Gelombang Mekanik

Penulis : Deyan Prashna, Departemen Fisika, FMIPA, Universitas Indonesia 2016

Gelombang mekanik memerlukan medium dalam perambatannya. Mediumnya berupa zat padat, cair maupun gas. Dalam perambatannya, partikel/molekul penyusun medium tidak ikut berpindah dan hanya merambatkan energinya saja. Gelombang mekanik terbagi menjadi gelombang transversal, gelombang longitudinal dan gelombang permukaan.

Apa yang kalian ketahui tentang gelombang? Bagaimana gelombang dapat merambat? Tentu, gelombang bisa merambat dan ada satu jenis gelombang yang dinamakan sebagai gelombang mekanik. Lalu, apa itu gelombang mekanik? Yuk, baca tulisan ini agar kalian mengetahui jawabannya.

Pendahuluan Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik merupakan gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya dimana tanpa medium rambat gelombang ini tidak bisa merambat. Medium rambatnya bisa berupa zat padat, cair maupun gas.

Contoh dari gelombang ini adalah gelombang tali, gelombang air, gelombang bunyi, gelombang pada pegas, dsb. Untuk pemahaman lebih lanjut mengenai gelombang bunyi, silahkan kalian baca artikel gelombang bunyi.

Dalam perambatannya, energi pada gelombang ini dipengaruhi oleh temperatur medium. Semakin tinggi temperaturnya maka cepat rambat gelombang ini dalam menghantarkan energi akan semakin rendah, dan sebaliknya.

Hal tersebut berhubungan dengan teori kinetik gas dan kecepatan gerak partikel/molekul penyusun medium rambatnya. Gelombang berasal dari adanya getaran.

Dalam perambatannya, gelombang mekanik memiliki panjang gelombang dan frekuensi pada waktu tertentu. Gelombang mekanik bersumber dari adanya getaran/gangguan mekanik dari sumber getar dimana sumber getar memiliki partikel penyusunnya yang bergetar.

Partikel sumber yang bergetar tersebut disebabkan adanya gangguan eksternal sehingga partikelnya menjadi bergetar. Perlu kalian ketahui bahwa alam ini berada dalam keadaan seimbang dan selalu melakukan proses seminimal mungkin. Jika tidak ada gangguan, maka partikel sumber getar tidak akan bergetar.

Perlu juga kamu ketahui bahwa Gelombang mekanik sangat berbeda dengan gelombang elektromagnetik.

Parameter Gelombang Mekanik

Terdapat beberapa parameter yang bukan hanya terdapat pada gelombang mekanik, tetapi terdapat pada gelombang secara umum. Parameter yang dimaksud di sini adalah parameter ukur yang digunakan untuk mengukur gelombang baik dari segi energi maupun keberadaannya (eksistensinya) sebagai sebuah gelombang.

Parameter tersebut adalah frekuensi, periode, waktu getar, panjang gelombang, cepat rambat gelombang, dan amplitudo. Berikut penjelasannya:

Frekuensi

Frekuensi merupakan jumlah banyaknya getaran gelombang per satuan waktu dimana satu getaran dapat didefinisikan sebagai satu bukit dan lembah gelombang. Frekuensi memiliki satuan Hertz (Hz).

Frekuensi dapat digunakan untuk menyatakan kuantitas getaran maupun gelombang. Berikut rumus frekuensi gelombang:

dimana T merupakan periode gelombang, satuannya adalah sekon (s).

Waktu getar

Waktu getar merupakan waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran selama periode tertentu. Satuannya adalah sekon (s) dan persamaannya yaitu:

dimana T merupakan periode, satuannya adalah sekon (s).

Periode

Periode merupakan waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran penuh. Periode berbeda dengan waktu getar dimana dapat diasumsikan bahwa waktu getar merupakan bagian kecil dari periode.

Getaran dapat dikatakan telah melakukan satu periode getaran, jika getaran tersebut telah berhasil melewati titik keseimbangan. Contoh seperti gerak bandul dimana satu periode gerak bandul adalah gerak bandul ketika melewati titik A – B – C – B – A.

Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut:

Periode getaran dapat dinyatakan dengan rumus, sbb:

Panjang gelombang

Panjang gelombang adalah jarak antara posisi mulai (awal) gelombang ke posisi akhir gelombang dalam satu frekuensi. Panjang gelombang dapat dinyatakan dengan rumus, sbb:

menjadi

atau

dimana s merupakan jarak tempuh gelombang (m), n merupakan jumlah gelombang dimana satu gelombang dapat didefinisikan terdiri dari satu bukit dan lembah gelombang, dan v merupakan kecepatan gelombang (m/s).

Untuk memahami panjang gelombang, silahkan perhatikan gambar berikut!

Cepat rambat gelombang

Cepat rambat gelombang merupakan jarak yang ditempuh gelombang dalam satuan waktu tertentu. Cepat rambat gelombang dapat dianalogikan seperti kecepatan gerak yang berumus:

dimana v merupakan kecepatan gerak benda (m/s), s merupakan jarak tempuh benda (m), dan t merupakan waktu tempuh benda (s).

Cepat rambat gelombang merupakan besaran vektor (mempunyai nilai dan arah), dapat dinyatakan dengan rumus sbb:

dimana v merupakan cepat rambat gelombang (m/s), dan f merupakan frekuensi (Hz).

Amplitudo

Amplitudo merupakan jarak atau simpangan terjauh dari titik keseimbangan suatu gelombang. Amplitudo mempunyai pengukuran skala yang nonnegatif dari osilasi gelombang.

Amplitudo dinyatakan dalam satuan meter (m). Untuk lebih jelasnya, coba perhatikan kembali gambar 1.

Jenis Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik berdasarkan arah getaran dan rambatnya, dapat dibedakan menjadi 3 yaitu gelombang transversal, gelombang longitudinal dan gelombang permukaan. Berikut penjelasannya:

Gelombang Transversal

Pada gelombang transversal, partikel-partikel penysusun mediumnya bergetar secara naik dan turun dimana arah getarannya tersebut tegak lurus terhadap arah rambatnya. Arah rambat gelombang pada gambar 1 bergerak ke kanan, tetapi untuk arah getarannya bergerak ke atas dan ke bawah (naik dan turun).

Perambatan energinya mengikuti arah rambatan dan tidak mengikuti arah getaran. Arah getaran tersebut mengakibatkan energinya merambat ke kanan melalui arah rambatan.

Gelombang dalam pergerakannya membawa energi melalui perambatannya, tetapi partikel mediumnya tidak ikut berpindah. Perambatan tersebut akan berlangsung secara kontinu (sampai energi rambat berkurang dan terdistribusi pada benda/objek di sekitarnya).

Energi gelombang di akhir akan jauh lebih besar daripada energi awal gelombang. Contoh gelombang transversal adalah gelombang pada tali, gelombang gempa bumi, gelombang ombak air, dsb.

Bentuk dari gelombang transversal dapat diilustrasikan seperti gambar 1.

Gelombang Longitudinal

Pada gelombang ini, partikel penyusun medium bergetar bolak-balik searah dengan arah gelombang. Arah rambat gelombang longitudinal sejajar/berhimpit dengan arah getarannya.

Gelombang longitudinal mekanis juga disebut sebagai gelombang mampatan atau kompresi. Contoh dari gelombang longitudinal adalah gelombang pada pegas, gelombang bunyi, gelombang seismik, dsb.

Untuk mengetahui bentuk dari gelombang longitudinal, mari kita lihat contohnya pada pegas yang digetarkan salah satu ujungnya, sebagaimana ilustrasi berikut:

Bentuk gelombang dan perambatan gelombang longitudinal berbeda dengan gelombang transversal. Satu gelombang pada gelombang longitudinal didefinisikan sebagai 1 rapatan dan 1 regangan.

Sebetulnya bentuk gelombang longitudinal secara umum seperti pada gambar 2 bukan hanya dimiliki oleh pegas saja, tetapi secara umum dimiliki oleh semua gelombang longitudinal. Begitu pun dengan gelombang bunyi.

Perambatan gelombang bunyi di udara akan mengalami hambatan oleh adanya molekul penyusun udara. Oleh karena itu, gelombang bunyi atau suara yang kita dengar dapat mengalami pelemahan serta gelombang bunyi dapat mengalami efek doppler dan pelayangan bunyi.

Energi yang dihantarkan pada gelombang longitudinal juga tidak akan membawa molekul penyusun mediumnya. Kekuatan gelombang longitudinal bergantung pada kekuatan sumber gelombang longitudinal.

Gelombang Permukaan

Pada gelombang permukaan, partikel penyusun medium dapat bergetar ke segala arah (ke atas, ke bawah, ke depan maupun ke belakang). Sehingga bentuk gelombangnya menyerupai lingkaran yang semakin lama semakin membesar dan menghilang (karena energinya sudah habis dan terdistribusi ke objek di sekitarnya).

Sebenarnya energi kedua lebih besar dari energi pertama (energi sumber), tetapi dikarenakan penyebarannya menyebar ke segala arah (secara radial) mengakibatkan energinya terdistribusi secara radial juga. Sehingga energi ketiga dan seterusnya menjadi semakin kecil. Berikut ilustrasi dari gelombang permukaan.

Arah rambat pada gelombang permukaan tegak lurus dengan arah getarannya dimana dapat dianalogikan dengan gelombang transversal (gambar 1), tetapi pada gelombang permukaan ini lebih kompleks dan arah penyebarannya ke segala arah (radial).

Contoh dari gelombang permukaan yaitu ketika kamu mengganggu air yang tenang dengan melempari batu ke dalam air tersebut, maka air tersebut akan membentuk gelombang yang mirip seperti gambar 3 dengan getarannya menjauh dari pusatnya (karena menyebar). Tapi, perlu diketahui bahwa molekul penyusun air tersebut tidak bergeser dalam arah pergerakan gelombang.

Gelombang permukaan juga termasuk ke dalam gelombang seisimik (gelombang yang menjalar ke seluruh bagian dalam bumi dan melalui permukaan bumi akibat adanya lapisan batuan yang patah secara tiba-tiba atau pun karena adanya ledakan). Gelombang permukaan terdapat pada permukaan batas medium.

Berdasarkan sifat partikel penyusun medium elastik, gelombang ini merupakan gelombang yang kompleks, menjalar dengan frekuensi yang rendah dan amplitudo yang besar akibat adanya efek free surface (terdapat perbedaan sifat elastik). Terdapat dua jenis gelombang permukaan, yaitu gelombang Rayleigh dan gelombang Love.

Jadi, gelombang merupakan getaran yang merambat dan dapat melalui medium rambat maupun tidak. Tetapi, untuk gelombang mekanik memerlukan medium rambat.

Gelombang mekanik tidak dapat merambat di dalam ruang hampa. Kekuatan gelombang mekanik bergantung pada energi dari sumbernya.

Dalam perambatannya, partikel penyusun medium tidak ikut bergerak bersama dengan perambatan gelombang. Tetapi, hanya menghantarkan energi rambatnya saja dan energinya menjadi besar di akhir karena mengalami penjumlahan energi sepanjang perambatannya.

Demikian, pembahasan mengenai gelombang mekanik. Semoga dapat mudah dipahami materinya dan menjawab pertanyaan kamu mengenai gelombang mekanik. Terimakasih sudah membaca.

Contoh Soal Latihan

1. Suatu gelombang mekanik merambat dengan panjang gelombang 2 cm dalam frekuensi 10 Hz. Berapa besar cepat rambat gelombang tersebut?

Jawab:

2. Suatu gelombang mekanik merambat dalam periode 10 s. Berapa besar frekuensinya?

Jawab:

3. Perhatikan ilustrasi berikut!

Berdasarkan gambar tersebut, berapa besar amplitudo yang dibentuk oleh gelombang?

Jawab: Amplitudo merupakan jarak atau simpangan terjauh dari titik keseimbangan suatu gelombang. Sehingga dapat diketahui bahwa amplitudo gelombang tersebut sebesar 5 cm.

Pertanyaan Umum

Daftar Pustaka

• Ibadurrahman. Gelombang Mekanik. Diperoleh dari https://www.studiobelajar.com/gelombang-mekanik/ (diakses pada 21 Mei 2020).
• Bitar. 2019. Gelombang Mekanik. Diperoleh dari https://www.gurupendidikan.co.id/gelombang-mekanik/ (diakses pada 21 Mei 2020).
• Kompas.com. 2020. Pengertian Frekuensi dan Gelombang. Diperoleh dari https://www.google.com/amp/s/amp.kompas.com/skola/read/2020/03/04/133000169/pengertian-frekuensi-dan-gelombang (diakses pada 21 Mei 2020).
• Syah, Azis. 2019. Rumus Panjang Gelombang. Diperoleh dari https://www.google.com/amp/s/www.kompasiana.com/amp/aziss/5cd2fd3b3ba7f7612260a8c8/rumus-panjang-gelombang-yang-s-n (diakses pada 21 Mei 2020).
• Rangga, Aditya. 2020. Amplitudo. Diperoleh dari https://cerdika.com/amplitudo/ (diakses pada 21 Mei 2020).
• Zakiya, Rizka. 2019. Rumus Cepat Rambat Gelombang dan Cara Menghitungnya. Diperoleh dari https://www.google.com/amp/s/saintif.com/rumus-cepat-rambat-gelombang/amp/ (diakses pada 21 Mei 2020).
• Admin-idSchool. 2017. Penjelasan Gelombang Transversal dan Longitudinal. Diperoleh dari https://idschool.net/smp/fisika-smp/penjelasan-gelombang-transversal-dan-longitudinal/ (diakses pada 21 Mei 2020).
• Khoeri, Heri. 2019. Gelombang Seismik. Diperoleh dari https://hesa.co.id/gelombang-seismik/ (diakses pada 21 Mei 2020).
• Prashna, Deyan. 2020. Gelombang Elektromagnetik (GEM). Diperoleh dari https://bacaboy.com/gelombang-elektromagnetik/ (diakses pada 21 Mei 2020).
• Saja, sebisanya. 2016. Rumus Panjang Gelombang. Diperoleh dari https://www.google.com/amp/s/www.kompasiana.com/amp/ggggggggggggggggg/rumus-panjang-gelombang_5703ef14b27a613922e3754d (diakses pada 21 Mei 2020).
• FlexBooks 2.0. 16.1 Mechanical Wave. Diperoleh dari https://flexbooks.ck12.org/cbook/ck-12-middle-school-physical-science-flexbook-2.0/section/16.1/primary/lesson/mechanical-wave-ms-ps (diakses pada 21 Mei 2020).

Baca juga

• Teori Relativitas
• Hukum Newton
• Efek Fotolistrik