Percobaan Melde Pengalaman Belajar
Mengukur cepat rambat gelombang gelombang pada tali melalui percobaan gelombang stasioner (Percobaan Melde)
Tujuan
Mengukur panjang gelombang untuk menemukan cepat rambat g elombang pada tali
Alat dan Bahan
-
Penggetar/vibrator Katrol Beban gantung Mistar Tali dengan empat jenis yang berbeda
A. Langkah Kerja
1. Susunlah peralatan sebagai berikut:
2. Hidupkan penggetar sehingga terbentuk gelombang stasioner seperti gambar berikut:
Informasi:
Untuk memperoleh gelombang stasioner yang terdiri dari simpul dan perut dapat diatur frekuensi penggetar yang digunakan dan atau mengubah jarak penggetar terhadap katrol sebagai ujung terikat. Jarak dari titik simpul ke titik simpul terdekat sama dengan setengah gelombang. Jika jarak titik simpul ke titik simpul = x, maka panjang gelombang dapat dihitung dengan persamaan λ = 2 x 3. Lakukan percobaan untuk mencari hubungan antara cepat rambat gelombang pada tali dengan tegangan tali. Lakukan percobaan untuk empat beban yang berbeda. Informasi:
percobaan dilakukan dengan cara mengganti beban kemudian sesuaikan dengan frekuensi penggetar supaya didapatkan gelombang stasoner yang paling mudah diamati. Tegangan tali disebabkan karena beban gantung, sehingga besar tegangan tali F = w = m.g 4. Lakukan pula percobaan untuk mencari hubungan antara jenis tali (yang dinyatakan dengan massa per satuan panjang tali) dengan cepat rambat gelombang. Lakukan percobaan untuk empat jenis tali yang berbeda. Informasi:
massa per satuan panjang tali biasanya dinyatakan dengan lambang µ 5. Catatlah data hasil percobaan dalam tabel, kemudian buatlah grafik sesuai data tabel yang diperoleh! B. Data Hasil Percobaan
1. Data hasil percobaan untuk mendapatkan hubungan antara cepat rambat gelombang dengan tegangan tali.
Buatlah grafik hubungan antara tegangan tali (F) dengan kuadrat kecepatan (v 2)
2. Data hasil percobaan untuk mencari hubungan antara jenis tali dengan cepat rambat
gelombang.
Buatlah grafik hubungan antara µ dengan kuadrat kecepatan (v2)
C. Analisis Data
1. Dari tabel data yang diperoleh, kecenderungan apa yang dapat ditafsirkan pada hubungan massa beban dan cepat rambat gelombang? Berikan Alasan! _____________________________________________________ __________________ 2. Berdasarkan grafik hubungan antara F dan v 2, hubungan apa yang terdapat antara kedua besaran? Bagaimana perkiraan rumusan atau formula yang sesuai? ______________________________________________________________ ____ _____ 3. Dari tabel data yang diperoleh, kecenderungan apa yang dapat ditafsirkan pada hubungan jenis tali dan cepat rambat gelombang? Berikan Alasan! ______________________________________________________________ ____ _____ 4. Berdasarkan grafik hubungan antara µ dan v 2, hubungan apa yang terdapat antara kedua besaran? Bagaimana perkiraan rumusan atau formula yang sesuai? ______________________________________________________________ ____ _____ 5. Andaikata rumusan yang diperoleh antara nomor D.2 dan D.4 dig abungkan, rumusan atau formula apakah yang dapat dituliskan ____________________________________________________________ ______
_____ 6. Dari table 1 dan 2 hitunglah besar perkiraan kesalahan pengukuran yang terjadi pada masing-masing percobaan! ______________________________________________________________ ____ _____ D. Kesimpulan
1. Hubungan antara besar tegangan talli dengan cepat rambat g elombang pada tali adalah ____________________________________, sehingga makin besar tegangan tali maka ______________________________________________________________ ____ ____ 2. Hubungan antara jenis tali dengan cepat rambat gelombang pada tali adalah ___________________________________________, sehingga makin besar massa per satuan panjang tali maka _________________________________________________ 3. Dengan demikian cepat rambat gelombang pada tali tergantung pada ______________________________________________________________ ____ ____ E. Tindak Lanjut dan Aplikasi dalam Kehidupan
Gelombang stasioner dapat dijumpai dengan mudah pada alat musik petik seperti gitar. Ketika senar gitar dipetik pada nada tertentu, senar ditekan untuk memberi tegangan yang sesuai sehingga dihasilkan nada yang diinginkan. Getaran senar membentuk gelombang stasioner dengan ujung dawai sebagai simpul. Selain tekanan senar diposisikan berbeda untuk mendapatkan nada yang berbeda pula, senar gitar dibuat dari bahan yang berbeda. Perbedaan bahan maupun ukuran senar dapat mempengaruhi nada yang berbeda. Perbedaan bahan seperti bahan serat atau logam menunjukan perbedaan massa jenis. Sedangkan perbedaan ukuran mempengaruhi luas penampang senar. Hubungan antara massa jenis, luas penampang dan nada-nada senar dapat ditunjukan dengan persamaan:
Keterangan: f = frekuensi nada senar dalam Hz F = gaya tegang tali dalam Newton L = panjang tali dalam m µ = masa persatuan panjang tali dalam kg/m m = massa tali dalam kg ρ = massa jenis tali dalam kg/m3 A = luas penampang tali dalam m2
Tugas dirumah : Perhatikan gambar gitar berikut, kemudian amati dan coba dipetik nada dasar tanpa menekan senar dalam posisi apapun. Makin besar massa jenisnya, makin rendah nadanya (senar paling atas). Begitu pula akan didapatkan bahwa, makin kecil luas penampang akan semakin tinggi nada yang dihasilkan (senar paling bawah).
http://www.edukasi.net/index.php?mod=script&cmd=Bahan%20Belajar/Materi%20Pokok/view&id=377&uniq=37 00
Hukum Melde 1.4.4 Hukum MELDE Hukum Melde mempelajari tentang besaran-besaran yang mempengaruhi cepat rambat gelombang transversal pada tali. Melalui percobaannya (lakukan kegiatan 1.1), Melde menemukan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai sebanding dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai. Percobaan Melde digunakan untuk menyelidiki cepat rambat gelombang transversal dalam dawai. Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 1.15 percobaan Melde
Pada salah satu ujung tangkai garpu tala diikatkan erat-erat sehelai kawat halus lagi kuat. kawat halus tersebut ditumpu pada sebuah katrol dan ujung kawat diberi beban, misalnya sebesar g gram. Garpu tala digetarkan dengan elektromagnet secara terus menerus, hingga amplitudo yang ditimbulkan oleh garpu tala konstan. Untuk menggetarkan ujung kawat A dapat pula dipakai alat vibrator. Dalam kawat akan terbentuk pola gelombang stasioner. Jika diamati akan terlihat adanya simpul dan perut di antara simpul-silpul tersebut. Diantara simpul-simpul itu antara lain adalah A dan K, yaitu ujung-ujung kawat tersebut, ujung A pada garpu tala dan simpul K pada bagian yang ditumpu oleh katrol. Pada seluruh panjang kawat AK = L dibuat terjadi 4 gelombang, maka kawat mempunyai λ1 = ¼ L. Jika f adalah frekuensi getaran tersebut, maka cepat rambat
gelombang dalam kawat adalah v 1 = f . λ1 = ¼ fL. Jadi, sekarang beban ditambah hingga menjadi 4 gram, maka pada seluruh panjang kawat ternyata hanya terjadi 2 gelombang, jadi 2λ2 = L, λ2 = ½ L sehingga : v 2 = f . λ2 = ½ fL
Kemudian beban dijadikan 16 gram, maka pada seluruh panjang kawat hanya terjadi satu gelombang, jadi : λ 3 = L, maka v3 = f . λ3 = f L. Beban dijadikan 64 gram, maka pada seluruh
panjang kawat hanya terjadi 1/2 gelombang, jadi : ½ λ4 = L ; λ4 =2 L sehingga v4 = f . λ4 = 2f . L Dari hasil pengamatan ini, maka timbul suatu anggapan atau dugaan, bahwa agaknya ada hubungan antara cepat rambat gelombang dengan berat beban, yang pada hakekatnya merupakan tegangan dalam kawat. data pengamatan tersebut di atas kita susun sebagai :
Pengamatan I
F1 = g
l1 = ¼ L
v1 = ¼ fL
Pengamatan II
F2 = 4g
l2 = ½ L
V2 = ½ fL
Pengamatan III
F3 = 16g
l3 = L
V3 = fL
Pengamatan IV
F4 = 64g
l4 = 2L
V4 = 2 fL
Data di atas kita olah sebagai berikut : v2 /v1 =2, dan F2 /F1 = 4 v3 /v1 =4, dan F3 /F1 = 16
v4 /v1 =8, dan F4 /F1 = 64 Kesimpulan: Cepat rambat gelombang dalam tali, kawat, dawai berbanding senilai dengan akar gaya tegangan kawat, tali dawai tersebut. Percobaan di atas diulang kembali dengan bahan sama, panjang kawat tetap, beban sama (dimulai dari 16g gram), hanya saja luas penampang kawat dibuat 4 kali lipat, maka dapat kita amati sebagai berikut : λ1’= ½ L ; v'1 = ½ fL
v3 = f .L (dari percobaan pertama, dengan menggunakan 16g gram) maka : v1’/v3 = ½ Percobaan diulangi lagi dengan beban tetap 16g gram, akan tetapi kawat diganti dengan kawat yang berpenampang 16 kali lipat (dari bahan yang sama dan panjang tetap), maka dalam kawat terjadi 4 gelombang, sehingga : λ2’= ¼ L ; v2’ = ¼ fL sehingga : v2’/v3 = ¼ .
Apabila panjang kawat tetap dan dari bahan yang sama, sedangkan penampang diubah, maka berarti sama dengan mengubah massa kawat. Jika massa kawat semula adalah m 1, maka pada percobaan tersebut massa kawat berturut-turut diubah menjadi m 2 = 4 m1 dan m3 = 16 m1. Berdasarkan data percobaan kedua, maka setelah diolah sebagai berikut : v1’/v3 = ½ dan m2 /m1 =4m1 /m1 =4 v2’/v3 = ¼ dan m3 /m1 = 16m1 /m1= 16 Dari pengolahan data tersebut dapatlah disimpulkan bahwa: Cepat rambat gelombang berbanding balik nilai akar kuadrat massa kawat, asalkan panjangnya tetap. Percobaan selanjutnya diulangi lagi, akan tetapi diusahakan agar massa kawat antara simpul-simpul A dan K tetap, sedangkan panjang AK variabel. Ternyata cepat rambatnyapun berubah pula, meskipun beban tidak berubah, Kalau jarak AK menjadi ¼ jarak semula yaitu = ¼ L, maka cepat rambatnya menjadi ½ kali semula, sebaliknya jika panjang kawat AK
dilipat empatkan dari AK semula, menjadi 4L, maka cepat rambatnya menjadi 2 kali cepat rambat semula, asalkan massa kawat tetap. Dari percobaan ketiga ini dapatlah disimpulkan. Untuk massa kawat yang tetap, maka cepat rambat gelombang berbanding senilai dengan akar kuadrat panjang kawat. Kesimpulan (2) dan (3) dapat disatukan menjadi : Cepat rambat gelombang dalam kawat berbanding terbalik nilai dengan akar massa persatuan panjang kawat. Jika massa persatuan panjang kawat ini dimisalkan atau dilambangkan dengan, maka kesimpulan (1) sampai dengan (3) di atas dapat dirumuskan menjadi :
......................................................1.17 Dengan: v = cepat rambat gelombang dalam kawat (tali, dawai) F = gaya tegangan kawat m = massa persatuan panjang kawat k = faktor pembanding, yang dalam SI harga k = 1. http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=23:hukummelde&catid=1:gelombang-mekanik&Itemid=68
