersebut adalah gerakan mulai dari titik P – O – Q – O – P.
a. Amplitudo, Perioda dan frekuensi
Simpangan menyatakan posisi pendulum setiap saat terhadap titik seimbangnya. Simpangan terbesar dari sistem tersebut disebut amplitudo. Selang waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran dinamakan periode (T), dan banyaknya getaran setiap detik disebut frekuensi (f). Hubungan antara periode dan frekuensi dinyatakan oleh persamaan:
f = 1/T atau T = 1 / f
Contoh lain getaran harmonik sederhana adalah gerakan pegas seperti
pada gambar 1.2.
Gambar 1.2 Getaran harmonis pada pegas
Getaran yang terjadi dipengaruhi gaya yang arahnya menuju satu titik dan besarnya seimbang dengan simpangannya. Suatu benda yang digantungkan pada sebuah pegas dan disusun seperti bandul matematis. Benda tersebut akan bergerak dari simpangan P kemudian bergerak ke Q melalui O (titik setimbang) dan kembali lagi ke P. Jika beban dilepas, maka beban akan bergerak bolak balik di sekitar titik kesetimbangan O.
Catatan ringkas:
I. Periode getar: adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai satu getaran penuh.
II. Frekuensi: adalah banyaknya getaran tiap sekon.
III. Amplitudo: adalah simpangan maksimum dari suatu getaran
IV. Simpangan:adalah besarnya perpindahan dari suatu titik kesetimbangan ke suatu posisi tertentu.
d. Tugas
1. Definisikan pengertian getaran harmonik sederhana!
2. Jelaskan apa yang anda ketahui tentang frekuensi, amplitudo, periode harmonik sederhana!
3. Jelaskan bagaimana menghitung frekuensi amplitudo dan periode suatu getaran harmonik!
4. Jelaskan hubungan antara getaran dan gelombang
g. Lembar Kerja
Menghitung Tetapan Gaya pada Sistem Pegas
A. Bahan:
Satu set massa pembeban
Kertas untuk menggambar grafik
B. Alat:
2 buah pegas
satu set alat pengukuran pegas
penggaris/meteran
neraca timbangan massa
stop wacth
C. Langkah kerja:
1. Gantung seutas pegas pada tiang, unjung bebas dihubungkan dengan beban m.
2. Beri simpangan pada sistem pegas tersebut (? x), pada posisi (2), kemudian lepas, terjadi gerak bolak-balik terhadap titik (1).
3. Lakukan pengukuran waktu getaran.
4. Isikan hasil pengamatan anda pada tabel 1.1 dan tabel 1.2 berikut
C. Langkah kerja:
1. Gantung seutas pegas pada tiang, unjung bebas dihubungkan dengan beban m.
2. Beri simpangan pada sistem pegas tersebut (? x), pada posisi (2), kemudian lepas, terjadi gerak bolak-balik terhadap titik (1).
3. Lakukan pengukuran waktu getaran.
4. Isikan hasil pengamatan anda pada tabel 1.1 dan tabel 1.2 berikut
Tabel 1.1
Amplituda
(cm)
|
10 x T (sekon)
|
T (sekon)
|
2
|
|
|
3
|
|
|
4
|
|
|
5
|
|
|
Tabel 1.2
Massa beban
(gram)
|
10 x T
(sekon)
|
T
(sekon)
|
T 2
|
10
20
30
40
50
60
|
|
|
|
5. Bagaimana dengan periode T, apakah dipengaruhi oleh: (a) amplitudo, (b) massa beban.
6. Buatlah grafik T2 terhadap m. Bagaimana bentuk grafiknya ?
7. Tentukan konstanta gaya pegas dari grafik yang anda buat tersebut.
8. Coba anda lakukan analisa terhadap hasil yang anda dapatkan, kemudian bandingkan dengan (hasil) teori yang ada.
2a. Gelombang Mekanik
Gelombang berdasarkan sifat fisisnya adalah gelombang air, gelombang tali, gelombang bunyi, gelombang radio, dan sebaginya. Jika ditinjau dari medium perambatanya gelombang dibedankan menjadi dua, yaitu gelombang mekanik yang butuh medium untuk perantara, dan gelombang elektromagnetik yang tidak butuh medium perantara. Gelombang merupakan rambatan energi dari sumber getar yang merambat tanpa disertai perpindahan partikelnya. Fenomena ini ditunjukan pada peristiwa gelombang permukaan air, gelombang pada tali, gelombang radio, dan sebagainya. Tinjau seutas tali panjang L dalam arah mendatar, salah satu ujungnya digetarkan naik-turun dalam arah sumbu y, sehingga terjadi gelombang pada tali yang merambat dalam arah x posistip. Pada tali yang digerakan tersebut juga mengalami gelombang berjalan, gelombang mekanik yang amplitudonya konstan di setiap titik yang dilalui gelombang.
Gambar 2.1 Gelombang berjalan pada Taliyang merambat pada tali ternyata arah getarnya tegak lurus arah rambatannya dan disebut gelombang transversal, sedangkan yang terjadi pada pegas adalah arah getar gelombang searah dengan arah rambatannya disebut gelombang longitudinal.
f. Sifat-Sifat Gelombang
Untuk gelombang mekanik maupun gelombang elektromagnetik, mempunyai 4 (empat) sifat dasar, di antaranya adalah pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pembelokan (difraksi), dan penggabungan (interferensi).
c. Rangkuman
a. Gelombang adalah getaran atau energi yang merambat.
b. Gelombang mekanik,: adalah gelombang yang membutuhkan medium untuk merambat.
c. Gelombang elektromagnetik,; adalah gelombang yang tidak membutuhkan medium untuk merambat.
d. Gelombang transversal, adalah gelombang yang arah getar dan arah rambatnya saling tegak lurus. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getar dan arah rambatnya sejajar.
