Gelombang
Gelombang
Fisika SMA — Terjadinya Gelombang, Besaran-besaran, Jenis-jenis, Energi, Sifat Gelombang, dan Soal Literasi
Daftar Isi
A. Terjadinya Gelombang
Bayangkan situasi ini:
"Saat kamu melemparkan sebuah batu kecil ke dalam kolam air yang tenang, kamu akan melihat lingkaran-lingkaran riak air yang bergerak melebar ke pinggir kolam. Fenomena sederhana ini merupakan contoh nyata dari perambatan gelombang mekanik transversal yang sangat mudah diamati dalam kehidupan sehari-hari. Batu yang jatuh bertindak sebagai sumber gangguan yang mentransfer energi kinetik ke partikel air, sehingga partikel tersebut bergerak naik-turun secara tegak lurus terhadap arah rambat gelombang tanpa ikut berpindah tempat menuju ke tepi kolam."
"Saat kamu melemparkan sebuah batu kecil ke dalam kolam air yang tenang, kamu akan melihat lingkaran-lingkaran riak air yang bergerak melebar ke pinggir kolam. Fenomena sederhana ini merupakan contoh nyata dari perambatan gelombang mekanik transversal yang sangat mudah diamati dalam kehidupan sehari-hari. Batu yang jatuh bertindak sebagai sumber gangguan yang mentransfer energi kinetik ke partikel air, sehingga partikel tersebut bergerak naik-turun secara tegak lurus terhadap arah rambat gelombang tanpa ikut berpindah tempat menuju ke tepi kolam."
Pertanyaan Apersepsi tentang Gelombang
- Apa yang terjadi pada permukaan air kolam yang tenang tepat setelah batu menyentuh air?
- Jika ada daun kering yang terapung di atas air tersebut, apakah daun akan ikut berjalan ke pinggir kolam bersama lingkaran air, atau hanya bergerak naik- turun di tempatnya?
- Berdasarkan fenomena tersebut, apa sebenarnya yang dipindahkan oleh gelombang air dari tengah menuju ke pinggir kolam?
📖 LIHAT JAWABAN
✖ Tutup Jawaban
- Seketika setelah batu menyentuh air, permukaan air yang tenang akan mengalami gangguan atau usikan. Gangguan ini menyebabkan air bergerak naik-turun dan membentuk lingkaran-lingkaran riak gelombang yang merambat melebar ke arah pinggir kolam.
- Daun kering tersebut hanya akan bergerak naik dan turun di tempatnya semula. Daun tidak akan ikut berjalan ke pinggir kolam karena partikel air (medium) hanya bergetar di tempat dan tidak ikut berpindah bersama gelombang.
- Hal yang dipindahkan oleh gelombang air dari tengah menuju ke pinggir kolam adalah energi. Gelombang merambat untuk menyalurkan energi dari satu titik ke titik lain tanpa memindahkan materi atau partikel mediumnya.
Definisi Gelombang:
Gelombang adalah getaran yang merambat melalui suatu medium atau ruang, membawa energi tanpa disertai perpindahan materi secara permanen.
Gelombang adalah getaran yang merambat melalui suatu medium atau ruang, membawa energi tanpa disertai perpindahan materi secara permanen.
Prinsip Dasar:
- Gelombang membawa energi, bukan materi
- Partikel medium bergetar di tempatnya, tidak ikut merambat
- Gelombang memerlukan sumber getaran untuk terjadi
Contoh Gelombang dalam Kehidupan Sehari-hari
Gelombang Air
Batu jatuh di kolam menimbulkan riak air
Gelombang Suara
Suara manusia atau alat musik merambat melalui udara
Gelombang Cahaya
Cahaya matahari merambat melalui ruang hampa
Gelombang Radio
Sinyal radio dan televisi merambat di udara
Gelombang Gempa
Gempa bumi merambat melalui lapisan bumi
Gelombang Ultrasonik
USG menggunakan gelombang untuk melihat dalam tubuh
B. Besaran-besaran Gelombang
Panjang Gelombang (\(\lambda\))
Jarak antara dua titik yang sefase (misal: puncak ke puncak)
\(\lambda = \frac{v}{f}\)
Satuan: meter (m)
\(\lambda = \frac{v}{f}\)
Satuan: meter (m)
Periode (\(T\))
Waktu yang dibutuhkan untuk satu gelombang penuh
\(T = \frac{1}{f}\)
Satuan: sekon (s)
\(T = \frac{1}{f}\)
Satuan: sekon (s)
Frekuensi (\(f\))
Jumlah gelombang yang terjadi dalam satu detik
\(f = \frac{1}{T}\)
Satuan: Hertz (Hz)
\(f = \frac{1}{T}\)
Satuan: Hertz (Hz)
Cepat Rambat (\(v\))
Jarak yang ditempuh gelombang per satuan waktu
\(v = \lambda \times f = \frac{\lambda}{T}\)
Satuan: m/s
\(v = \lambda \times f = \frac{\lambda}{T}\)
Satuan: m/s
Hubungan Besaran Gelombang:
\[ v = \lambda \times f = \frac{\lambda}{T} \]
\[ v = \lambda \times f = \frac{\lambda}{T} \]
- Semakin besar \(f\), semakin kecil \(T\) (berbanding terbalik)
- Semakin besar \(f\), semakin kecil \(\lambda\) (jika \(v\) tetap)
Fase Gelombang
Fase Gelombang (\(\varphi\)):
Fase gelombang menunjukkan keadaan suatu titik pada gelombang pada saat tertentu.
Dua titik dikatakan sefase jika jaraknya = \(n\lambda\).
Dua titik dikatakan berlawanan fase jika jaraknya = \((n + \frac{1}{2})\lambda\).
Fase gelombang menunjukkan keadaan suatu titik pada gelombang pada saat tertentu.
Dua titik dikatakan sefase jika jaraknya = \(n\lambda\).
Dua titik dikatakan berlawanan fase jika jaraknya = \((n + \frac{1}{2})\lambda\).
C. Jenis-jenis Gelombang
1. Berdasarkan Arah Rambat
Gelombang Transversal
Arah rambat tegak lurus dengan arah getar
Contoh: Gelombang tali, gelombang cahaya, gelombang air
Contoh: Gelombang tali, gelombang cahaya, gelombang air
Gelombang Longitudinal
Arah rambat sejajar dengan arah getar
Contoh: Gelombang suara, gelombang pada pegas, gelombang seismik P
Contoh: Gelombang suara, gelombang pada pegas, gelombang seismik P
Penjelasan
Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatannya, misalnya gelombang pada tali dan gelombang cahaya
Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarannya berimpit dengan arah rambatannya, misalnya gelombang bunyi.
2. Berdasarkan Amplitudo
Gelombang Berjalan
Amplitudo tetap di setiap titik
Contoh: Gelombang merambat pada tali yang panjang
Contoh: Gelombang merambat pada tali yang panjang
Gelombang Stasioner
Amplitudo berubah di setiap titik (ada simpul dan perut)
Contoh: Gelombang pada tali yang diikat di ujung
Contoh: Gelombang pada tali yang diikat di ujung
3. Berdasarkan Medium
Gelombang Mekanik
Memerlukan medium untuk merambat
Contoh: Gelombang bunyi, gelombang air, gelombang tali
Contoh: Gelombang bunyi, gelombang air, gelombang tali
Gelombang Elektromagnetik
Tidak memerlukan medium untuk merambat
Contoh: Cahaya, gelombang radio, sinar-X
Contoh: Cahaya, gelombang radio, sinar-X
Penjelasan
Gel. Berjalan ..
Penerapan Jenis Gelombang dalam Kehidupan Sehari-hari
Bunyi (Longitudinal)
Suara merambat melalui udara, air, atau benda padat
Sinyal Satelit
Gelombang elektromagnetik mengirimkan data
Senar Gitar
Gelombang transversal pada senar menghasilkan bunyi
Telepon Seluler
Gelombang elektromagnetik untuk komunikasi
Gempa Bumi
Gelombang seismik merambat melalui bumi
USG / Sinar-X
Gelombang untuk diagnosis medis
D. Energi Gelombang
Energi Gelombang:
Energi gelombang berbanding lurus dengan kuadrat amplitudo dan kuadrat frekuensi.
Energi gelombang berbanding lurus dengan kuadrat amplitudo dan kuadrat frekuensi.
\[
E \propto A^2
\]
\[
E \propto f^2
\]
- Semakin besar amplitudo, semakin besar energi yang dibawa
- Semakin besar frekuensi, semakin besar energi yang dibawa
- Energi gelombang berbanding lurus dengan kuadrat amplitudo dan frekuensi
Contoh:
- Gempa berkekuatan besar (amplitudo besar) → energi besar → kerusakan besar
- Suara keras (amplitudo besar) → energi besar → pendengaran terganggu
- Cahaya terang (amplitudo besar) → energi besar → lebih terang
E. Sifat-sifat Gelombang
Pemantulan (Refleksi)
Gelombang dipantulkan saat mengenai penghalang
Penerapan: Gema, sonar, cermin
Penerapan: Gema, sonar, cermin
Penjelasan
Pemantulan ..
Pembiasan (Refraksi)
Gelombang membelok saat melewati medium berbeda
Penerapan: Pensil dalam air terlihat bengkok, lensa
Penerapan: Pensil dalam air terlihat bengkok, lensa
Penjelasan
Pembiasan ..
Interferensi
Perpaduan dua gelombang atau lebih
Penerapan: Terang-gelap pada lapisan tipis, efek pada suara
Penerapan: Terang-gelap pada lapisan tipis, efek pada suara
Penjelasan
Interfrensi ..
Difraksi
Gelombang melentur saat melewati celah sempit
Penerapan: Bunyi terdengar di balik pintu, pelangi
Penerapan: Bunyi terdengar di balik pintu, pelangi
Penjelasan
difraksi ..
Penerapan Sifat Gelombang dalam Kehidupan Sehari-hari
Sonar
Menggunakan pemantulan gelombang untuk mendeteksi benda di laut
Kacamata / Lensa
Pembiasan cahaya untuk koreksi penglihatan
Efek Suara
Interferensi menghasilkan suara yang harmonis
Pelangi
Difraksi dan pembiasan cahaya oleh tetesan air
Suara di Balik Pintu
Difraksi bunyi melalui celah
Antena TV
Pemantulan dan interferensi sinyal
F. Latihan Soal Interaktif
Kerjakan soal-soal berikut dengan mengisi kotak jawaban,
lalu klik Cek Jawaban untuk mengetahui kebenarannya!
Panduan Menambahkan Soal Baru & Gambar:
1. Menambahkan Gambar:
Ganti URL gambar pada tag
Ganti URL gambar pada tag
<img src="URL_GAMBAR_ANDA" alt="Deskripsi Gambar">
2. Menambahkan Soal Baru:
Copy blok
Copy blok
<div class="soal-interaktif" id="soalX">, ganti X dengan nomor soal,
dan tambahkan fungsi JavaScript sesuai pola di bagian bawah.
Skor Anda
0 / 15
1
Gelombang Berdasarkan Arah Getar
Perhatikan gambar di atas!
Gelombang dibedakan menjadi gelombang transversal dan longitudinal berdasarkan arah getar medium terhadap arah rambat gelombang. Jika arah getar tegak lurus terhadap arah rambat, maka disebut gelombang transversal. Contohnya gelombang pada tali dan gelombang permukaan air. Jika arah getar sejajar dengan arah rambat, maka disebut gelombang longitudinal. Contohnya gelombang bunyi.
Gelombang dibedakan menjadi gelombang transversal dan longitudinal berdasarkan arah getar medium terhadap arah rambat gelombang. Jika arah getar tegak lurus terhadap arah rambat, maka disebut gelombang transversal. Contohnya gelombang pada tali dan gelombang permukaan air. Jika arah getar sejajar dengan arah rambat, maka disebut gelombang longitudinal. Contohnya gelombang bunyi.
✅ Jawaban: transversal
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah rambat.
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah rambat.
2
Gelombang Berdasarkan Amplitudo
Perhatikan gambar amplitudo gelombang!
Amplitudo adalah simpangan maksimum dari titik setimbang. Gelombang dengan amplitudo besar memiliki energi yang lebih besar. Dalam kehidupan sehari-hari, gelombang air laut dengan amplitudo besar (ombak besar) memiliki energi yang besar dan dapat merusak pantai.
Amplitudo adalah simpangan maksimum dari titik setimbang. Gelombang dengan amplitudo besar memiliki energi yang lebih besar. Dalam kehidupan sehari-hari, gelombang air laut dengan amplitudo besar (ombak besar) memiliki energi yang besar dan dapat merusak pantai.
✅ Jawaban: besar
Energi gelombang sebanding dengan kuadrat amplitudo (E ∝ A²), sehingga semakin besar amplitudo, semakin besar energi yang dibawa.
Energi gelombang sebanding dengan kuadrat amplitudo (E ∝ A²), sehingga semakin besar amplitudo, semakin besar energi yang dibawa.
3
Gelombang Berdasarkan Medium
Perhatikan gambar gelombang elektromagnetik!
Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dibagi menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik memerlukan medium untuk merambat (contoh: gelombang bunyi, gelombang air). Gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium (contoh: cahaya, gelombang radio).
Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dibagi menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik memerlukan medium untuk merambat (contoh: gelombang bunyi, gelombang air). Gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium (contoh: cahaya, gelombang radio).
✅ Jawaban: elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa (vakum) karena tidak memerlukan medium.
Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa (vakum) karena tidak memerlukan medium.
4
Menghitung Frekuensi, Periode, Panjang Gelombang, dan Cepat Rambat
Sebuah gelombang menjalar pada air. Dalam waktu 25 sekon, gelombang dapat menempuh jarak 10 m. Pada jarak tersebut terdapat 4 gelombang.
Tentukan frekuensi, periode, panjang gelombang, dan cepat rambat gelombang!
✅ Jawaban:
f = 0,16 Hz
T = 6,25 s
λ = 2,5 m
v = 0,4 m/s
Penyelesaian:
n = 4 gelombang, t = 25 s, s = 10 m
f = n/t = 4/25 = 0,16 Hz
T = t/n = 25/4 = 6,25 s
λ = s/n = 10/4 = 2,5 m
v = λ × f = 2,5 × 0,16 = 0,4 m/s
f = 0,16 Hz
T = 6,25 s
λ = 2,5 m
v = 0,4 m/s
Penyelesaian:
n = 4 gelombang, t = 25 s, s = 10 m
f = n/t = 4/25 = 0,16 Hz
T = t/n = 25/4 = 6,25 s
λ = s/n = 10/4 = 2,5 m
v = λ × f = 2,5 × 0,16 = 0,4 m/s
5
Menghitung Waktu Tempuh Gelombang
Gelombang air laut menyebabkan permukaan air naik turun dengan periode 2 detik. Jika jarak antara dua puncak gelombang 5 meter,
maka gelombang akan mencapai jarak 10 meter dalam waktu t. Berapakah t?
✅ Jawaban: 4 sekon
Penyelesaian:
T = 2 s, λ = 5 m, s = 10 m
v = λ/T = 5/2 = 2,5 m/s
t = s/v = 10/2,5 = 4 s
Penyelesaian:
T = 2 s, λ = 5 m, s = 10 m
v = λ/T = 5/2 = 2,5 m/s
t = s/v = 10/2,5 = 4 s
6
Cepat Rambat Gelombang pada Danau
Pada permukaan suatu danau terdapat dua buah gabus yang terpisah satu dari lainnya sejauh 60 cm. Keduanya turun naik bersama permukaan air
dengan frekuensi 2 getaran per detik. Bila salah satu gabus berada di puncak bukit gelombang, yang lainnya berada di lembah gelombang;
sedangkan di antara kedua gabus itu terdapat satu bukit gelombang. Tentukan cepat rambat gelombang pada permukaan danau!
✅ Jawaban: 0,8 m/s
Penyelesaian:
f = 2 Hz, jarak = 60 cm = 0,6 m
Dari puncak ke lembah dengan satu bukit di antara = 1,5 λ
1,5λ = 0,6 → λ = 0,4 m
v = λ × f = 0,4 × 2 = 0,8 m/s
Penyelesaian:
f = 2 Hz, jarak = 60 cm = 0,6 m
Dari puncak ke lembah dengan satu bukit di antara = 1,5 λ
1,5λ = 0,6 → λ = 0,4 m
v = λ × f = 0,4 × 2 = 0,8 m/s
7
Cepat Rambat Gelombang Transversal
Sebuah gelombang transversal mempunyai periode 4 detik. Jika jarak antara dua buah titik berurutan yang membentuk satu gelombang sebesar 8 cm,
maka berapakah cepat rambat gelombang?
✅ Jawaban: 2 cm/s
Penyelesaian:
T = 4 s, λ = 8 cm
v = λ/T = 8/4 = 2 cm/s
Penyelesaian:
T = 4 s, λ = 8 cm
v = λ/T = 8/4 = 2 cm/s
8
Gelombang pada Tali
Ilustrasi gelombang transversal pada tali (amplitudo maksimum saat t=0)
Gelombang merambat pada tali seperti gambar ilustrasi di atas (amplitudo maksimum saat t=0, gelombang memotong sumbu waktu pada 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 sekon, titik P ada di titik 0 dan titik Q ada di t = 0,6 sekon).
Tentukan:
a. panjang gelombang (λ)
b. periode (T)
c. cepat rambat gelombang (v)
a. panjang gelombang (λ)
b. periode (T)
c. cepat rambat gelombang (v)
✅ Jawaban:
a. λ = 0,4 m
b. T = 1,2 s
c. v = 0,33 m/s
Penyelesaian:
P ke Q = 0,6 s = 1,5 gelombang
T = 0,6/1,5 = 0,4 s
λ = 2 × (0,2) = 0,4 m (dari gambar)
v = λ/T = 0,4/1,2 = 0,33 m/s
a. λ = 0,4 m
b. T = 1,2 s
c. v = 0,33 m/s
Penyelesaian:
P ke Q = 0,6 s = 1,5 gelombang
T = 0,6/1,5 = 0,4 s
λ = 2 × (0,2) = 0,4 m (dari gambar)
v = λ/T = 0,4/1,2 = 0,33 m/s
9
Energi Gelombang dan Amplitudo
Energi gelombang sebanding dengan kuadrat amplitudo (E ∝ A²). Jika amplitudo gelombang diperbesar 2 kali lipat, maka energinya menjadi berapa kali lipat?
✅ Jawaban: 4 kali lipat
E ∝ A², jika A2 = 2A1, maka E2 = (2)² × E1 = 4E1
E ∝ A², jika A2 = 2A1, maka E2 = (2)² × E1 = 4E1
10
Energi Gelombang dan Frekuensi
Energi gelombang sebanding dengan kuadrat frekuensi (E ∝ f²). Jika frekuensi gelombang diperbesar 3 kali lipat, maka energinya menjadi berapa kali lipat?
✅ Jawaban: 9 kali lipat
E ∝ f², jika f2 = 3f1, maka E2 = (3)² × E1 = 9E1
E ∝ f², jika f2 = 3f1, maka E2 = (3)² × E1 = 9E1
11
Pemantulan Gelombang Air
Perhatikan animasi pemantulan gelombang!
Ketika gelombang air mengenai dinding atau penghalang, gelombang akan dipantulkan. Pada pemantulan gelombang, sudut datang sama dengan sudut pantul. Gelombang pantul memiliki amplitudo yang lebih kecil karena sebagian energi hilang.
Ketika gelombang air mengenai dinding atau penghalang, gelombang akan dipantulkan. Pada pemantulan gelombang, sudut datang sama dengan sudut pantul. Gelombang pantul memiliki amplitudo yang lebih kecil karena sebagian energi hilang.
✅ Jawaban: sama dengan
Hukum pemantulan: sudut datang (i) = sudut pantul (r)
Hukum pemantulan: sudut datang (i) = sudut pantul (r)
12
Pembiasan Gelombang Air
Perhatikan animasi pembiasan gelombang!
Gelombang air yang merambat dari daerah dangkal ke daerah dalam akan mengalami pembiasan. Cepat rambat gelombang di daerah dalam (v₂) = 2 m/s, panjang gelombang di daerah dangkal (λ₁) = 0,5 m, dan frekuensi tetap 2 Hz. Tentukan panjang gelombang di daerah dalam (λ₂)!
Gelombang air yang merambat dari daerah dangkal ke daerah dalam akan mengalami pembiasan. Cepat rambat gelombang di daerah dalam (v₂) = 2 m/s, panjang gelombang di daerah dangkal (λ₁) = 0,5 m, dan frekuensi tetap 2 Hz. Tentukan panjang gelombang di daerah dalam (λ₂)!
✅ Jawaban: 1 m
Penyelesaian:
f = 2 Hz (tetap)
λ₂ = v₂/f = 2/2 = 1 m
Penyelesaian:
f = 2 Hz (tetap)
λ₂ = v₂/f = 2/2 = 1 m
13
Interferensi Gelombang Air
Perhatikan pola interferensi gelombang!
Interferensi adalah peristiwa penggabungan dua gelombang atau lebih. Interferensi konstruktif terjadi jika fase kedua gelombang sama (saling menguatkan), sedangkan interferensi destruktif terjadi jika fase kedua gelombang berlawanan (saling melemahkan).
Interferensi adalah peristiwa penggabungan dua gelombang atau lebih. Interferensi konstruktif terjadi jika fase kedua gelombang sama (saling menguatkan), sedangkan interferensi destruktif terjadi jika fase kedua gelombang berlawanan (saling melemahkan).
✅ Jawaban: konstruktif
Interferensi konstruktif terjadi saat beda fase = 0, 2π, 4π, ... (saling menguatkan)
Interferensi konstruktif terjadi saat beda fase = 0, 2π, 4π, ... (saling menguatkan)
14
Difraksi Gelombang Air
Perhatikan gambar difraksi gelombang air!
Difraksi adalah peristiwa pembelokan gelombang saat melewati celah sempit. Semakin sempit celah, semakin besar pembelokkan yang terjadi. Jika gelombang air dengan panjang gelombang 2 cm melewati celah selebar 1 cm, maka gelombang akan ... (mengalami difraksi / tidak mengalami difraksi)
Difraksi adalah peristiwa pembelokan gelombang saat melewati celah sempit. Semakin sempit celah, semakin besar pembelokkan yang terjadi. Jika gelombang air dengan panjang gelombang 2 cm melewati celah selebar 1 cm, maka gelombang akan ... (mengalami difraksi / tidak mengalami difraksi)
✅ Jawaban: mengalami difraksi
Difraksi terjadi jika lebar celah (d) ≤ panjang gelombang (λ).
d = 1 cm, λ = 2 cm → d < λ, sehingga gelombang mengalami difraksi.
Difraksi terjadi jika lebar celah (d) ≤ panjang gelombang (λ).
d = 1 cm, λ = 2 cm → d < λ, sehingga gelombang mengalami difraksi.
15
Jarak Antara Dua Titik Berbeda Fase
Suatu gelombang permukaan air yang frekuensinya 500 Hz merambat dengan kecepatan 350 m/s.
Tentukan jarak antara dua titik yang berbeda fase 60°!
✅ Jawaban: 1,17 × 10⁻² m
Penyelesaian:
f = 500 Hz, v = 350 m/s
λ = v/f = 350/500 = 0,7 m
Δφ = 60° = 60/360 = 1/6 gelombang
Δx = Δφ × λ = (1/6) × 0,7 = 0,1167 m = 1,17 × 10⁻² m
Penyelesaian:
f = 500 Hz, v = 350 m/s
λ = v/f = 350/500 = 0,7 m
Δφ = 60° = 60/360 = 1/6 gelombang
Δx = Δφ × λ = (1/6) × 0,7 = 0,1167 m = 1,17 × 10⁻² m
Komentar