Fis10 Getaran Gelombang Dan Bunyi Rev

SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN KEJURUAN ( SMK ) KELOMPOK TEKNOLOGI DAN INDUSTRI

BAMBANG BASUKI, SP.d SAHID BUDIMAN

Editor : HADIANSYAH, S.Si

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIKAN DAN TENAGA KEPENDIDIKAN BIDANG MESIN DAN TEKNIK INDUSTRI ( P4TK BMTI )

SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN (SMK) NEGERI 2 MAJALENGKA i

KODE FIS.10

SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN ( SMK ) KELOMPOK TEKNOLOGI DAN INDUSTRI

BAMBANG BASUKI, SP.d SAHID BUDIMAN

Editor : Indra Febriana R, S.Si

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL PUSAT PENGEMBANGAN DAN PEMBERDAYAAN PENDIDIKAN DAN TENAGA KEPENDIDIKAN BIDANG MESIN DAN TEKNIK INDUSTRI ( P4TK BMTI )

SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN (SMK) NEGERI 2 MAJALENGKA

Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi

ii

KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas karunia dan hidayah-Nya, kami dapat menyusun bahan ajar modul manual untuk SMK Bidang Adaptif, yakni mata-pelajaran Fisika. Modul yang disusun ini menggunakan pendekatan pembelajaran berdasarkan kompetensi, sebagai konsekuensi logis dari Kurikulum SMK Edisi 2004 yang menggunakan pendekatan kompetensi (CBT: Competency Based Training). Sumber dan bahan ajar pokok Kurikulum SMK Edisi 2004 adalah modul, baik modul manual maupun interaktif dengan mengacu pada Standar Kompetensi Nasional (SKN) atau standarisasi pada dunia kerja dan industri. Dengan modul ini, diharapkan digunakan sebagai sumber belajar pokok oleh peserta diklat untuk mencapai kompetensi kerja standar yang diharapkan dunia kerja dan industri. Modul ini disusun oleh peserta Diklat Fisika Lanjut Tahun 2006 di PPPG Teknologi Bandung. Harapannya, modul yang telah disusun ini merupakan bahan dan sumber belajar yang berbobot untuk membekali peserta diklat kompetensi kerja yang diharapkan. Namun demikian, karena dinamika perubahan sain dan teknologi di industri begitu cepat terjadi, maka modul ini masih akan selalu dimintakan masukan untuk bahan perbaikan atau direvisi agar supaya selalu relevan dengan kondisi lapangan. Pekerjaan berat ini dapat terselesaikan, berkat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini kami sampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan kepada Pembimbing (Drs. Wiyoto, MT) dan peserta Diklat Fisika Lanjut Tahun 2007 di P4TK Teknologi Bandung, atas dedikasi, pengorbanan waktu, tenaga, dan pikiran dalam menyiapakan modul ini. Kami mengharapkan saran dan kritik dari para pengguna sebagai bahan untuk melakukan peningkatan kualitas modul. Kami juga berharap agar modul ini turut membantu meningkatan mutu pembelajaran di SMK, khususnya mata diklat Fisika .

Cimahi, April 2006 Kepala P4TK Teknologi Bandung

Drs. Achmad Dasuki, MM, M.Pd NIP. 130 540 205


DAFTAR ISI 

Halaman Sampul ................................................ ....................................................................... .............................................. .............................. .......



Halaman Francis ............................................. .................................................................... .............................................. .................................. ...........



Kata Pengantar.................................. Pengantar......................................................... .............................................. .............................................. .......................... ...



Daftar Isi ............................................. .................................................................... .............................................. .............................................. .......................



Peta Kedudukan Modul............................................ Modul................................................................... .............................................. ......................... ..



Daftar Judul Modul....................................... Modul.............................................................. .............................................. ..................................... ..............



Glosary .................................................. ......................................................................... .............................................. ............................................ .....................

I.

i ii iii iv vi vii viii

PENDAHULUAN

A. Deskripsi..................................... Deskripsi............................................................ ......................................…… ...............…………............... ……................... .... B. Prasyarat ................................................. ......................................................................... ............................…………… ....………………….... …….... C. Petunjuk Penggunaan Penggunaan Modul ............................................ ................................................................... .................................. ........... D. Tujuan Akhir........................................... Akhir.................................................................. ............................................... ..................................... ............. E. Kompetensi ............................................ ................................................................... .............................................. ...................................... ............... F. Cek Kemampuan.................................. Kemampuan......................................................... .............................................. ......................................... ..................

1 1 2 2 3 4

II. PEMBELAJARAN

A. Rencana Belajar Siswa.......................................... Siswa................................................................. .............................................. ......................... B. Kegiatan Belajar 1. Kegiatan Belajar 1 GETARAN ............................................ ................................................................... ......................... .. a. Tujuan Kegiatan Pemelajaran................................... Pemelajaran.......................................................... ................................... ............ b. Uraian Materi ................................................. ........................................................................ ............................................ ..................... c. Rangkuman ................................................ ....................................................................... .............................................. .......................... ... d. Tugas 1............................................... 1...................................................................... .............................................. .................................. ........... e. Tes Formatif 1 ................................................ ....................................................................... ............................................ ..................... f. Lembar Kerja...................................... Kerja............................................................. .............................................. ................................. .......... g. Tidak Lanjut....................................... Lanjut.............................................................. .............................................. .................................. ........... Kunci Jawaban ............................................... ...................................................................... .............................................. ......................... .. 2. Kegiatan Belajar 2 GELOMBANG DAN BUNYI ……………………….. a. Tujuan Kegiatan Pemelajaran................................... Pemelajaran....................................……………… .…………………….. …….. b. Uraian Materi ................................................. ..........................................................………… .........……………………... …………... c. Rangkuman ................................................ ...............................................................…… ...............…………………… ……………….. .. d. Tes Formatif ............................................. ...........................................................……… ..............…………………… ……………… … e. Lembar Kerja ................................................. .........................................................………… ........………………………. ……………. f. Tidak Lanjut........................................ Lanjut............................................................... .............................................. .................................. ........... Kunci Jawaban ............................................... .......................................................………… ........………………………… ……………… III. EVALUASI

A. Tes Tertulis ................................................ ....................................................................... .........................……………… ..………………....... ....... B. Tes Kinerja .................................................. ......................................................................... .............................................. ................................ ......... Lembar Penilaian Kinerja ………………………………………………………... Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi

5 6 6 6 6 13 12 12 13 14 15 17 17 17 23 24 25 31 32 34 34 34 35

KUNCI EVALUASI................................. EVALUASI............................................................ .......................................……… ............…………....... …....... IV. PENUTUP DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………


37 38 39

PETA KEDUDUKAN MODUL

01

02

11

13

14 15

03

04

05

12

10

06

07

08

18

09 16

17

GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

DAFTAR JUDUL MODUL

No.

Kode Modul

Judul Modul

1.

FIS.01

SISTEM SATUAN DAN PENGUKURAN

2.

FIS.02

GERAK LURUS

3.

FIS.03

HUKUM NEWTON

4.

FIS.04

USAHA, ENERGI, DAN DAYA

5.

FIS.05

GERAK MELINGKAR

6.

FIS.06

MOMENTUM DAN TUMBUKAN

7.

FIS.07

SIFAT MEKANIK ZAT

8.

FIS.08

ROTASI DAN KESETIMBANGAN BENDA TEGAR

9.

FIS.09

FLUIDA

10.

FIS.10

GETARAN, GELOMBANG DAN BUNYI

11.

FIS.11

SUHU DAN KALOR

12.

FIS.12

TERMODINAMIKA

13.

FIS.13

OPTIK

14.

FIS.14

KELISTRIKAN

15.

FIS.15

KEMAGNETAN DAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

16.

FIS.16

ARUS BOLAK BALIK

17.

FIS.17

TRANSFORMATOR

18.

FIS.18

PIRANTI SEMIKONDUKTOR


GLOSSARY

ISTILAH

KETERANGAN

Getaran

Gerak bolak-balik bolak-balik suatu partikel secara periodik melalui suatu titik kesetimbangan

Gelombang

Getaran yang merambat melalui suatu medium.

Amplitudo

Simpangan maksimum dari getaran atau gelombang

Frekwensi

Banyaknya getaran atau gelombang tiap sekon ( Detik )

Perioda

Waktu yang di perlukan untuk melakukan 1 getaran atau 1 gelombang. gelombang.

Getaran Harmonik Sederhana

Getaran yang tidak mengalami redaman

Gelombang Transvelsal

Gelombang yang arah getar dan arah rambatnya saling tegak lurus

Gelombang Longitudinal

Gelombang yang arah getar dan arah rambatnya sejajar contoh gelombang bunyi .

Resonansi

Turut serta bergetarnya suatu benda yang semula diam ketika suatu sumber getar di getarkan dengan syarat frekwensinya sama.

Gelombang Mekanik

Gelombang yang dalam proses perambatannya memerlukan medium.

Gelombang Elektromagnetik

Gelombang yang dalam proses perambatannya tidak memerlukan medium.

Superposisi Getaran

Penggabungan dua getaran, dengan menjumlahkan simpangannya.

simpangan-

Superposisi Gelombang

Penggabungan dua gelombang, dengan menjumlahkan simpangansimpangannya.


Pembiasan

Interferensi

Gelombang Stasioner

Pembelokan gelombang ketika bergerak dari satu medium ke medium yang lain yang berbeda. Pertemuan dua gelombang pada suatu titik. Interferensi destruktif terjadi jika kedeua gelombang yang bertemu memiliki fase yang berlawanan. Interferensi konstruktif terjadi jika kedua fase gelombang yang bertemu mempunyai fase yang sama. Perubahan bentuk plasis, daerah plastik bahan

Difraksi

Pembelokan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah sempit.

Indeks bias

Indeks bias suatu medium adalah perbandingan sinus sudut datang dari ruang hampa dengan sinus sudut bias n. n2 / n1 = sin i / sin r = v1 / v2

Sudut bias

Sudut yang dibentuk oleh sinar bias terhadap sumbu normal bidang

Empat sifat Umum Gelombang

Meliputi : pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pembelokan (difraksi), penggabungan (interferensi)


BAB I a.

PENDAHULUAN

Deskripsi Dalam modul ini pembelajaran akan dimulai dengan bahasan mengenai getaran

harmonik yang dalam pembahasannya memerlukan beberapa pengetahuan dasar terutama matematika dan mekanika, antara lain gerak, gaya, kecepatan, percepatan, energi, defrensial dan integral dan persamannya. Agar tidak mengalami kesulitan dalam perhitungan serta pemecahan masalah dalam penerapannya, perlu diawali dengan mengingat kembali beberapa modul lain yang berkaitan. Materi dalam bab I akan membahas tentang getaran harmonik lengkap dengan periode,

simpangan

dan

frekuensi

melalui

percobaan

bandul

matematis

serta

persamannya, kemudian dilanjutkan dengan getaran tergandeng dan getaran teredam. Untuk materi selanjutnya akan dibahas tentang gelombang, antara lain pembahasan mulai macam-macam

gelombang

dan

karakteristik

gelombang,

dan

diakhiri

dengan

pembahasan bunyi serta penerapannya. Ketiga materi tersebut mempunyai keterkaitan untuk menunjang kegiatan kehidupan manusia sehari- hari. Untuk lebih jelasnya deskripsi meliputi pengertian getaran, yang didifinisikan sebagai gerakan bolak balik secara periodik melalui titik keseimbangan. Pengertian ini sebagai penegasan bahwa gerakan satu getar dihitung dari gerakan titik awal sampai bergerak dan berayun kembali ketitik awal tersebut. Dari pemahaman arti satu getar anda dapat mendeskrisilan periode, frekuensi, amplitudo. Sedangkan perbedaan sudut fase getar dan fase getaran dapat memberikan hubungan antara lamanya getaran dengan periode, sehingga konsep awal ini dapat menjelaskan hubungan antara periode, panjang tali dengan syarat sudut simpangan yang kecil dalam percobaan bandul matematis. Hasil akhir dari proses ini dapat dinyatakan dalam bentuk rumus dan persaman matematisnya. Untuk materi gelombang dan bunyi, keduanya menggunakan konsep dasar getaran sehingga pengembangan konsep untuk gelombang dan bunyi dihubungkjan dengan keadaan alam semesta serta berkaitan dengan penerapan ilmu pengetahuan dan tehnologi dalam kehidupan sehari hari.

b.

Prasyarat Agar dapat mempelajari modul ini dengan lancar, anda harus sudah menguasai

Modul I (Sistem Satuan), Modul II (Gerak Lurus), Modul III (Hukum Newton), dan Modul V (Gerak melingkar). Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

c.

Petunjuk Penggunaan Modul a. Pelajarari daftar isi serta kedudukan kedudukan modul dengan dengan cermat dan teliti, karena dalam skema modul akan nampak kedudukan modul yang sedang anda pelajari ini di antara modul-modul yang lain. b. Perhatikan langkah-langkah langkah-langkah dalam melakukan pemahaman konsep konsep dengan benar serta proses penemuan hubungan antar konsep yang dapat menambah wawasan sehingga mendapatkan hasil yang optimal. c. Pahami setiap konsep dasar pendukung modul ini, misalnya matematika dan mekanika. d. Setelah merasa tuntas mempelajari modl ini, selanjutnya jawablah tes formatif dengan jawaban yang singkat, jelas, tepat dan kerjakan sesuai dengan emampuan anda. e. Bila anda dalam mengerjakan tugas/soal menemukan kesulitan, konsultasikan dengan guru/instruktur yang ditunjuk. f. Setiap kesulitan catatlah untuk dibahas dalam dalam saat kegiatan kegiatan tatap muka. Untuk ebih menambah wawasan diharapkan membaca referensi lain yang berhubungan dengan materi dalam modul ini.

g.

Tujuan Akhir Setelah mempelajari modul ini diharapkan anda dapat: 

Memahami pengertian getaran harmonik sederhana.



Memahami perbedaan periode, simpang simpang getar getar dan frekuensi pada pada getaran getaran dan gelombang.



Menentukan besar periode, simpang getar dan frekuensi suatu getaran dan gelombang.



Memahami pengaruh simpang simpang getar, panjang tali serta frekuensi terhadap hasil perhitungan gravitasi bumi.



Memahami pengaruh sumber getar getar terhadap gelombang bunyi.



Memahami batasan batasan pendengaran pendengaran manusia manusia terhadap terhadap frekuensi bunyi.



Memahami pengaruh getaran yang yang terkuat terhadap bunyi yang dihasilkan dan hubungannya gelombang bunyi tersebut terhadap fungsi organ manusia.



Memahami pengaruh getaran bunyi yang terkuat terhadap kekuatan fondasi bangunan.


h. Kompetensi Kompetensi Program Keahlian Mata Diklat-Kode Durasi Pembelajaran

: GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI : Program Adaptif : FISIKA-FIS.10 : 14 jam @ 45 menit

Materi Pokok Pembelajaran Sub Kompetensi

Kriteria unjuk kerja

Lingkup belajar

melakukan kajian ilmiah, memahami pengertian etaran dan bagianbagiannya.

Mengidentifikasi getaran

Pembahasan tentang konsep getaran dan penerapannya

menjelaskan karakteristik gelombang

Mengidentifikasi gelombang

Pembahasan tentang konsep gelombang



Menjelaskan karakteristik bunyi

Mengidentifikasi gelombang bunyi

Pembahasan konsep bunyi

Teliti, cermat dan jujur

Sikap  Aktif mengikuti kegiatan pembelajaran dalam Teliti menghitung periode, simpangan, dan frekwensi getaran harmonik

Aktif mengikuti diskusi kelompok membahas tentang gelombang  Menghitung frekwensi, cepat rambat dan panjang gelombang serta indeks bias gelombang

Pegetahuan  Pengertian getaran  Menghitung frekwensi  Simpang getar, periode getaran harmonik  Perhitungan masalah/soalsoal yang berkaitan dengan getaran harmonik  Perbedaan getaran dan gelombang  Perbedaan gelombang transversal dan longitudinal  Perhitungan cepat rambat panjang gelombang erta indeks bias

Keterampilan Melakukan percobaan getaran harmonik, untuk menghitung periode, frekwensi, simpang getar getaran harmonik



Melakukan percobaan untuk menentukan cepat rambat bunyi

Pengertian bunyi  Perhitungan bunyi

Melakukan percobaan untuk menghitung frekwensi, cepat rambat, panjang gelombang, dan indeks bias gelombang


F. Cek Kemampuan Kerjakanlah soal-soal berikut ini, jika anda dapat mengerjakan sebagian atau semua soal berikut ini, maka anda dapat meminta langsung kepada instruktur atau guru untuk mengerjakan soal-soal evaluasi untuk materi yang telah anda kuasai pada BAB III. 1. Definisikan pengertian pengertian getaran harmonik harmonik sederhana sederhana !. 2. Jelaskan perbedaan perbedaan frekuensi, amplitudo, periode harmonik sederhana sederhana ! 3. Jelaskan bagaimana menghitung frekuensi, amplitudo dan periode suatu

getaran

harmonik ! 4. Jelaskan hubungan hubungan antara antara getaran dan gelombang gelombang ! 5. Jelaskan perbedaan perbedaan gelombang diam dan gelombang berjalan berjalan ! 6. Jelaskan perbedaan perbedaan pantulan pantulan dan pembiasan gelombang gelombang ! 7. Suatu bandul sederhana dengan panjang tali ayunan 1,6 m bergetar pada suatu tempat dimanan g = 10 m/s2. Tentukan berapa getaran yang terjadi selama 2 menit ! 8. Untuk merenggangkan sebuah pegas sejauh sejauh 2 cm diperlukan usaha usaha 0,32 J. Jika pegas pegas diberi beban 0,6 kg kemudian digetarkan, tentukan perioda getaran yang terjadi pada pegas tersebut ! 9. Tinjau benda bermassa m pada sistem pegas pegas mendatar (dengan tetapan gaya = k) ditarik sejauh 2 m kemudian dilepaskan, maka terjadi getaran harmonis sederhana. Tentukan kecepatan maksimum yang dialami benda ! 10. Suatu berkas cahaya dengan panjang gelombang 8,2 x 10-5 mm masuk dari udara ke dalam balok kaca yang indek biasnya 1,5. Tentukan berapa panjang gelombang didalam balok kaca ! 11. Jelaskan: (a) Kapan terjadi interferensi konstruktif maksimum antara dua gelombang, (b) dan kapan terjadi interferensi destruktif maksimum antara kedua gelombang


BAB II PEMBELAJARAN A. Rencana Belajar Peserta Diklat Kompetensi

: Getaran Gelombang dan Bunyi

Sub Kompetensi

: 1. Getaran 2. Gelombang dan Bunyi Tanggal

Jenis

Waktu

Kegiatan

Tempat

Tanda Belajar

Alasan

Perubahan

tangan Guru


B. Kegiatan Belajar KEGIATAN BELAJAR 1

GETARAN a. Tujuan kegiatan pembelajaran

    

b.

Setelah mempelajari kegiatan I, diharapkan anda dapat: Mendefinisikan pengertian getaran harmonik. Menjelaskan karakteristik getaran harmonik. Menghitung besarnya besarnya amplitudo, frekuensi getaran dan periode getar. Menjelaskan hubungan antara periode, periode, frekuensi dan amplitudo amplitudo Menentukan Menentukan grafik hubungan antara simpangan, waktu getar terhadap hasil perhitungan grafitasi. Menjelaskan pengaruh pengaruh massa dengan energi mekanik yang yang dipengaruhi amplitudo dan frekuensi getaran.

Uraian Materi

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

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.

Gambar 1.1 Getaran Harmonis Pada Ayunan Bandul Matematis Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

a. Amplitudo, Perioda dan frekuensi Simpangan menyatakan posisi pendulum setiap saat terhadap titik seimbangnya. Simpangan terbesar dari sistem tersebut disebut amplitudo. Jika simpangan diberi notasi x dan amplitudo diberi notasi A maka persamaan simpangan sebagai fungsi waktu adalah: x =A sin (ω t + Φ)

............................. (1.1)

Besaran (ω t + Φ) dinamakan fase dari gerak harmonik dengan ω menyatakan kecepatan sudut dan menyatakan fase Φ untuk t = 0. Dengan demikian untuk pendulum dengan keadaan awal t = 0 diberi simpangan maksimum A, maka harga x akan bervariasi antara x = - A hingga x = + A. 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: T = 2π

l

..................................... (1.2)

g

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. Besarnya periode getaran gerak harmonis sederhana dari sistem pegas adalah sebagai berikut:

T = 2π

m k

...............................(1.3)

Kecepatan sudut atau frekuensi sudut ( ω) menyatakan besar sudut yang ditempuh persatuan waktu yang dinyatakan oleh persamaan: ω = 2 π f ...............................(1.4)


Dan dari persamaan (1.1), dapat diturunkan kecepatan dan percepatan getaran harmonik sederhana, yaitu: Kecepatan: v = dx / dt = ωA cos(ωt ) ………….. ...(1.5) Percepatan: v = dv / dt =- ω2A sin (ωt ) …………..(1.6) Sehingga dari persamaan (1.5) dan (1.6) di atas, diperoleh kecepatan maksimum: ωA dan percepatan maksimum -ω2A. Percepatan getaran harmonis dapat juga dinyatakan terhadap simpangannya: Selidiki: Bagaimana nilai simpangan,kecepatan dan poercepatan pada dua titik istimewa, yaitu titik keseimbangannya (y = 0) dan titik saat simpangan maksimum ( y = A) dari gerakan harminik sederhana?        

Periode getar: adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai satu getaran penuh. Frekuensi: adalah banyaknya getaran tiap sekon. Amplitudo: adalah simpangan maksimum dari suatu getaran Simpangan:adalah Simpangan:a dalah besarnya perpindahan dari suatu titik kesetimbangan kesetimbanga n ke suatu posisi tertentu. Sudut fase getaran:adalah sudut terjauh dalam waktu tertentu. Fase getaran: adalah perbandingan antara lamanya getaran dengan periode getaran. Kecepatan Kecepata n sudut adalah sudut yang ditempuh dalam satuan waktu.

b. Energi Getaran Harmonik Sederhana Bagaimana eneri kinetik dan energi potensial sebuah benda yang mengalami getaran harmonis sederhana? (a) Tinjauan untuk kasus getaran harmonis pada ayunan sederhana. 

Ketika benda ada di titik P, benda mengalami simpangan terbesar, kecepatan benda nol, sehingga pada titik A energi kinetik sama dengan nol, dan energi potensial = mgh. dititik O, benda berada pada pada titik kesetimbangnya, kesetimbangnya, kecepatan benda benda  Ketika benda ada dititik maksimum, sehingga pada titik O energi kinetik = ½ mv 2 dan energi potensial = nol. ada dititik Q, benda mengalami mengalami simpangan simpangan terbesar, kecepatan kecepatan benda nol,  Ketika benda ada sehingga pada titik Q energi kinetik sama dengan nol, dan energi potensial = mgh (sama dengan posisi di P).  Jadi pada kasus ini terjadi kekekalan energi mekanik:

E MP MP = E MO MO = E MQ MQ (b) Tinjauan untuk kasus getaran harmonis pada sistem pegas sederhana




Pada sistem pegas berlaku berlaku pula sifat seperti seperti pada sistem bandul matematis. Selanjutnya Selanjutnya akan dibuktikan bahwa energi pada benda yang mengalami getaran selaras sederhana adalah kekal. bergetar harmonis: ½ mv 2 , dan digunakan persamaan (1.5)  Energi kinetik benda yang bergetar untuk fase getaran Φ = 0, maka diperoleh: diperoleh:

(ingat f

1

k

) m E K 1/2 kA2 cos 2 ( ω ωt)………………………………… t )………………………………… (1.8) K = 1/2 =

2π

Atau

E K t )………………………….. (1.9) 1/2 m ω ω2 A2 cos 2 ( ω ωt)………………………….. K = 1/2 

Energi potensial benda yang bergetar harmonik pada sistem pegas: ½kx 2 , gunakan persamaan (1.1) untuk fase getaran Φ = 0, maka diperoleh: ωt)…………………..(1.10) t )…………………..(1.10) EP = = 1/2 kA2 sin 2 ( ω

Atau E P 1/2 m ω ω2 A2 sin 2 ( ω ωt)………………. t )……………….(1.11) (1.11) P = 1/2 

Jadi pada kasus ini terjadi kekekalan energi mekanik: t ) + 1/2 t ) EM = EK + EP = 1/2 1/2 kA2 cos 2 ( ω ωt) 1/2 kA2 sin 2 ( ω ωt) EM = 1/2 kA2 ……………………………...(1.12) Jadi pada setiap proses getaran harmonis berlaku Hukum Kekekalan Enenrgi Mekanik 2 EM = E K K + EP = E K maks = E P maks = 1/2 kA

Catatan : Pada titik tertinggi :  Simpangan maksimum ( = A )  Kecepatan minimum ( v = 0 )  Percepatan maksimum ( a = -

ω 2 A ) 2

 Energi potensial maksimum (E Pmaks = 1/2 kA )  Energi kinetik minimum ( E K = 0 ) 

Pada titik setimbang :  Simpangan minimum ( y = 0 )

A )  Kecepatan maksimum ( v = ω A  Percepatan minimum ( a = 0 )  Energi potensial minimum (EPmin = 0 )  Energi kinetik maksimum (

EK = 1/2 kA2 )


Dari sini tampak bahwa enegi mekanik benda yang mengalami getaran harmonis sederhana hanya bergantung pada konstanta pegas k dan amplitudonya A, dan tidak bergantung pada simpangannya x dan kecepatannya v. Energi potensial dan energi kinetik berubah secara periodik tetapi jumlahnya selalu tetap t etap pada setiap saat.

Contoh soal :

1. Dari grafik simpangan terhadap waktu pada gambar di bawah ini tentukan: 

Amplitudo  Periode  Frekuensi getaran

Penyelesaan: a.

Amplitudo adalah simpangan maksimum dari garis mendatar, A = 5 cm b. Periode T adalah selang waktu yang yang diperlukan untuk membentuk tiga titik potong berurutan pada sumbu x (t) T = 12 detik c. Frekuensi f adalah kebalikan dari periode ( T), f = 1/12 Hz

2.

Sebuah tali panjang panjang 160 cm, ujung bawahnya dibebani 20 gram, ujung lain diikatkan dengan kuat pada bidang statis, kemudian disimpangkan dengan sudut 6 derajat. Bila g = 10 m/s2. Tentukan periode getarnya !

Penyelesaiannya: l = 160 cm = 1,6 m,

g = 10 m/s 2

maka, perioda getarannya:

T =

1 f

= 2π

l g

= 2 x3.14

1,6 10

= 2,51det ik


3. Sebuah benda melakukan melakukan gerak harmonik sederhana dengan periode T. Berapa waktu waktu minimum yang diperlukan benda agar simpangan sama dengan setengah amplitudonya ! Penyelesaian: Gunakan persamaan (1.1): T = 1

x = A sin (ω t ) Dan untuk x =

1 2 1 2

1 f

= 2π

m k

, tinjau untuk sudut fase Φ = 0 (nol), sehingga:

A, maka:

2

A = A sin ω t = sin ω t

π

ω t =

6 1

t =

12

T

Jadi waktu minimum yang dibutuhkan untuk benda agar bergetar dengan setengah amplitudonya, adalah

t =

1 12

T .

4. Sebuah benda massa 2 kg melakukan melakukan getaran selaras dengan amplitudo 25 25 cm dan perioda 3 detik. Tentukan kecepatan maksimum, percepatan maksimum, energi kinetik maksimum dan energi potensial maksimum ! Penyelesaian:

Kecepatan maksimum:

(v )maks

2π A = A = ω T

=

2 x3.14 3

dv  (a )maks =   

 dx   dt   maks

=

0,25

= 0,524m / s

 dt  maks

2

Percepatan maksimum:

= ω A =

4π 2 T 2

A

2

=

4 x(3,14)

(3)2

= 1,1m / s

0,25

2


Energi kinetik maksimum = Energi potensial maksimum: E Kmaks = E Pmaks = =

1 2

1 2

kA2

mω 2 A2

2

 3,14  2 = x 2  (0,25) 2  3  1

= 0,275 Joule

d. Superposisi dua getaran harmonik Dua buah getaran harmonis sederhana dapat disuperposisikan atau dipadukan sehingga diperoleh getaran baru yang dinamakan getaran hasil superposisi. Tinjau gelombang tali pada gambar 1.7 di bawah ini. Tampak bahwa simpangan getaran superposisi adalah jumlah dari simpangan kedua getaran yang bersesuaian. Jadi jika simpangan getaran pertama ditulis sebagai x1(t), dan simpangan untuk getaran kedua x2(t), maka simpangan superposisi getaran: x(t) = x 1(t) = x 2 ……………………………………...(1.13) (1.13) 2 (t) ……………………………………...

Gambar 1.7 Superposisi dua getaran harmonis sederhana


c. Rangkuman 

Getaran harmonik sederhana adalah gerak bolak balik yang selalu melewati titik kesetimbangan. Jika simpangan diberi notasi x dan amplitudo diberi notasi A maka persamaan simpangan sebagai fungsi waktu adalah:

x = A sin (ω t + Φ ) 

Periode getar (T), adalah adalah waktu yang yang diperlukan untuk untuk mencapai satu getaran penuh. Frekuensi (f), adalah banyaknya getaran tiap sekon. Amplitudo (A), adalah simpangan maksimum dari suatu getaran. Simpangan (x), adalah besarnya perpindahan dari suatu titik kesetimbangan ke suatu posisi tertentu. Sudut fase getaran (ω t + Φ ) : adalah sudut terjauh dalam waktu tertentu. Fase getaran

θ ϕ = = T 2 π t

adalah perbandingan antara lamanya getaran dengan periode getaran. 

Perioda getaran harmonis untuk sistem bandul bandul matematis sederhana: T =





1 f

= 2π

l g

dan untuk sistem pegas

T =

1 f

= 2π

m k

Energi kinetik dan dan energi potensial benda yang yang bergetar secara harmonis sederhana: 2 2 E K 1/2 m ω ω A cos 2 ( ω ωt K = 1/2 E P t ) 1/2 m ω ω2 A2 sin 2 ( ω ωt) P = 1/2 Energi mekanik benda yang yang bergetar secara secara harmonis sederhana sederhana adalah adalah : EM = 1/2 kA2



Superposisi getaran adalah adalah penggabungan penggabungan dua getaran atau atau lebih sehingga sehingga terbentuk getaran baru.


d. Tugas 1. 1. Definisikan pengertian pengertian getaran harmonik harmonik sederhana sederhana ! 2. Jelaskan apa yang anda ketahui tentang frekuensi, frekuensi, amplitudo, periode harmonik sederhana ! 3. Jelaskan bagaimana menghitung menghitung frekuensi amplitudo dan periode suatu getaran harmonik ! 4. Jelaskan hubungan antara getaran dan gelombang gelombang ! 5. Jelaskan apa yang terjadi terhadap besaran-besaran berikut (a) frekwensi, (b) kecepatan maksimum, dan (d) energi totalnya, jika amplitudo suatu getaran anda tingkatkan menjadi dua kali ! 6. Jelaskan bagaimana nilai dari energi kinetik dan energi potensial serta energi mekanik benda yang bergetar secara harmonis sederhana pada posisi (a) titik kesetimbangan, dan (b) titik simpangan terjauh ! 7.

Jika ditinjau suatu tempat yang mempunyai percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s2, sebuah bandul sederhana bergetar dengan periode 1,2 sekon. Tentukan (a) panjang tali pada bandul tersebut, (b) berapa periode bandul tersebut jika dilakukan pengukuran di bulan yang percepatan garvitasinya hanya seperenam dari percepatan gravitasi bumi !

8. Periode sebuah bandul sederhana adalah 4 sekon sekon (detik). Tentukan periodenya jika panjang tali bandul: (a) diperpanjang 50 % panjang mula-mula, (b) diperpendek 50% dari panjang mula-mula ! 9. Jelaskan bagaimana besar kecepatan dan simpangan simpangan benda yang bergetar: bergetar: (a) dititik kesetimbangan, (b) dititik terjauh ! 10. Sebuah balok bermassa 0,25 kg digantung pada sebuah pegas dengan tetapan gaya pegas 250 N/m. Tentukan frekwensi dan periode getaran yang terjadi pada sistem pegas tersebut !


d. Lembar Kerja Menghitung Tetapan Gaya pada Sistem Pegas A. Bahan:  

Satu set massa pembeban Kertas untuk menggambar grafik

B. Alat: ∆x     

C.

2 buah pegas satu set set alat pengukuran pegas penggaris/meteran neraca timbangan massa stop wacth Langkah kerja:

1. Gantung seutas pegas pegas pada tiang, tiang, unjung bebas dihubungkan dihubungkan dengan dengan beban m. 2. Beri simpangan pada sistem pegas tersebut tersebut (∆x), pada posisi (2), kemudian lepas, terjadi gerak bolak-balik terhadap titik (1). 3. Lakukan pengukuran waktu getaran. 4. Isikan hasil pengamatan anda anda pada tabel tabel 1.1 dan tabel 1.2 berikut

5. Bagaimana dengan periode periode T, apakah dipengaruhi dipengaruhi oleh: (a) amplitudo, (b) massa beban. 6. Buatlah grafik T2 terhadap m. Bagaimana bentuk grafiknya ? 7. Tentukan konstanta konstanta gaya gaya pegas dari grafik yang anda buat tersebut. tersebut. 8. Coba anda lakukan analisa terhadap hasil yang anda dapatkan, kemudian bandingkan dengan (hasil) teori yang ada.


e. Tes Formatif 1. 1) Sebuah balok bermassa bermassa 0,25 kg digantung pada sebuah sebuah pegas dengan dengan tetapan gaya pegas 250 N/m. Tentukan frekwensi dan periode getaran yang terjadi pada sistem pegas tersebut ! 2) Suatu bandul sederhana sederhana dengan panjang panjang tali ayunan 1,2 m bergetar pada suatu tempat dimana g = 10 m/s2. Tentukan berapa getaran yang terjadi selama 1 menit ! 3) Untuk merenggangkan merenggangkan sebuah pegas pegas sejauh 2,2 cm cm diperlukan usaha 0,33 J. Jika pegas diberi beban 0,66 kg kemudian digetarkan, tentukan perioda getaran yang terjadi pada pegas tersebut ! 4) Pada permukaan permukaan suatu suatu danau terdapat dua benda yang yang mengapung mengapung yang yang terpisah satu sama lain dengan jarak 80 cm. Kedua benda tersebut turun naik bersamasama dengan frekwensi 3 getaran per sekon. Bila salah satu benda berada di puncak bukit gelombang dan yang satu berada di lembah gelombang, sedangkan di antara kedua benda tersebut terdapat dua bukit gelombang. Tentukan cepat rambat gelombang ! 5) Sebuah ayunan sederhana, panjang tali 80 cm, massa benda 0,2 kg dan percepatan gravitasi g = 10 m/s2, tentukan frekwensi geteran tersebut ! 6) Dua buah sistem pegas P dan Q yang masing-masing bergetar dengan frekwensi fP dan fQ, jika fP = 3 fQ dan tetapan pegas keduanya dianggap sama, tentukan perbadingan massa beban pada kedua sistem pegas ! 7) Tinjau sebuah bandul bandul jam dinding memiliki periode 0,81 s. s. Tentukan: (a). panjang lengan bandul (b). berapa panjang lengan bandul supaya mempunyai priode 1,8 sekon. 8) Panjang dua buah bandul bandul sederhana masing-masing masing-masing 36 cm dan 16 cm. cm. Jika bandul dengan panjang 36 cm digetarkan maka frekwensinya 8 Hz. Berapa frekwensi getaran untuk bandul dengan panjang 16 cm. 9) Tentukan perbanding perbanding periode getaran pada sistem pegas berikut :


f. Tindak Lanjut Anda yang telah mencapai skor 7,00 pada tes formatif 1 diperkenankan melanjutkan pembelajaran ke kegiatan belajar II. Untuk anda yang mencapai skor antara 6,00 – 7,00 diharuskan mengulang tes formatif I. Untuk anda yang mencapai < 6,00 diharuskan mengulang kegiatan belajar I


KUNCI JAWABAN g. Kunci Jawaban Tugas 1

1. Getaran harmonis adalah gerak bolak balik suatu benda secara periodik melalui titik setimbangnya. Contohnya : Ayunan matematik, getaran pegas, Gerak torak mesin dan lain lain. 2. Frekuensi adalah banyaknya getaran tiap detik. Amplitudo adalah simpangan maksimum getaran / gelombang . Periode adalah waktu yang dilakukan satu satu kali bergetar. bergetar. 3. Cara menghitung frekuensi, Amplitudo dan periode getaran .Dengan alat Percobaan : Ayunan sederhana , ayunan fisis, getaran pegas dan lain-lain Dengan stop watch dan penggaris pengga ris . 4. Getaran merupakan bagian dari gelombang yaitu sebagai sumber getaran Sedangkan gelombang merupakan perambatan energinya. 5. Jika amplitudo di naikkan menjadi dua kali k ali maka : a . Frekuensinya tetap . b . Kecepatan maksimum nya menjadi dua kali semula. c . Energi totalnya menjadi empat kali semua. 6. Di titik setimbang :

EK maksimum EP minimum . Etot Tetap Di titik simpangan terjauh :

EK minimum

.

EP maksimum E Tot tetap . 7. a. l = 0,3578 m b. Tbulan = 0,219 s 8. a. T2 = 4,89 s b. T2 = 2,83 s Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

9. Dititik kesetimbangan : Kecepatan maksimum, simpangan getaran minimum Dititik terjauh :

Kecepatan minimum, simpangan maksimum 10. a. f = = 5,053 Hz b. T = = 0,1986 s h. Kunci Jawaban Tes Sumatif 1 1)

15,92 Hz

2)

27 getaran

3)

0,14 sekon

4)

0,8 m/s

5)

0,56 Hz

6)

mp: mq = 1: 9

7)

(a) 0,166 m, (b) 0,82 m

8)

12 Hz

9)

Ta:Tb = 2: 1


Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

KEGIATAN BELAJAR 2

GELOMBANG DAN BUNYI a. Tujuan kegiatan pembelajaran Setelah mempelajari kegiatan belajar 2, diharapkan anda dapat:           

b.

Mendefinisikan konsep gelombang. Menjelaskan proses perambatan perambatan gelombang gelombang sebagai bentuk energi. energi. Menjelaskan hubungan antara cepat rambat gelombang, gelombang, panjang gelombang dan frekuensi. Menjelaskan perbedaan gelombang transversal dan gelombang gelombang longitudinal. Menghitung panjang gelombang, periode, frekuensi, frekuensi, dan cepat rambat gelombang. Menganalisis gelombang berdasarkan arah rambatan dan arah getar. Menjelaskan pengaruh waktu terhadap cepat rambat rambat gelombang. gelombang. Menjelaskan karakteristik gelombang gelombang yang tepat berdasarkan berdasarkan arah rambat dan arah getar, medium, amplitudo dan fase. Menjelasakan sifat sifat gelombang mekanik. Menjelaskan prinsip Huygens. Menjelaskan peristiwa pantulan gelombang, pembiasan gelombang gelombang dan interferensi gelombang.

Uraian Materi a. 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. Maka persamaan simpangan dititik O adalah: Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

y 0 = A sin ω t …………………………(2.1)

 x  dan karena setelah  t −  titik O bergetar, kemudian baru titik P bergetar, simpangan  v  gelombang berjalan dititik P adalah: x   yP = A sin  ω t −  ………………………..(2.2) v   2π

f dan dan menggunkan hubungan: ω = 2π λ v = λ f , maka persamaan (2.2) dapat dituliskan menjadi:

dan didefinisikan bilangan gelombang k =

yP = A sin (ω t − kx ) ……………………….(2.3)

Persamaan (2.1), (2.2), dan (2.3) berlaku untuk gelombang berjalan ke kanan (searah sumbu x positip). Untuk gelombang yang berjalan ke kiri (menuju sumbu x negatip), maka titik P akan bergetar ( t +

x v

) terlebih dahulu sebelum titik O, sehingga persamaan

simpangan gelombang berjalan tersebut adalah:

yP = A sin (ω t + kx ) ………………….(2.4)

Gambar 2.1 Gelombang berjalan pada Tali

Gelombang yang 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.


Sehingga diperoleh persamaan umum gelombang berjalan : y P = A sin (ω t ± kx ) Atau

Keterangan : A = amplitudo ( m )

YP = Simpangan gelombang ( m ) m )

y P = A sin [2 π ft ± kx ]

X = jarak titik P ke sumber gelombang ( m ) λ = Panjang gelombang ( m )

Atau

F = frekuensi ( Hz ) v = cepat rambat gelombang ( m/s )

 t x  ±  T λ  

y P = A sin 2π 

k = bilangan gelombang ( m -1 ) + = gelombang g elombang menjalar menjalar ke kanan - = gelombang gelombang menjalar menjalar ke kiri

b. Kecepatan dan Percepatan Getaran Jika ditinjau gelombang berjalan ke arah kanan (sumbu x posistip), maka kecepatan dan percepatan getaran pada titik P dapat ditentukan dengan melakukan deferensial terhadap persamaan simpangan pada titik P tersebut. Sehingga diperoleh: Kecepatan getaran : vP = ω A cos(ω t ± kx ) ……………..(2.4) Kecepatan getaran : aP = −ω 2 A sin (ω t ± kx ) atau aP = −ω 2 yP ……….(2.5) c. Kecepatan Rambat Gelombang Kecepatan rambat gelombang diperoleh dari hubungan: v = λ f dan k = v =

2 π f k

2π

λ

, sehingga :

……………………(2.6)

d. Sudut Fase, Fase, dan dan Beda Fase Gelombang Gelombang Untuk menentukan sudut fase, fase, dan beda fase gelombang kita tinjau untuk gelombang berjalan ke kanan (arah sumbu x positip). Karena persamaan simpangan gelombang berjalan (2.3), dan gunakan persamaan (2.6), maka:

 t x  ±   T λ 

y p = A sin 2π 

Sehingga diperoleh :

 t x  Sudut fase gelombang : θ = 2π  ±  ……………….(2.7)  T λ   t x  Fase gelombang : ϕ =  ±  …………………………(2.8)  T λ  Beda fase gelombang: ∆ϕ =

x2 − x1

λ

……………………(2.9)


e. Gelombang Stasioner Gelombang stasioner biasa juga disebut gelombang tegak, gelombang berdiri atau gelombang diam, adalah gelombang yang terbentuk dari perpaduan atau interferensi dua buah gelombang yang mempunyai amplitudo dan frekwensi sama, tapi arah rambatnya berlawanan. Amplitudo pada gelombang stasioner tidak konstan, besarnya amplitudo pada setiap titik sepanjang gelombang tidak sama. Pada simpul amplitudo nol, dan pada perut gelombang amplitudo maksimum. (a) Gelombang stasioner pada dawei (tali) ujung bebas Persamaan gelombang stasioner: Y P = 2 A cos(kx )sin(ω t − kL) ……………….(2.10)

Dimana AP = 2 A cos(kx ) ……………………………(2.11)

Dengan demikian yP = AP sin (ω t − kL) ……………………….(2.12)

Dimana: L adalah panjang tali, dan AP = amplitudo gelombang stasioner, yang besarnya bergantung pada jarak suatu titik terhadap ujung pemantul (x). 1 x = n λ dengan n = 0, 1, 2, 3… 2 1 Letak simpul dari ujung pemantul x = (2n + 1) λ 4

n = 0, 1, 2, 3… (b) Gelombang stasioner pada dawei (tali) ujung terikat Persamaan gelombang stasioner: yP = 2 A sin (kx )cos(ω t − kL) ……………………………………(2.13)

Dimana AP = 2 A sin (kx ) ……………………………………..(2.14)

Dengan demikian yP = AP cos(ω t − kL) ………………………………..(2.15)

Dimana: L adalah panjang dawei (tali), dan A P = amplitudo gelombang stasioner, yang besarnya bergantung pada jarak suatu titik terhadap ujung pemantul (x). Letak perut dari ujung pemantul : Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

1 x = (2n + 1) λ 4

untuk n = 0, 1, 2, 3, …

……………...(2.16)

Letak simpul dari ujung pemantul : 1 x = n λ 2

untuk

n = 0, 1, 2, 3, …

……………………….(2.17)

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).  Pemantulan (refleksi) Gelombang dapat diamati pada gambar 2.2.

Pada peristiwa pemantulan: tegak lurus dengan muka muka gelombang datang. datang.  Sinar datang (AO), yaitu garis yang tegak garis yang tegak lurus dengan muka gelombang gelombang pantul.  Sinar pantul (OB), yaitu garis  Garis Normal (NO) yaitu garis yang tegak lurus dengan bidang datar. sudut yang dibentuk dibentuk oleh sinar datang (AO) (AO) dengan garis  Sudut datang (i), adalah sudut normal (NO). yang dibentuk oleh sinar pantul pantul (OB) dengan garis  Sudut pantul (r), adalah sudut yang normal (NO). Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r): ini adalah pernyataan hukum pemantulan gelombang. Berlaku untuk semua jenis gelombang. g. Pembiasan (refraksi) Gelombang Cepat rambat gelombang dalam satu medium adalah tetap. Dan frekwensi suatu gelombang adalah tetap, sehingga panjang gelombang λ adalah tetap juga. Cepat rambat gelombang dalam suatu medium yang berbeda tidak sama. λ =

v f

………………………………………….. (2.18)

Panjang gelombang pada tempat yang lebih dalam dari permukaan adalah lebih besar dibanding dengan panjang gelombang pada daerah yang dangkal (lihat ilustrasi pada gambar berikut:


Gambar 2.3 Panjang gelombang terhadap kedalaman Pada kedalaman d1 ( d1 > d 2) maka menyebabkan pembelokan

λ 1

lebih besar dari

λ 2.

Perubahan panjang gelombang

Gambar 2.4. 2.4. Pembiasan Gelombang Sinar datang dari tempat yang dalam ke tempat yang dangkal sinar akan dibiaskan mendekati garis normal ( r < i), sedang untuk sinar yang datang dari tempat yang dangkal menuju tepat yang dalam sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal ( r > i). n=

n2 n1

=

sin i sin r

=

v1 v2

…………………………………(2.19)

Keterangan : n = = indek bias medium 2 relatif terhadap medium 1 v 1 = cepat rambat gelombang pada medium 1 (m/s) v 2 2 = cepat rambat gelombang pada medium 2 (m/s) n 1 = indek bias medium 1 n 2 = indek bias medium 2 I = sudut sinar datang terhadap garis normal r = = sudut sinar bias terhadap garis normal Indek bias ruang hampa ( = udara) = 1. Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

Jika medium 1 adalah udara, dimana cepat rambat gelombang diudara adalah c dengan panjang gelombang λ 0 . Dan untuk medium 2, jika cepat rambat gelombang adalah v dan panjang gelombangnya λ , maka persamaan (2.19) menjadi: c λ sin i n= = = 0 ………………………………..(2.20) λ sin r v h.

Pembelokan (difraksi) Gelombang

Gelombang lurus akan merambat keseluruh medium dalam bentuk secara lurus juga. Jika gelombang dilewatkan penghalang/ rintangan berupa celah sempit maka gelombang yang datang akan dibelokan setelah melewati celah tersebut. Pembelokan gelombang karena adanya penghalang berupa celah sempit disebut difraksi gelombang.

Gambar 2. 5 Difraksi Gelombang oleh celah sempit I.

Penggabungan (interferensi) Gelombang

Dua gelombang yang bertemu pada suatu titik akan mengalami interferensi. Interferensi destruksi maksimum (saling meniadakan) terjadi jika kedua gelombang yang bertemu fasenya berlawanan. Interferensi konstruktif maksimum (saling memperkuat) terjadi jika kedua gelombang tersebut memiliki fase yang sama.

Gambar 2.6 Interferensi gelombang (a) Interferensi konstruktif (b) Interferensi destruktif

sefase jika jarak pisahnya (x) sama dengan kelipatan bulat dari Dua titik pada gelombang sefase jika fase jika jarak pisahnya sama dengan satu panjang gelombang: x = n λ . Dan berlawanan fase jika kelipatan ganjil dari setengah panjang gelombang. x = (2n-1)λ untuk n = 1,2,3, … ………………….(2.21) . Cepat Rambat Gelombang Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

(a)

Cepat Rambat Gelombang Transversal pada Dawei (Tali)

Tinjau cepat rambat gelombang transversal pada tali (dawai). Percobaan penentuan kecepatan rambat gelombang ini dinamakan Percobaan Melde. Jika gaya tegangan pada tali adalah F, massa jenis tali µ =

m l

,maka kecepatan rambat

gelombang dalam dawei (v) adalah: v=

(b)

F

µ

atau v =

FL m

…………………………..(2.22)

Cepat Rambat Gelombang Bunyi

Bunyi merupakan gelombang longitudinal, yang dapat merambat dalam medium zat padat, gas atau zat cair. Cepat rambat gelombang bergantung pada jenis mediumnya. Pada umumnya cepat rambat gelombang pada medium zat padat lebih besar dari pada medium cair atau gas. 1) Cepat rambat bunyi dalam zat padat Bergantung pada modulus Young dan massa jenis zat padat: v=

E

ρ

………………………………………………(2.23)

Dimana, E = modulus young (N/m2), ρ = massa jenis zat padat (kg/m3) 2) Cepat rambat bunyi dalam gas Bergantung pada suhu dan jenis gas:

v=

RT

γ

M

……………………………………………(2.24)

Dimana, γ = konstanta laplace, R = = konstanta gas umum (J/mol.K), T = suhu mutlak gas (K), M = = massa molekul relatif gas (Kg/mol). 3) Cepat rambat bunyi dalam zat cair Bergantung pada modulus Bulk dan massa jenis zat cair: v=

B

ρ

……………………………………………....(2.25)

Dimana, B = = modulus bulk (N/m2), ρ = massa jenis zat cair (Kg/m 3)

i. Bunyi Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

Bunyi adalah gelombang yang merambat, yang berasal dari getaran sumber bunyi. Contoh sebagai sumber bunyi adalah gitar, pipa organa, trompet dan sebagainya. Sebagai tinjauan teoritis akan diulas untuk kasus gitar dan pipa organa. (a) Dawai sebagai sumber bunyi Mengingat bahwa kecepatan gelombang transversal pada dawai adalah: F

v=

µ

……………………………………………………(2.26)

v maka frekwensi nada dasar atau harmonik pertama pada sumber bunyi dawai adalah: f 0 =

F

1

2 L µ

atau f 0 =

v

2 L

………………………………….(2.27)

Persamaan ini dikenal dengan hukum Marsene . Dan secara umum berlaku hubungan: 1

1. L = (n + 1) λ 2

2. f n = (n + 1) f 0 =

n +1

F

2 L

µ

untuk n = 0, 1, 2, 3, ……

…………(2.28)

(yang berturut-turut menyatakan nada dasar, nada atas pertama, kedua, ketiga dan seterusnya) (b) Pipa organa terbuka Frekwensi pada nada dasar f o (harmonik pertama) adalah: f 0 =

v

2 L

karena L =

1 2

λ 0 ………………………….(2.29)

dan secara umum berlaku hubungan: 1

1. L = (n + 1) λ 0 ……………………………………………………………(2.30) 2

2.

f n = (n + 1)

v

2 L

untuk n = 0, 1, 2, 3,…

…………………….(2.31)

Dan, fo: f1: f2: …= 1: 2: 3:.. (dikenal dengan Hkm I Bernoulli) Untuk pipa organa terbuka berlaku : p = n + 2 dan s = n + 1 ……………………………………..(2.32)

(c) Pipa organa tertutup Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

Frekwensi pada nada dasar f o ( harmonik pertama) adalah: f 0 =

v

4 L

karena L =

1 4

λ 0 ……………………………………..(2.33)

dan secara umum berlaku hubungan: 1

1. L = (2n + 1) λ ……………………………………….(2.34) 4

2. f n = (2n + 1)

v

4 L

untuk n = 0, 1, 2, 3, ….

……….(2.35)

Dan, fo: f1: f2: = 1: 3: 5:.. (dikenal dengan Hkm II Bernoulli) Untuk pipa organa tertutup berlaku : p = n + 1 dan s = n + 1 ………………………………….(2.36) l.

Intensitas Gelombang Bunyi

Intensitas gelombang bunyi (I) didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan persatuan luas persatuan waktu atau daya persatuan luas. Jika ditinjau titik berjarak r dari sumber bunyi, maka intensitas bunyi yang diterima pada titik tersebut adalah: I =

P A

P

=

4 π r 2

…………………………………..(2.37)

Dan perbandingan intensitas gelombang bunyi pada suatu titik yang berjarak r 1 dan r2 dari sumber bunyi adalah: 2

 r  =  1  ……………………………………………(2.38) I 1  r 2  Dan apabila terdapat n sumber gelombang bunyi, maka total intensitas bunyi, merupakan jumlahan dari intensitas masing-masing sumber bunyi. I 2

I Total = I 1 + I 2 + I 3 + ... I n ………………………………..(2.39)

m.

Taraf Intensitas Gelombang Bunyi

Intensitas pendengaran manusia terhadap bunyi adalah terbatas, batas bawah dan batas atas bunyi yang masih bisa didengar oleh manusia masing-masing adalah: 10 -12 ) dan 1 W/m2 (disebut intensitas ambang W/m2 (disebut intensitas ambang pendengaran I o perasaan). Taraf intensitas bunyi (TI) didefinisikan sebagai logaritma perbandingan intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran.

 I  TI = 10 log (dB ) ……………………………………(2.40)  I 0  Apabila terdapat n sumber bunyi maka taraf intensitas total adalah: TI Total = TI + 10 log n ……………………………………(2.41) Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan BunyiKeterangan : Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG D AN AN BUNYI

n = banyaknya sumber bunyi TI = taraf intensitas intensitas bunyi bunyi ( desibel desibel (dB) )

Jika taraf intensitas di suatu titik yang berjarak r1 adalah TI1 dan yang berjarak r 2 adalah TI2, maka hubungan antara kedua besaran dapat dinyatakan dengan hubungan matematis sebagai berikut: 2

n.

 r  TI 2 = TI 1 − 10 log 2  …………………………………(2.42)  r 1  Pelayangan Bunyi

Untuk dua gelombang bunyi yang bergerak dengan arah yang sama, amplitudo sama tetapi frekwensinya berbeda, maka akan terdengan suara keras dan lemah secara bergantian. Peristiwa ini disebut pelayangan bunyi. Jika gelombang bunyi tersebut masing-masing mempunyai frekwensi f 1 dan f2, maka pelayangan bunyi kedua gelombang tersebut: (1) Waktu antara dua pelayangan: ∆T = T 2 − T 1 =

1 f 2 − f 1

……………………….(2.43)

(2) Frekwensi pelayangan: ∆ f =

1 ∆T

……………………………(2.44)

= f 2 − f 1

Keterangan : ∆f = frekuensi layangan bunyi (Hz)

f 2 = frekuensi yang lebih tinggi (Hz) f 1 = frekuensi yang lebih rendah (Hz) ∆T = waktu antara dua pelayangan (sekon)

o.

Efek Doppler


Peristiwa perubahan frekwensi bunyi akibat gerakan sumber bunyi disebut Efek doppler. Frekwensi suatu gelombang bunyi akan bertambah titnggi ketika sumber bunyi atau pendengar atau keduanya saling mendekati, dan sebaliknya bertambah rendah jika sumber bunyi atau pendengar atau keduanya saling menjauhi. Dan secara matematis dinyatakan sengan formulasi sebagai berikut:

f P =

v ± vP v ± vs

f s ……………………………..(2.45)

Dalam hal ini pengaruh kecepatan angin diabaikan. f P P = frekuensi yang didengar oleh pendengar (Hz) f s = frekuensi sumber bunyi (Hz) v = cepat rambat bunyi di udara (m/s) v P P = kecepatan pendengar (m/s) vS = kecepatan sumber bunyi (m/s)

Keterangan :

v P = pendengar mendekati sumber bunyi (+)= P (+) vP (-) (-) = pendengar menjauhi sumber bunyi v S = sumber bunyi menjauhi pendengar (+)= S (+) vS (-)= (-)= sumber bunyi mendekati pendengar

p.

Peristiwa yang berhubungan dengan bunyi •

• •

Resonansi Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena getaran sumber bunyi bunyi lain syarat syarat frekuensi keduanya harus sama atau kelipatannya,. Kegunaan resonansi adalah untuk menentukan cepat rambat bunyi di udara. Interferensi bunyi Pelayangan Bunyi

Contoh - contoh Soal: Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

1) Sebuah benda massa 2 kg melakukan getaran selaras dengan dengan amplitudo 25 cm dan perioda 3 detik. Tentukan kecepatan maksimum, percepatan maksimum, energi kinetik maksimum dan energi potensial maksimum ! Penyelesaian : Tinjau: persamaan simpangan getaran harmonik sederhana: m = 2kg A = 25cm = 0,25m T = 3 det ik

ω =

2π

6,28

= 2,093rad / sekon 3 T A = 2,093 x0,25 = 0,52m / s ∗ V Maks = ω =

2

∗ a Masks = ω A = (2,093) 0,25 = 1,095m / s 2

∗ E KMaks = E PMaks =

1

2

mω 2 A 2

2 1

2

2

= x 2(2,093) (0,25) = 0,13 J

2

2) Suatu gelombang merambat dengan dengan kecepatan 50 m/det, panjang gelombangnya 0,5 m. Berapa banyak gelombang yang terbentuk dalam 1 detik. Medium dianggap mempunyai panjang tidak terbatas ! Penyelesaian : v = 50m / s

λ = 0,5m f =

ν 50m / s = = 100 Hz λ 0,5m

Jadi banyaknya gelomban dalam waktu satu detik adalah 100 gelombang 3) Sebuah gelombang lurus datang pada bidang batas antara antara dua medium dengan sudut datang 30o. Jika indeks bias medium 2 relatif terhadap medium 1 adalah 2. Tentukan sudut biasnya, lukislah sinar dan muka gelombang datang, demikian pula sinar dan gelombang bias !

Penyelesaian : Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

i =300, n = 2, sin i sin r

=n

sin 300 sin r sin r =

=2

1 2

sin 300

sin r = = ¼ r = = 14, 480 4) Tegangan seutas dawai dawai yang panjangnya 0,9 m diatur sedemikian sedemikian rupa sehingga terjadi gelombang stasioner seperti pada gambar. Jika frekuensi gelombang 50 Hz, tentukan cepat rambat gelombang transversal pada dawai !

Penyelesaian : L = 2λ = 0,9m

λ =

0,9

= 0,45m 2 f = 50 Hz

v = ....? v = λ f v = 0,45 x50 = 22,5m / s

5) Sepotong dawai yang panjangnya 80 cm dan massanya 8 gram dijepit kedua ujungnya dan terentang tegang dengan tegangan 800 N. Maka frekwensi nada atas pertama adalah ! Penyelesaian :

L = 0,8m m = 8 x10 −3 kg F = 800 N f 1 = ..... ? f 1 = f 1 =

1

FL

L

m

1

800 x0,8

0,8 8 x10 −3 6) Sebuah sumber bunyi bunyi mempunyai taraf taraf intensitas 8 bel. Jika jumlah semua sumber f 1 = 353,6 Hz 10 dengan taraf intensitas yang sama dan berbunyi secara serentak, maka taraf

intensitas total yang dihasilkan adalah ! Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

Penyelesaian : n = 10 TI = 8 Bell = 80dB TI 10 = ......? TI n = TI + 10 log n TI 10 = 90dB

7) Sebuah mobil polisi sambil membunyikan sirine dengan frekwensi 1600 Hz mengejar mobil lain dengan kecepatan 40 m/s. Dan kecepatan mobil yang dikejar 25 m/s. Jika kecepatan gelombang bunyi di udara 340 m/s. Tentukan frekwensi gelombang bunyi yang terdengan oleh orang di dalam mobil yang dikejar polisi tersebut ! Penyelesaian : f s = 1600 Hz vP = 25m / s vS = 40m / s v = 340m / s f P = ...... ? f P = f P =

v ± vP v ± vv

f S

340 − 25

1600 34 + 40 f P = 1326,3 Hz

c. Rangkuman 

Gelombang adalah getaran getaran atau energi yang yang merambat. Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI


  



Gelombang mekanik,: adalah gelombang yang membutuhkan medium untuk merambat. Gelombang elektromagnetik,; elektromagnetik,; adalah gelombang yang tidak membutuhkan medium medium untuk merambat. Gelombang transversal, transversal, adalah gelombang yang arah getar dan arah rambatnya saling tegak lurus. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getar dan arah rambatnya sejajar. Persamaan dasar gelombang: v=

 



 



T

f = λ

Sifat umum gelombang, pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pembelokan (difraksi), dan penggabungan (interferensi) Muka gelombang, adalah tempat kedudukan titik-titik pada gelombang yang mempunayi fase yang sama. Jarak antara muka gelombang yang berdekatan sama dengan panjang gelombang ( ? ). Pembiasan adalah pembelokan gelombang yang datang dari suatu medium m edium menuju medium lain yang berbeda. Dan berlaku hubungan sebagai berikut: n v λ sin i n= 2 = = 1 = 1 n1 sin r v2 λ 2 Difraksi adalah pembelokan gelombang ketika gelombang melalui penghalang berupa celah sempit. Interferensi adalah penggabungan antara dua gelombang atau lebih pada suatu titik. Terjadi interferensi konstruktif (saling menguatkan) jika gelombang yang berinterferensi tersebut memiliki fase yang sama. Sebaliknya akan terjadi interferensi destruktif (saling melemahkam) jika gelombang-gelombang yang berinterferensi tersebut fasenya berlawanan. Jika ditinjau titik berjarak r dari sumber bunyi, maka intensitas bunyi yang yang diterima pada titik tersebut adalah: I =



λ

P A

=

P

4π r

Dan perbandingan perbandingan intensitas gelombang gelombang bunyi bunyi pada suatu titik yang berjarak r1 dan r2 dari sumber bunyi adalah: 2

 r  =  1  I 1  r 2  Jika terdapat n sumber gelombang bunyi, bunyi, maka total intensitas intensitas bunyi adalah: I 2



(W / m ) 2

2

I Total = I 1 + I 2 + I 3 + .... I n





Taraf intensitas bunyi bunyi (TI) didefinisikan sebagai sebagai logaritma perbandingan perbandingan intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran.

 I  TI = 10 log (dB )  I 0  Jika terdapat n sumber bunyi maka taraf intensitas total adalah: TI Total = TI + 10 log n

Jika taraf intensitas di suatu titik yang berjarak r 1 adalah TI1 dan yang berjarak r2 adalah TI1 dan yang berjarak r2 adalah TI2: 2



 r  TI 2 = TI 1 − 10 log 2   r 1  Peristiwa perubahan frekwensi frekwensi bunyi akibat gerakan sumber bunyi disebut Efek doppler. Dan secara matematis dinyatakan sengan formulasi sebagai berikut : f P =

v ± vP v ± vS

f s

d. Tugas 2 Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

1. Jelaskan perbedaan perbedaan prinsip antara konsep getaran dan konsep gelombang! gelombang! 2. Di antara karakteristik manakah dari sebuah gelombang yang selalu berubah ketika suatu gelombang dipantulkan, dibiaskan atau didifraksikan (panjang gelombang, cepat rambat gelombang, periode, frekwensi, dan arah rambat). Jelaskan!

3. Jelaskan bagaimana sifat gelombang jika dirambatkan dari satu medium ke medium yang lain. Tinjau karakteristik besaran-besaran yang terkait panjang gelombang, indek bias medium, cepat rambat gelombang, dan sudut bias gelombang. 4. Berkas cahaya merambat merambat melewati satu medium ke medium yang lain. Jelaskan besaran apa saja yang berubah dan yang tidak berubah!

5. Sebuah gelombang transversal mempunyai periode 3 s. Jika jarak antara titik yang berurutan yang sama fasenya 9 cm, maka tentukan berapa cepat rambat gelombang tersebut. 6. Jika amplitudo suatu suatu gelombang dijadikan 3 kalinya, maka bagaimana dengan kecepatan, percepatan dan energi gelombang. Jelaskan!

7. Dalam perambatannya perambatannya gelombang bunyi memindahkan energi. Besar Besar energi yang dirambatkan bergantung pada apa saja, jelaskan! 8. Dapatkah gelombang bunyi mengalami peristiwa: interferensi, difraksi, refraksi, polarisasi dan refleksi. Jelaskan! 9. Jika sumber bunyi di udara bergetar dengan dengan frekwensi 1360 Hz dan kecepatan perambatannya adalah 340 m/s. Jika sumber bunyi lain mempunyai frekwensi 680 Hz. Bagaimana kecepatan perambatan gelombang bunyi tersebut di udara yang mempunyai kondisi yang sama dengan sumber pertama tadi. Jelaskan! 10. Jelaskan apa apa yang anda ketahui tentang frekwensi audio, frekwensi infrasonik dan frekwensi ultrasonik. Dan apa yang anda ketahui tentang ultrasonografi, jelaskan !

Lembar Kerja Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

Menetukan cepat rambat bunyi di udara A. Bahan:  Air  Kertas untuk menggambar grafik B. Alat:  2 buah garbu tala  2 set pipa organa tertutup  meteran  gelas ukur  Stop wacth C. Langkah kerja: 1. Isi pipa organa (dari gelas) gelas) dengan air dengan dengan ketinggian air yang yang berbeda (lihat gambar). 2. Bunyikan gardu tala di atas pipa organa, organa, dan pastikan terjadi penguatan bunyi. bunyi. 3. Setelah terjadi penguatan bunyi bunyi (resonansi bunyi terjadi), ukur ketinggian rongga rongga udara di atas air pada pipa organa 4. Hubungan ketinggian rongga udara dengan panjang gelombang, dinyatakan dengan λ n =

4 Ln

(2n − 1)

n = 0, 1, 2, ….. yang berturut–turut menyatakan untuk ada

dasar, nada atas pertama, nada atas kedua dan seterusnya. 5. Karena frekwensi garpu tala tala sudah diketahui maka maka cepat rambat bunyi bunyi di udara dapat dihitung dengan menggunakan formulasi:

e. Tes Formatif 2 Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI



Suatu berkas cahaya cahaya dengan panjang gelombang gelombang 8,0 x 10-6 cm cm masuk dari udara ke dalam balok kaca yang indek biasnya 1,5. Tentukan panjang gelombang cahaya di dalam kaca. Jika cepat rambat gelombang diudara c = 3 x 108 m/s, berapa cepat rambat gelombang dalam kaca.



Sebuah balok yang panjangnya panjangnya 140 cm dijepit dengan kuat tepat ditengahnya. Ternyata diantara ujung bebas dan bagian balok yang dijepit (ujung tetap) terjadi gelombang stasioner seperti pada gambar.

Jika frekwensi resonansi sehubungan dengan gelombang stasioner tersebut adalah 7 kHz. Tentukan cepat rambat gelombang pada balok. 

Frekwensi sebuah pembangkit gelombang air adalah 40 Hz ketika jarak antara dua muka gelombang berdekatan adalah 2,0 cm. Jika frekwensi pembangkit diubah, maka jarak antar muka gelombang terdekat adalah 5,0 cm. Tentukan frekwensi baru pembangkit tersebut !



Bila garbu tala digetarkan digetarkan pada dawai, terjadi gelombang gelombang stasioner seperti seperti pada gambar berikut, berapakah kecepatan rambat gelombang pada dawai tersebut !



Sebuah gelombang lurus datang pada bidang batas antara dua dua medium denga sudut datang 30o. Jika indek bias medium 2 relatif terhadap medium 1 adalah 2 2 1 . Tentukan sudut biasnya !

f. Tindak Lanjut Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI

Anda yang telah mencapai skor 8,00 pada tes formatif 1 diperkenankan melanjutkan pembelajaran ke kegiatan belajar II. Untuk anda yang mencapai skor antara 6,00 – 8,00 diharuskan mengulang tes formatif II. Untuk anda yang mencapai < 6,00 diharuskan mengulang kegiatan belajar II.


KUNCI JAWABAN tugas 2. 1. Perbedaan prinsipnya semua besaran yang terdapat pada getaran di miliki oleh gelombang kecuali arah rambat gelombang, panjang gelombang dan cepat rambat gelombang . 2.

Yang selalu berubah ubah ketika suatu gelombang di pantulkan, dibiaskan dan didifraksikan adalah : Panjang gelombang, arah rambat dan cepat rambat gelombangnya. Sedangkan periode dan frekwensinya selalu tetap.

3.

Panjang gelombang berubah, cepat rambat berubah, sudut bias berubah dan indek bias tetap .

4.

Besaran yang berubah adalah cepat rambat gelombangnya sedangkan frekwensinya tetap.

5.

Diketahui gelombang T = 3 Sekon Dua titik fasenya sama x =λ = λ = = 9x10-2 m Ditanya v = …….?

gelombang

dan

panjang

Penyelesaian : λ v= v=

6.

T

9 x10 − 2 3

−2

= 3 x10 m / s

Jika amplitudonya dijadikan tiga kalinya maka : A cos θ Kecepatannya menjadi 3 kali semula v = ω  Percepatannya menjadi 3 kali semula a = ω 2 A  

Energinya menjadi 9 kali semula E =

1 2

kA

2

7.

Energi bunyi di pengaruhi oleh : • Frekwensi • Amplitudo • Jenisnya medium yang di laluinya

8.

Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal dapat mengalami peristiwa : Interferensi, Difraksi, Refraksi dan refleksi sedangkan peristiwa polarisasi hanya terjadi pada gelombang elektro magnetik.

9.

Diketahui : f 1 = 1360 Hz v = 340m / s f 2 = 680 Hz

Kondisi v …..? Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi


Penyelesaian : v1 = f 1 xλ 1

λ 1 =

v1 f 1

λ 1 =

340

1360 v2 = f 2 xλ 2

λ 2 = λ 2 =

= 0,25m

v2 f 2

340 680

= 0,50m

Pada kedua kondisi tersebut, kecepatan rambat bunyi di udara adalah sama, yang mengalami perubahan adalah panjang gelombangnya.

audio adalah : Adalah frekwensi gelombang bunyi 10. Frekwensi audio adalah bunyi yang dapat di dengar oleh telinga manusia normal dengan batas frekuwensi 20 HZ sampai dengan 20.000 Hz. Frekwensi infrasonik adalah frekuensi sumber bunyi yang kurang dari 20 Hz. Frekwensi Ultrasonik adalah frekuensi sumber bunyi yang lebih dari 20 kHz Ultrasonography (USG) adalah alat deteksi dengan menggunakan gelombang Ultrasonik yang digunakan di bidang medis Tes Formatif 2 1) 5,33 x 10-8 m 2) 32,67 m/s 3) 16 Hz 4) 352 m/s 5) r = 450

BAB III EVALUASI A. Tes Tulis Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi


1. Suatu berkas cahaya cahaya dengan panjang panjang gelombang 4,0 4,0 x 10-6 cm masuk dari udara ke dalam balok kaca yang indek biasnya 1,5. Tentukan panjang gelombang cahaya didalam kaca. Jika cepat rambat gelombang diudara c = 3 x 108 m/s, berapa cepat rambat gelombang dalam kaca. 2. Tentukan harga perbandingan perbandingan anatara fa: fb untuk sistem pegas berikut ini:

3.

Sebuah balok yang yang panjangnya 160 cm dijepit dengan dengan kuat tepat di tengahnya. Ternyata di antara ujung bebas dan bagian balok yang dijepit (ujung tetap) terjadi gelombang stasioner seperti pada gambar. Jika frekwensi resonansi sehubungan dengan gelombang stasioner tersebut adalah 4 kHz. Tentukan cepat rambat gelombang pada balok.

4. Sebuah getaran pegas memiliki amplitudo 4 cm, tentukan simpangan getaran sederhana, pada saat energi kinetik benda sama dengan 2 kali energi potensial. 5. Agar taraf intensitas bunyi bunyi berkurang 10 dB, dB, maka jarak titik tempat pendengar pendengar ke suatu sumber bunyi harus dijadikan berapa kali 6. Tinjau sumber bunyi bunyi mempunyai taraf taraf intensitas 40 dB, jika jika ada 100 sumber sumber bunyi yang identik, dibunyikan secara serentak, tentukan taraf intensitas yang dihasilkan. Dan berapa intensitas total sumber bunyi tesebut. (log 2 = 0,301). 7. Sepotong dawai yang panjangnya 80 cm dan massanya 8 gram dijepit kedua ujungnya dan terentang tegang dengan tegangan 800 N. Maka frekwensi nada atas pertama adalah? 8. Suatu berkas cahaya cahaya dengan panjang gelombang gelombang 6,0 x 10-6 cm cm masuk dari udara ke dalam air yang indek biasnya 1,4 Tentukan panjang gelombang cahaya didalam kaca. Jika cepat rambat gelombang diudara c= 3 x 108 m/s, berapa cepat rambat gelombang dalam kaca. Modul-FISIKA – SMK. GETARAN GELOMBANG DAN BUNYI


9. Kereta api bergerak dengan dengan laju 36 km/jam km/jam menuju stasiun sambil sambil membunyikan sirine. Bunyi sirine itu terdengar oleh orang yang sedang menunggu di stasiun dengan frekwensi 720 Hz. Laju bunyi di udara 340 m/s. Tentukan berapa frekwensi sirine tersebut. 10. Sebuah kapal menggunakan pulsa ultrasonik untuk menentukan ke dalaman laut. Pulsa dikirimkan ke dasar laut, dan pulsa pantulan terdeteksi 4 sekon kemudian. Berapa kedalaman laut tersebut, jika kecepatan bunyi dalam air laut 1600 m/s.

B. Tes Kinerja





Tujuan: • Menetukan percepatan gravitasi bumi



Bahan : • •





Beban / bola pejal Benang nilon

Alat : •

Statif dengan klem

• •

Mistar / penggaris Stop watch

•

Busur derajat

Langkah kerja : 1. Membuat sistem seperti seperti pada gambar, dengan panjang panjang tali tertentu (cukup, (cukup, L >> x) 2. Menyimpangkan ayunan dengan θ kecil ( < 10o) 3. Melepas beban kemudian mencatat waktu (t) untuk 10 kali ayunan, dari pengukuran ini diperoleh T (periode). 4. Mengulangi langkah langkah (1-3), dengan panjang tali tali yang berbeda-beda. berbeda-beda. 5. Dengan data pengukuran tersebut gunakan kertas grafik untuk menentukan percepatan gravitasi.

Lembar Penilaian Kinerja Modul.FIS.10 Getaran Gelombang Gelombang dan Bunyi





KUNCI JAWABAN EVALUASI A. Kunci Jawaban Tes Tertulis 1. 2,67 x 10-8 m 2. fa: fb = 2 : 3 3. 21,33 m/s 4. x = 2,3 cm cm 5. r2 = 3,16 r1 6. 63,01 dB 7. 125 Hz 8. 2,14 x 108 m/s 9. 698,8 Hz 10. 3.200 m


BAB IV PENUTUP Apabila Anda telah mencapai skore skore 80 pada tes tulis dan nilai AB AB pada tes kinerja kinerja dalam BAB III, anda dinyatakan memenuhi syarat syarat kelulusan, maka maka anda berhak berhak untuk melanjutkan ke modul FIS.11 (Suhu dan Kalor). Berkonsultasilah dengan guru pembimbing anda, untuk untuk menentukan menentukan kemodul mana anda melanjutkan.


DAFTAR PUSTAKA Djonoputro, B.D., 1984. Teori Ketidakpastian. Terbitan kedua. Bandung: Penerbit ITB. Giancoli, D.C., 1995, PHYSICS (Fourth Edition). New Jersey: Prentice Hall. Halliday, D., Resnick, R., 1994, PHYSICS, terjemahan: Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. Jakarta: Erlangga. Hibbard, M.K. 2000. Performance Assessment in The Science Classroom. New York: GLENCOE McGraw-Hill. Tim GLENCOE. 1997. Alternate Assessment in The Science Classroom. New York: GLENCOE McGraw-Hill. Tippens, P.E., Zitzewitz, P.W., Kramer, C. 1995. Laboratory Manual For PHYSISCS. Fifth edition. New York: GLENCOE McGraw-Hill. Wilson, J. D. dan Buffa, A. J. 1997. College PHYSICS. Third Edition. Upper Saddle River: Prentice Hall. Zitzewitz, P.W., Davids, M., Guitry, N.D., Hainen, N.O., Kramer, C.W, Nelson, J.B., Nelson, Jim, 1999, PHYSICS, Principles and Problems (Teacher Wraporound Edition). USA GLENCOE McGraw-Hill. Wasis dan Hasanah, Retno, 2004, Penerbit Direktorat Dikmenjur

Modul Sistem Sistem Satuan dan Pengukuran, Pengukuran, Jakarta,


Fis10 Getaran Gelombang Dan Bunyi Rev

Recommend Documents