Tag: Gelombang

  • Getaran dan Gelombang

    Getaran dan Gelombang

    Getaran dan Gelombang adalah materi yang membahas tentang gerakan bolak-balik yang terjadi di alam. Gerakan ini ditinjau dari hukum-hukum fisika yang mengatur tentang fenomena yang berkaitan

    A. Getaran

    1. Gerak Harmonik Sederhana
      1. Pegas
      2. Bandul
    2. Getaran Teredam
    3. Getaran Teredam Paksa
    4. Superposisi Getaran

    B. Gelombang

    1. Gelombang
    2. Gelombang Bidang
    3. Gelombang Selaras
    4. Persamaan Gelombang
    5. Superposisi Gelombang
      1. Interferensi
      2. Difraksi
    6. Energi pada Gelombang
    7. Refleksi
    8. Refraksi
    9. Gelombang Stasioner
    10. Dispersi Gelombang

    C. Gelombang Mekanik

    1. Gelombang Bunyi
    2. Efek Doppler
    3. Bunyi Pada Cairan
    4. Gas Gelombang Bola
    5. Gas Gelombang Silinder
    6. Gelombang Elektromagnetik
    7. Gelombang Multidimensi
    8. Impedansi Medium

  • RPS Mata Kuliah Gelombang

    RPS Mata Kuliah Gelombang

    Landasan Hukum

    1. Perpres No. 8 tahun 2012 tentang Level KKNI
    2. Dokumen CPL Program Studi Pendidikan Fisika dari Physics Society Indonesia
    3. Dokumen Rincian Capaian Pembelajaran Minimum Prodi Fisika dari Physics Society Indonesia (PSI)

    A. CPMK

    1. Menganalisis Konsep Getaran dan Gelombang Harmonis
    2. Menganalisis Konsep Superposisi Gelombang dan Gelombang Stasioner
    3. Menganalisis Konsep Gelombang Bunyi pada gas gelombang bola dan silinder
    4. Menganalisis Konsep Pengantar Gelombang elektromagnetik
    5. Menganalisis Konsep Pengaruh Medium terhadap Perambatan Gelombang

    B. Deskripsi

    Mata kuliah menganalisis konsep terkait fenomena gelombang Gelombang: getaran selaras, superposisi getaran, gelombang bidang, gelombang selaras, persamaan gelombang dan penyelesaiannya, superposisi gelombang (interferensi dan difraksi), energetika gelombang, refleksi dan refraksi, gelombang stasioner, dispersi, gelombang mekanik: gelombang bunyi dalam padatan, cairan, dan gas gelombang bola dan silinder, gelombang elektromagnetik (pengantar), gelombang multidimensi, impedansi medium, kaitan dispersi, perambatan di perbatasan medium efek Doppler.

    C. Materi

    1. Getaran Selaras
    2. Superposisi getaran
    3. Gelombang bidang
    4. Gelombang selaras
    5. Persamaan gelombang dan penyelesaiannya
    6. Superposisi gelombang (interferensi dan difraksi)
    7. Energi gelombang
    8. Refleksi Gelombang
    9. Refleksi Refraksi
    10. Gelombang Stasioner
    11. Dispersi Gelombang
    12. Gelombang bunyi dalam padatan dan cairan
    13. Bunyi pada gas gelombang bola dan silinder
    14. Pengantar Gelombang elektromagnetik (pengantar)
    15. Gelombang multidimensi
    16. Impedansi medium
    17. Dispersi perambatan di perbatasan medium efek Doppler.
  • Spektrum Gelombang Elektromagnetik

    Spektrum Gelombang Elektromagnetik

    Ahmaddahlan.NET – Spektrum adalah gelombang elektromagnetik (Spektrum GEM) adalah sekumpulan radiasi GEM yang memenuhi alam semesta. GEM ini merambat tanpa medium di alam semesta membawa energi yang bisa memberikan informasi bagi pengamatnya dalam hal ini manusia yang ada di Bumi.

    GEM pertama kali diamati sekitar satu abad yang lalu dan membantu proses pengamatan alam semesta bahkan sampai membantu proses penglihatan dan komunikasi manusia. GEM adalah salah satu prinsip yang paling penting dalam menyusun alam semesta selain gravitasi dan konsep materi.

    GEM termasuk cahaya tampak, gelombang radio dan gelombang micro menjadi alat yang baik digunakan untuk mengemati benda-benda yang ada langit terutama untuk benda-benda yang sulit diamati dengan mata manusia. Hampir semua informasi yang saat ini dipelajari manusia tentang alam semesta berasal dari GEM.

    Apa Itu Spektrum Gelombang Elektromagnetik?

    Spektrum GEM dibagi berdasarkan frekuensi-nya. Radiasi GEM ini kemudian disusun mulai dari frekuensi yang tertinggi sampai yang terendah, namun bisa juga dikelompokaan berdasarkan panjang gelombang terpanjang sampai yang terpendek.

    Frekuensi (ν) dari GEM ini adalah karakteristik dari level dari radiasi GEM. GEM dengan frekuensi tinggi mentransmisikan radiasi energi yang lebih tinggi sebaliknya GEM dengan panjang gelombang yang panjang mentransmisikan energi yang lebih rendah.

    Radiasi energi yang diemisi oleh sebuah benda bergantung suhunya. Benda dengan suhu yang renda meradiasikan GEM dengan frekuensi namun panjang gelombang yang lebih panjang. Hal ini berlaku sbealiknya, benda panas meradiasikan GEM dengan frekuensi yang tingi dan panjang gelombang lebih rendah.

    Susunan Spektrum GEM

    Kita bisa. saja mendefenisikan setiap jenis GEM berdasarkaan perbedaan frekuensinya misalnya untuk Cahaya Tampak Merah 400 THz akan berbeda 401 THz hanya saja sensor manusia baik alami maupun buatan masih sulit untuk membedakan keduanya.

    Secara umum, Spektrum GEM dibagi ke dalam 7 kelompok yakni :

    NoGEMFrekuensi (Hz)Lamda (m)
    1Gelombang Radio> 106 ~ 108> 3
    2Gelombang Mikro108 ~ 10120,1 ~ 3
    3Infra Merah1010 ~ 101410-4~ 10-7
    4Cahaya Tampak 4.1014 ~ 7,5.10147,5.10-7~ 4.10-7
    5Ultra Ungu1015~101710-8~ 10-10
    6Sinar X1016~101910-10~ 10-12
    7Sinar Gamma> 1019< 10-12

    Jika diilustrasikan peta pesebaran spektrum GEM sebagai berikut :

    ILustrasi dari Gelombang Elektromagnetik

    Gelombang Elektromagnetik bergerak di ruang hampa dengan kecepatan cahaya atau setara dengan 3 x 108 m/s. Setiap jenis dari radiasi GEM berasal dari partikel yang bergetar dipercepat oleh medan listrik dan mengashilakn gelombang yang memiliki dua meda yakni medan magnet dan listrik. Dengan demikian energi yang dibawa oleh GEM ini berisi informasi yang berasal dari objek yang bergetar.

    Keunggulannya adalah Gelombang ini bergerak dengan cepat dan dengan jarak yang jauh sehingga bisa tetap diamati meskipun objek tersebut terpisah jutaan tahun cahaya dari bumi. Sama dengan cahaya tampak yang dapat ditangkap oleh mata, GEM juga dapat ditangkap oleh beberapa Instrumen artificial yang bisa memberikan informasi mengenai planet yang berada nan jauh di sisi lain di alam semesta.

  • Getaran dan Gelombang

    Getaran dan Gelombang

    AhmadDahlan.NET – Semuanya serba bergetar, tanpa ada getaran mustahil alam semesta ini terbentuk. Mulai dari air yang tenang di dalam gelas, suara yang merambat dalam bentuk gelombang, kipas angin yang berputar, sampai pada layar monitor yang anda tatap ini sedang bervibrasi dengan cepat akan menghasilkan warna-warna yang pada akhirnya membuat anda bisa membaca tulisan ini.

    A. Getaran

    Getaran adalah gerakan bolak-bolak yang melewati sebuah titik yang sama pada interval waktu tertentu. Misalkan sebuah benda yang digantung pada sebuag pegas, kemudian diberikan gangguan maka benda tersebut akan bergetar sesuai dengan getaran harmonik dari sistem pegas dan massa benda.

    Ilustrasi Getaran pada Pegas dengan massa m

    Beban pada pegas yang ditarik lalu dilepas akan bergerak dari posisi A, O, -A, O lalu kembali ke A. Pada saat benda berada pada posisi yang sama misalnya ke A, benda ini disebut melakukan satu getaran penuh. waktu yang dibutuhkan oleh sebauh benda membentuk satu getaran penuh disebut sebagai Periode (T). Jika getaran ini cukup cepat maka kemungkinan akan mebentuk lebih dari satu getaran penuh dalam satu detik. Jumlah getaran dalam satu detik ini disebut sebagai Frekuensi (f). Dengan hubungan antara Periode dan Frekuensi sebagai berikut :

    T = \frac{1}{f}

    dan 

    f=\frac{1}{T}

    dimana

    T = Periode (s)
    f = Frekuensi (hz)

    B. Gelombang

    Gelombang dapat didefenisikan sebagai getaran yang merambat. Dalam proses perambatannya, gelombang membawa energi bersama. Pada saat gelombang merambat pada sebuah medium, gelombang yang ideal tidak menyebabkan medium berpindah.

    Sebagai contoh, seutas tali yang terikat pada sebuah tiang, lalu diberikan gangguan maka energi pada gelombang akan tampak membuat tali berayun namun posisi tali tetap dipegang oleh si pemberi gangguan. Ilustrasinya seperti pada gambar di bawah :

    Ilustrasi gelombang pada tali yang diikat pada sebuah tiang

    Pada gelombang, ganguan yang diberikan disebut sebagai simpanga. Umumnya simpangan ini dilambangkan sebagai y dengan simpangan maksimal disebut sebagai Amplitodo (A). Pada gelombang, satu getaran penuh analog dengan 1 panjang gelombang yang disimbolkan sebagai lambda (λ).

    1 Panjang Gelombang dapat dihitung dari sebuah titik dengan fase tertentu sampai akhirnya kembali pada fase pertama kali dihitung. Misalnya jika dimulai dari puncak gelombang, maka satu gelombang penuh akan terbentuk pada saat mencapai puncak gelombang berikutnya. demikian pula jika dimulai dari lembah, maka 1 gelombang penuh terbentuk sampai pada lembah berikutnya.

    Ilustrasi 1 gelombang penuh pada tali
    Ilustrasi 1 Gelombang Penuh

    Perhatikan kembali ilustrasi simpangan yang diberikan pada tali. Ilustrasi tersebut menunjukkan bahwa energi dari gelombang merambat dari kiri ke kanan. Rambatan ini tidak lain adalah perpindahan posisi energi dalam selang waktu dan kerana merambat pada panjang gelombang, maka kecepatan gelombang dapat dihitung dengan persamaan berikut :

    v = \lambda f = \frac{\lambda}{T}

    a. Jenis-Jenis Gelombang

    Gelombang bisa dikelompok berdasarkan beberapa karakteristik seperti berdasarkan medium perambatannya. Berdasarkan medium perambatannya gelombang terbai atas dua jenis yakni gelombang elektromagnetik yang merambat baik tanpa dan dengan medium. Pada medium, Propagasi Gelombang Elektromagnetik ini mengalami pola absorsi dan radiasi dari atom yang menjadi mediumnya.

    Contoh gelombang ini adalah :

    1. Gelombang Radio AM
    2. Gelombang Radio FM dan TV Analog
    3. Gelombang Mikro
    4. Gelombang Infra Merah
    5. Gelombang Cahaya Tampak
    6. Gelombang Ultra Ungu
    7. Sinar X
    8. Sinar Gamma

    Gelombang yang hanya merambat disertai dalam medium disebut sebagai gelombang mekanik. Contoh gelombang ini seperti gelombang pada laut, tali dan suara. Sebagaimana yang disebutkan sebelumnya, Gelombang ideal hanya merambatkan energi tanpa disertai dengan perpindahan materi penyusun medium-nya. Hanya saja di kejadian alam sangat sulit menemukan kondisi ini. Misalnya saja gelombang laut yang ikut membuat ombak di pantai, jika cukup besar maka gelombang ini menjadi Tsunami yang membawa massa air dan dapat menyapu benda-benda yang ada di bibir pantai.

    Ilustrasi bentuk gelombang pemrukaan air laut

    Karena merambat melalui medium maka karakteristik gelombang yang sama akan mengalami perbedaan jika merambat pada medium yang berbeda. Karakteristik gelombang tersebut adalah Amplitudo, frekuensi, kecepatan suara bahkan sampai timbre suaranya. Misalnya saja pada saat merambat di medium yang lebih rapat, gelombang mekanik akan bergerak lebih cepat hanya saja Amplitudonya akan berkurang.

    Gelombang mekanik ini bisa dibedakan lagi berdasarkan bentuk dari gelombang-nya yang dikenal dengan sebut Gelombang Transfersal dan Gelombang Longitudinal. Gelombang transfersal dapat dilihat pada gelombang tali yang diberi simpangan naik turun seperti ilustrasi sebelumnya. Gelombang Longitudinal adalah gelombang yang arah rambatan dan getarannya berhimpit/sejajar pada garis yang sama

    Ilustrasi dari bentuk gelombang Longitudinal pada Slinki
  • Gerak Harmonik Sederhana Pada Pendulum

    Gerak Harmonik Sederhana Pada Pendulum

    AhmadDahlan.NET – Gerak Harmonik Sederhana (GHS) adalah gerak bolak-balik yang membentuk sebuah gelombang bolak balik yang energi nya tidak hilang sehingga sebuah benda yang ber-gerak harmonik sederhana akan terus menerus bergerak bolak-balik tanpa henti.

    Gerak Harmonik Sederhana secara terbatas dapat diamati melalui pendulum (bandul) sederhana yakni dengan cara menggantung sebuah beban bermassa m melalui tali sepanjang l yang massanya dapat diabaikan pada sebuauh titik kaku. Setelah beban diberikan simpanan kecil sehingga melakukan gerakan bolak-balik dengan periode yang sama.

    Jika massa tali dan hambatan udara di sekitar sangat kecil dan nilainya dapat diabaikan maka kita akan melihat benda bergerak bolak-balik dengan periode yang tetap.

    Lintasan Pada Gerak Harmonik Sederhana Pendulum Matematis

    A. Periode Getaran Pendulum

    Periode pada pendulum adalah lama waktu yang dibutuhkan beban m untuk kembali pada posisi semula. Misalkan kita beri simbol tiga titik di sebagai A, B dan C, maka satu getaran adalah lama waktu yang dibutuhkan oleh pendulum untuk dari titik A, B, C, B lalu kembali ke A.

    Peirode pada gerak Harmonik Sederhana akan selalu sama dengan asumsi :

    1. Hambatan udara dan massa tali di sekitar sangat kecil sehingga dapat diabaikan.
    2. Tali penggantung tidak dapat dirapatkan dan direnggangkan.
    3. Gravitasi di tempat tersebut konstan
    4. Pusat penggantung talu kaku dan tidak berpindah.
    MG sin Analisis gerak mekanik pada Bandul Harmonik Sederhana

    Pada saat bandul mulai berayun, besar gaya pemulih pada pegas 

    F = - mg \sin θ

    Tanda minum ini memberikan penjelasan bahwa arah gaya berlawanan dengan arah geraknya. Dari persamaan ini menunjukkan bahwa persamaan ini hanya berlaku jika θ sama dengan sin θ ketika sudutnya dinyatakan dalam radian, jika nilainya tidak mirip maka bandulnya tidak GHS.

    Pada sudut-sudut yang kurang dari 15o, perbedaan antara θ (dalam radian) dan sin θ tidak sampai 1%, sehingga pendekatnnya gaya pemilih bisa dituliskan :

    F = - mg \sin θ ≈ - mg θ

    Gerak pada bandul tidak membentuk tali busur pada gerak melingkar dengan jari-jari l, dengan demiki hubungan natar s dan l adalah :

    s=l \theta

    sehingga :

    F=-\frac{mgs}{l}

    Pada sudut kecil-kecil, perpindahan pendulum pada sistem ini bergerak harmonik sederhana yang analog dengan gerak harmonik sederhana pada pegas, dimana F = -kx dimana x adalah panjang tali busur s. Konstantan gaya efektif :

    k=\frac{mg}{l}

    Masukkan persamaan ini ke Persamaan Periode pada pegas yakni :

    T=2 \pi \sqrt{\frac{m}{k}}

    Maka persamaan ini menjadi 

    T=2 \pi \sqrt{\frac{m}{mg/l}}
    T=2 \pi \sqrt{\frac{l}{g}}

    Analisis pendekatan Inersia

    Inersia adalah kecenderungan bandul mempertahankan gerak bolak-bolak dari tali busur s. Gerak ini memenuhi persamaan 

    τ = F ⨯ l  = I ⨯ α

    masukkan nilai gaya penyebab gerak dengan sudut θ yang kecil sehingga F = -mg sin θ ≈ – mg θ

    −mgθl=Iα
    α=\frac{-mgθl}{I}

    Momen inerasial I pada gerak ini adalah I = ml2, maka 

    α=\frac{-mgθl}{ml^2}
    α=\frac{-gθ}{l}

    Nah pada posisi pertama kali begerak, percepatan dari benda berada pada nilai maksimum sehingga memiliki percepatan maksmimum dengan demikian berlaku persamaan 

    a = -\omega_0^2A

    jika hubungan a dan α adalah 

    a = -αl

    maka 

    α =- \omega_0^2 \frac{A}{l}

    Pada sudut kecil maka A\l ≈ tan θ ≈ θ, maka 

    α = -\omega_0^2 θ

    masukkan kembali kepersamaan α = -gθ\l, maka 

    -\omega_0^2 θ=-\frac{gθ}{l}
    ω_0  = \sqrt{\frac{g}{l}}

    Karena ω = 2πf, maka

    f = \frac{1}{2π}\sqrt{\frac{g}{l}}

    Jika T = 1/f, maka 

    T = 2π\sqrt{\frac{l}{g}}

    Dalam gerak pendulum, massa bandul tidak berpengaruh pada periode dan frekuensi dari gerak Periode. Namun hgal yang perlu dicatat adalah massa bandul m harus jauh lebih besar dari massa tali sehingga massa tali dapat diabaikan dan bandul bergerak harmonis sederhana.

  • Mengapa Langit Berwarna Biru

    Mengapa Langit Berwarna Biru

    AhmadDahlan.NET – Diantara sekian banyak pertanyaan mengenai sain dan fisika, sepertinya pertanyaan, “mengapa langit berwarna biru?” adalah pertanyan yang paling sering diajukan oleh anak-anak ke orang tua mereka. Nah dari sekian banyak teori dan hukum yang digunakan untuk menjelaskan fenomena warna langit, Hukum yang paling kuat adalah Hamburan Rayleigh.

    Cahaya Tampak

    Sebelum kita lebih jauh mengani Hamburan Cahaya Rayleigh, mari kita bahas terlebih dahulu sifat cahaya. Sejatinya cahaya tampak yang merambat dari matahari ke bumi adalah cahaya berwarna putih yang merupakan gabungan dari seluruh panjang gelombang cahaya tampak.

    Jika kita punya pengurai cahaya seperti prisma, maka kita akan menemukan spektrum cahaya dari merah hingga ungu yang lebih umum dikenal dengan nama warna pelangi. Newton sebagai orang yang pertama mengamati warna ini menyebutnya sebagai spektrum (spectra : Hantu). Karena Newton hidup di abad 17, dimana eropa sedang asik-asiknya dengan 7 tangga nada dasar (do re mi fa sol la si), Newton membagi cahaya tersebut ke 7 warna dasar yang kita kenal dengan akronim Me Ji Ku Hi Bi Ni U.

    1. Merah
    2. Jingga
    3. Kuning
    4. Hijau
    5. Biru
    6. Nila
    7. Ungu

    Pada era fisika Modern dimana alat-alat ukur sudah canggih, Akhirnya ditemukan bahwa Warna yang tampak oleh mata manusia bergantung dari panjang gelombang dari warna tersebut. Adapaun region dari warna ini adalah

    1. Ungu : 380 nm – 450 nm
    2. Biru : 450 nm – 495 nm
    3. Hijau 495 nm – 570 nm
    4. Kuning : 470 nm – 590 nm
    5. Jingga : 590 nm – 620 nm
    6. Merah : 620 nm – 750 nm
    7. Merah Muda : 750 nm – 1000 nm

    Mari kita ambil salah satu warna misalnya Merah, sebuah gelombang elektromagnetik akan tampak berwarna ketika memiliki panjang gelombang antara 620 nm – 750 nm. Tentu saja panjang gelombang 620 nm akan memiliki warna yang berbeda dengan 621 nm, namun kadang Iris manusia tidak mampu membedakan warna tersebut. Deretan warna ini selanjutnya disebut warna Primer.

    Warna Biru di Langit

    Karakteri dari panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi cahaya. Semakin tinggi panjang gelombang maka semakin rendah nilai frekuensinya. Sinar merah 620 nm memiliki frekuensi 400 THz (Terra Herzt) sedangkan warna Ungu 380 nm memiliki frekuensi 789 THz.

    Semakin tinggi nilai frekuensi maka semakin besar energi yang dibawa gelombang elektromagneti tersebut. Dari hal ini dapat disimpulkan bahwa warna biru memiliki energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan warna merah.

    Agar tidak bingun spektrum cahaya tampak yang kita lihat sebagai berikut :

    Bentuk Spektrum cahaya tampak

    Perhatikan warna biru yang berada frekunesi 630 THz itu sampai dengan 675 THz. Warna biru di langit akan terlihat pada panjang gelombang tersebut. Biru adalah cahaya dengan nilai hamburan yang cukup tinggi sedangkan ungu yang lebih tinggi tidak bisa dilihat oleh mata manusia dalam keadaan normal.

    Dibutuhkan alat bantu yang meredam sedikit getaran gelombang ungu agar terlihat. Warna Ungu yang kalian lihat di atas adalah warna yang mendekati warna ungu dengan panjang gelombang tersebut. Dengan kata lain dari cahaya tampak dan tanpa bantuan alat, manusia hanya bisa melihat warna biru sampai nila yang kadang Nila kita defenisikan sebagai biru dan biru kita defenisikan sebagai Cyan.

    Warna Biru di langit berasal dari Panjang Gelombnag Biru mendekati nilai yang paling banyak dihamburkan oleh partikel atsmosfer udara. Hal ini sesuai dengan prinsip Hamburan Rayleigh. Cahaya dengan frekuensi lebih tinggi ada akan dihamburkan lebih banyak dibandingkan dengan cahay lain dalam hal ini panjang gelombang Biru adakan dihamburkan lebih banyak dibandingkan warna lain di langit. Hasilnya langit terlihat berwarna biru.

    Hal yang mendukung langit siang hari berwarna biru adalah ketebalan dan komposisi Atmosfir bumi yang lebih banyak mengandung Nitrogen. omposisi Atmosfir ini membuat hamburan Cahaya Biru jauh lebih kuat dibandingkan dengan panjang gelombang cahaya tampak yang lainnya.

    Lantas mengapa bukan warna ungu yang frekuensinya lebih tinggi dari nila dan biru? Jawabannya adalah karena mata manusia tidak bisa memindai warna ungu “asli” yang panjang gelombangnya sekitar 400 nm atau lebih pendek.

    Sudut Jatuh Cahaya

    Selain aspek frekuensi cahaya, Warna cahaya tampak yang dibiaskan juga bergantung dengan sudut jatuhnya cahaya. Misalnya saja ketika saya melewatkan sebuah cahaya putih pada sebuah prisma, maka akan tampak warna pelangi seperti pada ilustri di bawah ini :

    Pembiasan Cahaya pada Prisma Segitiga

    Pada saat sudut bias lebih kecil, cahaya dengan frekuensi lebih rendah akan dibelokkan mendekati garis normal atau sudut bias yang kecil pula. Hal ini yang terjadi pada saat Sore hari dimana posisi mata kita akan lebih dekat dengan sumbu normal dengan arah datang sinar matahari, sehingga warna yang lebih dominan terlihat adalah warna Jingga kemerah-merahan.

    Namun karena warna jingga sampai merah ini memiliki frekuensi yang rendah, maka intensitas cahaya yang kita dapatkan tidak identik dengan warna biru yang dilihat pada siang hari. Hal ini yang membuat Cahaya matahari senja lebih lembut dibandingkan cahaya siang hari. Sedangkan orang-rang yang ada di belahan lebih barat tetap akan melihat cahaya matahari biru.

    Hal serupa juga terjadi dengan tempat di belahan lain di bumi. Misalnya saja warna biru langit di Khatulistiwa akan sedikit berbeda dengan warna biru di langit bagian utara seperti eropa dan juga bagina lebih selatan dari dari bumi. Perbedaan warna ini disebabkan oleh sudut jatuh cahaya matahari ke suatu tempat.

  • Propagasi Gelombang Elektromagnetik Dalam Ruang Hampa dan Medium Berpartikel

    Propagasi Gelombang Elektromagnetik Dalam Ruang Hampa dan Medium Berpartikel

    AhmadDahlan.NET – Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang bisa berjalan pada ruang hampa di luar angkasa. Berbeda dengan gelombang elektromagnetik, gelombang mekanik membutuhkan material sebagai medium propagasi. Material ini menjadi media transfer energi dari sumber ke lokasi lain. Contoh dari gelombang mekanik adalah gelombang suara dan gelombang elektromagnetik adalah gelombang cahaya.

    Gelombang elektromagnetik dihasilkan dari getaran dari muatan elektrik. Getaran ini menghasilkan dua produk yakni komponen listrik dan magnetik. Gelombang elektronik dapat berpropagasi di runag vakum dengan kecepatan 3.00 x 108 m/s, kecepatan yang secara umum disimbolkan dengan c atau disebut kecepatan cahaya.

    Pada ruang yang memiliki medium, kecepatan gelombang elektromagnetik masih mendekati kecepatan cahaya namun kurang dari 3.00 x 108 m/s. Hal ini dapat dilihat dari animasi di bawah ini :

    Propgaasi gelombang Elektromagentik di ruang hampa dan ruang bermedium

    Energi mekanik berpindah yang berpindah di dalam sebuah medium akan seslalu di serap kemudian di emisikan oleh atom-atom yang ada pada medium tersebut. Ketika gelombang elektromagnetik masuk dalam ruang yang memiliki medium, maka energi akan diserap oleh material yang ada dalam medium.

    Penyerapakan ini menyebabkan elektron pada atom-atom yang ada di dalam medium begetar. Setelah begertar dalam periode yang singkat, getaran elektorn ini selanjutnya menghasilkan gelombang elektromagnetik yang baru dengan frekuensi yang sama dengan gelombang yang datang. Terdapat selang waktu delaiyang singkat antara proses penyerapan dan proses emisi dari gelombang elektromagnetik pada medium. Sehingga Gelombang yang diteruskan adalah gelombang baru yang di re-emisikan oleh atom.

    Delai dalam proses emisi ini juga akan memotong waktu perpindahan dari gelombang elektromagnetik, jika GEM bergerak dengan kecepatan c (3.00 x 108 m/s) maka kecepatan pada medium akan lebih kecil dari c. Besar kecepatan GEM ini bergantung dari kerapatan dan jenis dari medium itu sendiri.

  • Kecepatan Suara

    Kecepatan Suara

    AhmadDahlan.NET – Syarat untuk terdengar sebuah suara adalah adanya sumber suara, medium perantara dan pendengar, oleh karena itu suara akan membutuhkan waktu dari sumber suara sampai akhirnya mencapai sumber suara. Lama waktu yang dibutuhkan suara agar sampai di tujuan bergantung dengan jarak dari orang tersebut sehingga dapat dituliskan :

    s ~ t

    s = c t

    dimana c adalah besar kecepatan suara yang merambat melalui medium.

    Kecepatan suara

    Kecepatan suara adalah istilah yang meruju pada kecepatan gelombang suara yang merambat pada sebuah medium elastis. Tanpa medium elastisitas suara tidak akan mungkin tersampaikan. Standar kecepatan suara disepakati udara karena mayoritas manusia berkomunikasi secara verbal memnafatakan medium udara sehingga kecepatan suara di udara diukur pada (1) ketingian permukaan air laut, (2) tekanan udara STP, dan (3) suhu 20oC didapatkan kecapatan suara 343 m/s atau 1238 km/h.

    Proses perambatan suara yang bersifat mekanik ini membuat kecepatan suara akan merambat tergantung dari medium yang dilalui. Semakin rapat medium yang dilalui maka semakin tinggi kecepatannya, namun semakin cepat suara merambat tidak menjadi jaminan kualitas dari suara yang disampaikan. Misalnya saja suara akan merambat di air dengan kecepatan 1,484 m/s atau sekitar 4,3 kali kecepatan suara di udara, namun hal ini kembali lagi bergantung dari kondisi airnya. Seperti air laut yang densitas lebih tinggi dari air, maka kecepatan suara di laut lebih tinggi dari air biasa. Untuk benda yang lebih padat, suara akan merambat lebih cepat, seperti pada besi, kecepatan suara mencapai 5,120 m/s sedangkan pada berlian, struktur paling kompak di muka bumi, kecepatan suara mencapai 12 km/s.

    Gelombang suara merambat melalui energi yang mengetarkan partikel yang ada disekitarnya. Getaran ini berbentuk gelombang kompresi dengan tipe gelombang geser tang sama seperti pada benda padat. Kecepatan gelombang kompressi bergantung dari kompresibilitas, modulus geser dan kerapatan dari medium.

    Dalam dinamika Fluida, kecepatan suara melalui sebuah medium dapat dibandingkan dengan kecepatan objek yang mengeluarkan suara, jika sumber suara tidak diam. Perbandingan antara kecepatan objek terhadap kecepatan suara dalam fluida disebut disebut bilangan Mach. Objek yang begerak melebihi 1 mach disebut bergerak dengan kecepatan supersonik. Artinya benda tersebut bergerak lebih cepat dari kecepatan suara pada medium yang dijadikan acuan.

    Kecepatan suara yang bergerak pada medium tertentu dapat ditulis 

    c= \sqrt{\frac{K_s}{\rho}}

    dimana 

    c : kelajuan suara di mediun (m/s)
Ks : Modulus Bulk
ρ : massa jenis (kg/m3).

    simbol c diambil dari kata celeritas yang berati kelajuan.

    Soal Latihan

    1. Seserang berteriak didahapan sebuah gunung yang berada jauh di depannya. Jika ia mendengar gema pertama dari suaranya setelah 5 detik, berapakah jarak dari gunung tersebut?
    2. Sebuah kereta api melaju di atas lintasan lurus dengan kecepatan konstan 20 m/s. Jika ia membunyikan terompet di depan sebuah gunung dan mendengar suara gema pertama dari terompetnya 5 detik kemudian. Berapakah jarak gunung tersebut dari kereta saat mendengar gema?
  • Gelombang Bunyi dan Karakterestik Suara

    Gelombang Bunyi dan Karakterestik Suara

    AhmadDahlan.NET – Seperti halnya Cahaya, Bunyi (suara) adalah besaran fisika yang dapat ditangkap oleh indra manusia. Alat Penangkapnya adalah telinga. Pada telinga, terdapat sebuah organ yang disebut gendang telinga. Organ ini sejenis selaput dari kulit tipis yang dapat bergetar karena getaran yang merambat melalui udara. Sinyal getaran ini kemudian ditangkap oleh sel saraf di telinga dan dikirim ke otak kemudian diterjemahkan oleh otak sebagai suara atau bunyi.

    Bunyi berasal dari setiap getaran benda ataupun partikel hanya saja terkadang kekuatan dari getaran tersebut tidaklah cukup besar untuk sampai menggentarkan udara yang ada di sekitarnya ehingga getaran tersebut tidak dapat dipancarkan. Jika kekuatan getaran tersebut cukup besar, maka getaran tersebut akan cukup kuat untuk menggetarkan udara yang ada disekitarnya sampai jarak yang cukup jauh. Ketika telinga manusia berada pada jangkauan getaran udara yang dihasilkan oleh getaran sumber, telinga manusia juga akan ikut bergetar dan sebagiaman yang dijelaskan sebelumnya kita akan mengenalnya sebagai suara.

    Dari hal ini dapat disimpulkan suara dapat dihasilkan oleh semua benda yang bergetar hanya saja untuk mendengarkan suara maka dibutuhkan tigas syarat :

    1. Getaran yang cukup kuat (sumber bunyi)
    2. Medium
    3. Pendengar

    A. Karaktetistik Suara

    Bunyi menghasilkan kesan yang berbeda dan bergatung pada sumber bunyi tersebut. Sekalipun tidak melihat sumbernya, otak manusia bisa dengan mudah mengenali sumber suara yang ada. Misalnya saja pada saat kita mendengarkan petikan gitar dari tetangga sebelah, yang meskipun tanpa melihatnya, kita bisa memastikan jika sumber suara tersebut berada dari dawai gitar yang sedang dipetik.

    Hal tersebut karena manusia sudah terlebih dahulu pernah mendengar dna melihat suara gitar sebelumnya akhirnya mengenali suara tersebut tanpa harus melihat gitarnya. Lebih jauh dari hal tersebut beberapa manusia khususnya musisi bahkan bisa mengenali jenis-jenis nada hanya dengan mendengarnya tanpa harus melakukan pengukuran lebih detail mengenai besaran-besaran yang terkait.

    Semua aspek ini disebut yang membuat manusia bisa membedakan sumber bunyi tersebut disebut sebagai karakteristik suara. Fisikawan selanjutnya melakukan pengukuran untuk besaran-besaran yang terkait dengan suara yang bertujuan memberikan spesifikasi jelas atas semua karakteristik tersebut.

    A. Amplitudo Suara

    Sebagaimana yang telah dijelaskan pada materi gelombang, Amplitudo adalah simpangan maksimun dari sebuah gerak yang berosilasi. Simpangan maksimun ini adalah indikator besarnya energi yang dimiliki dari sebuah getaran sehingga Amplitudo dalam gelombang suara juga menjadi indikator energi yang dimiliki oleh suara.

    Kuantitas kekuatan sumber suara dalam gelombang suara disebut sebagai kenyaringan (Loudness) sedangkan untuk pendengar atau besar suara berdasarkan titik tertentu disebut intensitas. Besarnya intensitas dan Loudness ini sebanding dengan Amplitudo dari suara yang dihasilkan.

    Mari kita misalkan ketika memukul senar dari sebuah drum dengan gaya yang kecil. Gaya yang diberikan ini akan menyebabkan permukaan senar tertekan dengan kedalamam x dan akan menghasilkan suara. Jika pukulan dibuat lebih lembut kedalaman permukaan senar yang dihasilkan akan lebih kecil dari x maka suara yang dihasilkan akan lebih kecil dari pukulan pertama. Untuk membuat suara terdengar lebih nyaring maka senar gitar harus dipukul lebih keras lagi.

    a. Intensitas Bunyi

    Selain berpengaruh pada besar suara atau loudness yang dihasilkan, Amplitudo secara tidak langsung berpengaruh terhadap intensitas bunyi. Mari kita buat lebih mudah dengan menganalogikan suara ketika kita berbicara dengan orang yang di samping kita. Tentu saja kita butuh kekuatan bicara seperti biasa untuk jarak teman bicara tidaklah jauh, namun ketika lawan bicara kita ada sebelah gunung atau lokasinya jauh dari kita, maka upaya yang dilakukan agar suara sampai ke telinga pendengar dengan cara berteriak.

    Suara yang dirambatkan dari mulut sebenarnya tetap sampai ke telinga orang yang berada jauh dari kita hanya saja intensitasnya kurang besar sehingga tidak begitu kuat untuk menggetarkan gendang telinga. Sebagai hasilnya suara tersebut tidak akan terdengar, kalaupun terdengar akan samar-samar saja.

    Kenyaringan atau biasa disebut dengan loudness merupakan kesadaran telinga manusia terhadap kuantitas yang terukur secara fisik, yaitu intensitas gelombang. Oleh karena itu, kenyaringan adalah suatu skala suara yang bisa didengar. Sementara itu, intensitas dapat diartikan sebagai suatu energi yang dipindahkan oleh sebuah gelombang dalam setiap satuan waktu pada satuan luas yang tegak lurus terhadap dengan aliran energi. Seperti yang kita ketahui juga bahwa energi yang dihasilkan per satuan waktu merupakan pengertian dari daya. Maka dari itu, intensitas juga dapat diartikan sebagai daya per satuan luas, seperti yang dapat dirumuskan secara matematis berikut ini

    I = P / A

    dimana :

    I  = Intensitas bunyi (W/m2)
P = Energi per setiap satuan waktu atau daya (W)
A = Luas (m2)

    Pada kondisi isotropik yakni sumber bunyi tersebut menyiarkan bunyi pada segala arah dan besarnya sama. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa ketika bunyi tersebar kesegala arah maka setiap titik yang sama jaraknya dari pusat bunyi akan didengarkan intensitas yang sama. Persamaan intensitas bunyi tersebut adalah sebagai berikut :

    I = P / (4πR2)

    Rata-rata telinga manusia mampu mendeteksi bunyi dengan intensitas paling rendah sekitar 10-12 W/m2, sedangkan paling tinggi adalah 1 W/m2. Meskipun demikian, telinga manusia masih bisa mendeteksi bunyi yang memiliki intensitas lebih dari 1 W/m2 dengan resiko ketika mendengar bunyi tersebut maka akan terasa menyakitkan di telinga. Hal tersebut sangat erat kaitannya dengan sebuah rentang intensitas yang begitu lebar lantaran meliputi faktor pangkat (1012) mulai dari intensitas rendah sampai dengan intensitas tertinggi.

    Lantaran rentang yang sangat lebar tersebut, maka secara nyata diketahui bahwa yang disebut dengan kenyaringan yang dirasakan oleh manusia justru sebenarnya tidak berbanding lurus dengan intensitas. Diketahui bahwa untuk memperoleh bunyi dengan kedengaran sampai dua kali lebih keras dari biasanya maka dibutuhkan sebuah gelombang bunyi yang mempunyai intensitas sebesar 10 kalinya.

    Hal tersebut juga berlaku pada tingkatan bunyi dengan frekuensi yang berada tepat pada tengah kisaran terdengar. Misalnya, gelombang bunyi yang memiliki intensitas sebesar 10-2 W/m2 apabila didengar oleh manusia maka bunyi yang akan terdengar justru lebih keras dibandingkan dengan yang mempunyai intensitas 10-3 W/m2.

    b. Tingkat Bunyi

    Tingkat bunyi adalah hubungan dari sensasi bunyi subjektif untuk kenyaringan dan kuantitas intesitas suara yang berbanding logaritmit. satuannya dinyatakan dalam Bel merujuk pada penemunya yakni Alexander Graham Bell dan umumnya dinyatakan dalam satuan desiBell atau dB dimanan 1 Bel = 10 dB. Tingkat Bunyi (sound level) adalah

    β = 10 Log (I/Io)

    β : sound level (dB)
I : Intensitas Bunyi (W/m2)
Io : Intensitas pendengaran minimum manusia yakni 10-10 W/m2

    Konstanta I0 merupakan intensitas acuan yang telah dipilih dan juga logaritmanya berada pada angka 10. Selain itu, I0 adalah acuan yang diambil sebagai ambang pendengaran minimum yang dapat didengar oleh telinga ( I0 = 1,0 X 10-12 W/m2 ). Oleh karena itu, apabila tingkat bunyi yang berasal dari bunyi yang mempunyai intensitas sebesar I = 1,0 X 10-10 W/m2 maka

    β = 10 Log (1,0 X 10-10 W/m2/1,0 X 10-12 W/m2) = 10 log 100 = 20 dB

    Hasil dari log 100 adalah 2 (sesuai dengan logaritma). Sementara itu, tingkatan bunyi ambang batas yang dapat didengar oleh telinga adalah 0 dB. Sehingga β = 10 log 10-12 / 10-12 = 10 log 1 = 0. Di samping itu, yang harus diperhatikan juga adalah apabila terjadi kenaikan intensitas bunyi pada faktor 10 maka secara tidak lansung pasti akan menaikkan tingkat bunyi sebesar 20 dB.

    B. Frekuensi Bunyi

    Secara kuantitas fisis, Frekuensi bunyi tidak memiliki perbedaan dengan defenisi frekensu pada getaran dan gelombang yakni jumlah getaran atau sinyal yang dihasilkan dalam satu sekon. Pada sumber suara yang melakukan getaran sebanyak 300 kali maka suara yang akan dihasilan adalah 300 Hz, hanya saja pada otak manusia, frekuensi ini membawa kesan yang berbeda selain dari jumlah getaran fisisi.

    Aksen tersebut adalah titanada (pitch). Titanada dengan nilai frekuensi tinggi akan memberikan kesan suara yang tinggi sedangkan untuk frekuensi rendah maka akan menghasilkan suara yang rendah. Titanada ini pertama kali dicatat oleh Galilei Galileo.

    Telinga manusia pada umumnya mampu mendengar suara dengan frekuensi dalam rentang 20 Hz sampai dengan 20 kHz. Rentang ini disebut sebagai Audiosonik. Coba dengarkan Suara yang dihasilkan oleh Video di bawah ini dengan Headset yang baik yakni mampu menghasilkan suara rendah (bass) dan suara tinggi (treble) berikut.

    Peringatan : Set Volume suara device anda pada volume sedang.

    Link Youtube : https://www.youtube.com/watch?v=qNf9nzvnd1k&feature=youtu.be

    Catat-catatlah dengan baik frekuensi paling rendah dan paling tinggi dari yang bisa didengar telinga anda. Bisa jadi telinga anda dan teman anda akan mendengarkan suara pada frekuensi berbeda karena hal tersebut bergantung dan bentuk fisiologis dari telinga, namun terkadang juga ada kendala perangkat yang digunakan untuk menghasilkan bunyi.

    Untuk gelombang bunyi yang frekuensinya lebih tinggi dari 20 kHz disebut Ultrasonik. Frekuensi suara yang tidak terdengar oleh manusia ini banyak dimanfaatkan untuk pengkuran fisis seperti mengukur jarak dari suatu benda karea suaranya tidak terdengar maka proses pengukurannya tidak mengganggu manusia. Hanya saja beberapa hewan memiliki kemampuan mendengar suara dengan frekuensi ultrasonik seperti Kelelawar.

    Catatan : Jangan rancaukan antara ultrasonik dan supersonik. Super sonik digunakan untuk menjelaskan benda-benda yang bergerak dengan kecepatan lebih cepat dari suara seperti Jet Tempur.

    C. Timbre

    Timbre adalah karakteristik suara yang membedakan asal bunyi dari suara tersebut yang dikesan oleh otak manusia. Timbre juga kadang disebut sebagai Warna dari suara namun defenisi lebih merujuk pada penggunaan sosial dan seni karena pada sains, jika suara dianalogikan dengan cahaya, maka warna pada cahaya yang bergantung dari frekuensinya harusnya analog dengan titanada pada suara yang sama-sama bergantung frekuensi.

    Secara umum Timbre berperan dalam mebantu manusia mengenai jenis dari sumber suara seperti dari gitar, piano, drum dan sejenisnya, sekalipun keduanya dibunyikan dengan Amplitudo dan Frekuensi yang sama. Sebut saja pada saat ingin memainkan sebuah band, maka beberapa alat musik di dalam band tersebut akan disamakan seperti frekuensi senar pada piano dan gitar, namun ketika dibunyikan bersamaan otak akan dengan mudah mengenali perbedaan antara piano dan gitar sekalipun amplitudo dan frekuensinya sama.

    Dalam dunia tarik suara, Timbre inilah yang membuat kita akan dengan mudah membedakan suara ketika Adelle menanyikan lagu “Someone like You” dibandingkan dengan suara dari kontestan Indonesian Idol yang menyanyikan lagu yang sama pada set nada dasar yang sama. Timbre ini pulalah yang bertanggung jawab mengapa orang lain menyukai suara dari Frank Sinatra sedangkan yang lainnya menyukai Elvis Presley.

    Soal Latihan

    1. Sebuah pengeras suara memiliki keampaun untuk mengasilkan suara mulai dari 30 Hz sampai 18.000 Hz pada tingkat bunyi ± 3 dB. Tentukan faktor perubahan intesitas bunyi pada tingkat keluaran untuk perubahan 3 dB?
    2. Seorang pemain biola mengahasilkan suara sebesar 75 dB. Jika mereka bermain quarted, berapakah tingkat bunyi yang dihasilkan?
  • Periode dan Persamaan Umum Gelombang Sinosoidal pada GHS – Kasus Pegas

    Periode dan Persamaan Umum Gelombang Sinosoidal pada GHS – Kasus Pegas

    AhmadDahlan.NET – Untuk menganalisis periode dan karakteristi Sinosoidal pada pegas, mari kita misalkan sebuah pegas dengan konstanta k digantungkan beban sebesar m seperti pada gambar dibawah ini !

    Pegas dengan beban M yang digantung lalu diayunkan

    Ketika pegas diberi ganguan yang kecil maka akan berosilisasi dengan gaya-gaya yang bekerja pada pegas adalah :

    1. Gaya Berat, w = mg
    2. Gaya Pemulih dari pegas yakni Fk = – k (y + Δy)
    3. Gaya peredam FD = -Dvy
    4. Gaya eksternal dari ganguan yang diberikan Fe.

    Karena benda bergerak dengan kecepatan yang tidak tetap maka berlaku hukum II Newton tentang gerak sehingga :

    Σ F = ma

    gaya-gaya yang berlaku kemudian dmasukkan ke dalam ΣF, sehingga persamaan ini bisa ditulis :

    W + Fk + FD + Fe = may

    mg – k (y + Δy) – Dvy – Fe = may

    mg – ky – kΔy – Dvy – Fe = may

    Perhatikan unsur mg = kx dan vy = dy/dt, dan ay = d2y/dt2 maka persamaan ini bisa ditulis :

    Bentukm Umum PDB orde II pegas

    unsur Δy tidak lain adalah simpangan (y), persamaan kemudian dapat ditulis dengan bentuk :

    Bentuk Umum PDB orde II untuk Pegas

    Pada gerak harmonik sederhana, D dy/dt dapat dihilangkan karena pegas tidak mengalami regangan karena dianggap akan terus berayun sedangkan gaya Fe dapat dihilangkan karena sistem sudah dalam keadaan setimbang, sehingga persamaan ini dapat ditulis :

    Solusi persaman pada pegas dengan gerak isolasi

    Pada saat posisi pegas berada pada kecepatan maksimum maka kecepatan sesaat nya adalah ω2 = k/m

    Persamaan d2dt2y + w2y

    Dalam persamaan diferensial Biasa orde II (PDB Orde II), bentuk ini bisa ditulis

    r2 + ω2 = 0

    r2 + ω2 = 0 memiliki akar-akar persamaan r1,2=±iω0 sehingga bentuk solusi adalah :

    y(t) = c1 cos ω0t + c2 sin ω0t

    kedua ruas kemudian dikalikan dengan √(c12+c22) / √(c12+c22) sehingga :

    Persamaan trigonometri untuk solusi akar dari iwt

    jika kita misalkan R2 = c12+c22 maka :

    Solusi akar akar kudarat pada

    masukkan solusi ke persamaan y(t) maka solusinya adalah :

    y(t) = R (sin θ cos θ ω0t + cos θ sin θ ω0t)

    berdasarkan idnetitas trigonometri persamaan dapat ditulis lebih sederhana yakni

    y(t) = R cos (ω0t ± θ)

    R tidak lain adalah Amplitudo arau R maksimum sehingga persamaan umum gelombang berlajan yang berubah terhadap waktu adalah :

    y(t) = A cos (ω0t ± θ)

    dimana :

    A : Amplitudo (m)
y(t) : Simpangan (m)
ω : Kecepatan sudut (rad/s)
t : waktu (s)
θ : beda fase

    Persamaan y(t) = A cos (ω0t ± θ) ini juga dikenal sebagai persamaan umum gelombang berjalan untuk herak harmonik sederhana.

    Periode dan Frekuensi Gelombang

    Perhatikan hubungan kecepatan sudut ω = 2πf, dan ω2 = k/m sehingga dapat disimpulkan jika

    frekuensi pada gelombang dan PEriode

    Dimana :

    T : Periode gelombang berjalan (sekon)
f : frekuensi gelombang (hz)

    perhatikan persamaan periode getaran dari yang menunjukkan hubungan antara T ~ √m. Hal ini menunjukkan jika kelambaman (inersia) dari massa juga berpengaruh terhadap periode ayunan dimana semakin besar inersia maka semakin lama pula periode getarannya.

    Baca Juga : Gerak Melingkar

    Tugas dan Latihan

    Karena y(t) adalah fungsi simpanga terhadap waktu maka turunan pertama y(t) terhadap waktu adalah kecepatan dan turunan kedua adanya percepatan, maka tentutakanlah :

    • Persamaan kecepatan
    • Persamaan percepatan.