LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR II “ GELOMBANG TALI “
Oleh
Nama
: Yestri Hidayati
NPM
: A1E011062
Semester
: II. B
Tanggal Praktikum
:
April 2012
UNIVERSITAS BENGKULU FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM LABORATORIUM PENGAJARAN FISIKA 2012
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya kita sering melihat adanya gelombang,salah gelombang,salah satu contoh gelombang adalah gelombang tali. Jika kita menggoyang salah satu ujung tali (atau pegas) dan ujung yang satunya tetap, suatu gelombang yang kontinu akan merambat ke ujung yang tetap dan dipantulkan kembali, dengan terbalik. Sementara kita menggetarkan tali tersebut, akan ada gelombang yang merambat di kedua arah, dan gelombang yang merambat ke ujung tetap akan berinterferensi dengan gelombang pantulan yang kembali. Biasanya akan ada kekacauan. Tetapi jika kita menggetarkan menggetarkan tali dengan frekuensi yang tepat, kedua gelombang akan berinterferensi. Dari penjelasan di atas, maka melakukan percobaan secara langsung. Alasan kami melakukan percobaan ini untuk mengetahui tentang gelombang berdiri seutas tali dan menentukan besarnya frekuensi vibrator beserta cepat rambat gelombang yang dihasilkan.
1.2 Rumusan Masalah
a. Bagaimana hubungan antara frekuensi gelombang dengan panjang gelombang (λ)? (λ)? b. Bagaimana hubungan antara cepat rambat gelombang dengan tegangan tali? 1.3 Tujuan
a. Mempelajari hubungan antara frekuensi gelombang dengan panjang gelombang (λ) b. Mempelajari hubungan antara cepat rambat gelombang dengan tegangan tali 1.4 Definisi Istilah
Gelombang
adalah
suatu
gangguan
yang
menjalar
dalam
suatu
medium.Simpul adalah titik interferensi destruktif, dimana tali tetap diam,
Perut adalah titik-titik interferensi konstruktif, dimana tali berosilasi
dengan amplitude maksimum,
Frekuensi, f, adalah jumlah puncak-atau siklus lengkap-yang melewati
satu titik per satuan waktu.
Periode,T , adalah 1/f, dan merupakan waktu yang berlalu antara dua
puncak berurutan yang melewati titik yang sama pada ruang.
Kecepatan gelombang, v, adalah kecepatan diman puncak gelombang
(atau bagian lain dari gelombang) gelombang) bergerak.
Amplitudo
adalah ketinggian maksimum puncak, atau kedalaman
maksimum lembah, relatif terhadap tingkat normal (atau seimbang). 1.5 Hipotesis
a. Tidak ada hubungan antara frekuensi gelombang dengan panjang gelombang b. Hubungan kecepata gelombang dengan panjang gelombang dapat di nyatakan sebagai berikut:v=λ. berikut:v= λ. F
1.6 Tinjauan Pustaka
Gerak gelombang muncul di hampir tiap-tiap cabang fisika. Gelombang mekanis berasal di dalam pergeseran dari suatu bagian medium elastis dari kedudukan normalnya. Sifat-sifat medium yang menentukan laju sebuah gelombang melalui medium tersebut tersebut adalah inersianya inersianya dan elastisitasnya. elastisitasnya. Kedua faktor ini bersama-sama akan menentukan laju gelombang. (Halliday dan Resnick, 1998:609-610) Gelombang yang mudah dibayangkan adalah gelombang mekanik, gelombang ini menyebabkan terjadi gerak pada medium tempat menjalarkan gelombang. Beberapa contoh gelombang mekanik ialah gelombang bunyi, gelombang permukaan air dan gelombang pada tali. Penjalaran energi didalam medium terjadi karena satu bagian medium mengganggu begian medium disekitarnya. Nyata bahwa penjalaran gelombang didalam medium terjadi karena adanya interaksi didalam medium. Laju penjalaran
gelombang juga bergantung pada inersia medium, yaitu seberapa sukar medium digerakkan. digerakkan. Mekin besar inersia medium, makin pelan penjalaran gelombang. Gelombang adalah suatu gangguan yang menjalar dalam suatu medium. Yang dimaksud dengan medium disini ialah sekumpulan benda yang saling berinteraksi dimana gangguan itu menjalar. (Sutrisno,1979: 2-5) Jika kita menggoyang salah satu ujung tali (atau pegas) dan ujung yang satunya tetap, suatu gelombang yang kontinu akan merambat ke ujung yang tetap dan dipantulkan kembali, dengan terbalik. Sementara kita menggetarkan tali tersebut, akan ada gelombang yang merambat di kedua arah, dan gelombang yang merambat ke ujung tetap akan berinterferensi dengan gelombang pantulan yang kembali. Biasanya akan ada kekacauan. Tetapi jika kita menggetarkan menggetarkan tali dengan frekuensi yang tepat, kedua gelombang akan berinterferensi sedemikian sehingga akan dihasilkan gelombang berdiri dengan amplitudo besar. Gelombang ini disebut “gelombang berdiri” karena tampaknya tidak merambat. Tali hanya berosilasi ke atas ke bawah dengan pola yang tetap. Titik interferensi destruktif, dimana tali tetap diam, disebut simpul; titik-titik interferensi konstruktif, dimana tali berosilasi dengan amplitude maksimum, disebut perut. Simpul dan perut tetap di posisi tertentu untuk frekuensi tertentu. Gelombang berdiri dapat terjadi pada lebih dari satu frekuensi. Frekuensi getaran paling rendah yang menghasilkan gelombang berdiri menghasilkan pola yang ditunjukkan pada gambar
Gelombang berdiri yang ditunjukkan pada gambar
Dihasilkan tepat pada dua atau tiga kali frekuensi terendah dengan menganggap menganggap tegangan tali sama. Tali juga dapat bergetar dengan empat loop pada empat kali frekuensi terendah, dan seterusnya. Sebuah tali yang direntangkan antara dua penopang yang dipetik seperti senar gitar atau biola, gelombang dengan bebagai frekuensi akan merambat pada kedua arah tali lalu akan dipantulkan di bagian ujung kemudian akan merambat kembali denagn arah yang berlawanan. Ujung-ujung tali, karena diikat tetap, akan menjadi simpul (Giancoli, 2001: 392-394). Panjang satu gelombang sama dengan jarak yang ditempuh dalam waktu satu periode. Jarak antara dua simpul atau dua perut berurutan disebut setengah panjang gelombang. Pada gambar gelombang tranversal dibawah ini, satu gelombang sama dengan 3 simpul dan 2 perut.
www.maiyalena.com (diakses tanggal 22 Mei 2012) Beberapa besaran penting yang digunakan untuk mendeskripsikan gelombang sinusoidal periodik ditunjukkan pada gambar dibawah ini:
Titik-titik tinggi pada gelombang disebut puncak, titik-titik terendah disebut lembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak, atau kedalaman maksimum lembah, relatif terhadap tingkat normal (atau seimbang). Ayunan total
dari puncak sampai ke lembah sama dengan dua kali amplitudo. Jarak antara dua puncak yang berurutan disebut panjang gelombang, λ (huruf Yunani lambda). Panjang gelombang juga sama dengan jarak antara dua titik identik mana saja yang berurutan pada gelombang. Frekuensi, f, adalah jumlah puncak-atau siklus lengkap-yang melewati satu titik per satuan waktu. Periode,T, tentu saja, adalah 1/f, dan merupakan waktu yang berlalu antara dua puncak berurutan yang melewati titik yang sama pada ruang. Kecepatan gelombang, v, adalah kecepatan diman puncak gelombang (atau bagian lain dari gelombang) bergerak. Kecepatan gelombang harus dibedakan dari kecepatan partikel pada medium itu sendiri. Kecepatan gelombang adalah tekanan, sepanjang tali, sementara kecepatan partikel tali tegak lurus terhadapnya. Sebuah puncak gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang λ, dalam emikian kecepatan gelombang sama dengan λ/T ; v = satu periode, T. Dengan d demikian λ/T. Kemudian, karena 1/T = f; V= λ. f
Kecepatan gelombang tergantung pada sifat medium dimana ia merambat. Kecepatan gelombang pada tali yang terentang, misalnya bergantung pada tegangan tali, FT, dan pada massa tali per satuan panjang, m/L. Untuk gelombang dengan amplitudo kecil, hubungan tersebut adalah v
F T
m / L
Rumus ini secara kualitatif masuk akal dengan dasar mekanika newton. Yaitu kita mengharapkan tegangan di pembilang dan massa per satuan waktu di penyebut. Mengapa? Karena ketika tegangan lebih besar, kita mengharapkan kecepatan lebih besar , karena setiap segmen tali berada pada kontak yang lebih erat dengan tetangganya; dan makin besar massa persatuan panjang, makin besar inersia yang dimiliki tali dan makin melambat gelombang akan merambat (Giancoli, 2001: 382-383). Sebuah tali yang direnggangkan dikatakan mempunyai elemen-elemen yang terdistribusi karena setiap elemen tali mempunyai kedua-duanya ciri inersia dan ciri elastisitas.
Resonans
didalam
sebuah
tali
seringkali
didemonstrasikan
dengan
mengikatkan sebuah tali kepada sebuah ujung tetap, dengan menggunakan sebuah berat yang didikatkan kepada tali tersebut melalui sebuah katrol, dan dengan menghubungkan menghubungkan ujung lainnya kepada sebuah penggetar. Osilasi-osilasi tranversal dari penggetar menghasilkan sebuah ssssgelombang berjalan didalam tali tersebut yang direfleksikan kembali dari ujung tetap. Frekuensi gelombang adalah frekuensi penggetar. penggetar. Ujung tetap P adalah titik simpul, tetapi ujung Q bergetar dan bukan merupakan titik simpul. Pengubahan tegangan akan mengubah kecepatan gelombang, dan panjang gelombang berubah sebanding dengan kecepatan, sedangkan sedangkan frekuensi adalah konstan. Tali tersebut ters ebut sekarang bergetar didalam salah satu ragam alaminya dan beresonansi dengan penggetar tersebut. Penggetar tersebut melakukan kerja pada tali untuk mempertahankan osilasi-osilasi ini melawan kehilangan yang disebabkan oleh redaman. Jika frekuensi penggetar adalah jauh berbeda dari frekuensi alami dari sistem tersebut, maka gelombang yang direfleksikan di P sewaktukembali ke Q mungkin mempunyai perbedaan fase yang banyak dengan penggetar tersebut, dan gelombang yang direfleksikan ini dapat melakukan kerja pada pada penggetar. (Halliday dan Resnick, 1998:642-643)
BAB II METODOLOGI
2.1 Alat dan Bahan NO.
NAMA ALAT / BAHAN
JUMLAH
1.
Audio Generator
1
2.
Katrol Berpenjepit
1
3.
Beban Bercelah
1
4.
Pembangkit Getaran
1
5.
Mistar 1 meter
1
6.
Kabel Penghubung Merah
1
7.
Kabel Penghubung Hitam
1
8.
Tali pada Roda
1
2.2 Langkah Percobaan Mempelajari hubungan antara frekuensi gelombang dengan panjang gelombang.
1. Dihidupkan audio generator (ON). 2. Diatur frekuensi audio generator sehingga pada tali terbentuk gelombang diam dengan titik simpul yang tajam (jelas). 3. Diukur jarak simpul ke simpul terdekat ( ½ λ), dicatat hasilnya pada
tabel. 4. Dengan tidakmengubah panjang tali, frekuensi audio generator diperbesar hingga pada tali terbentuk gelombang diam yang baru dengan titik simpul yang tajam. 5. Dicatat jarak simpul ke simpul terdekat. 6. Diulangi langkah (4) sampai lima kali dengan frekuensi semakin besar, dicatat hasilnya pada tabel.
Mempelajari hubungan antara cepat rambat gelombang dengan tegangan tali.
1. Dihidupkan catu daya (ON). 2. Pembangkit getaran digeser-geser mendekati atau menjauhi katrol hingga pada tali berbentuk gelombang diam dengan titik simpul yang tajam (jelas). 3. Diukur panjang gelombang yang terbentuk dan dicatat hasilnya pada tabel. 4. Dengan tidak mengubah panjang tali (pembangkit getaran tidak bergeser), diganti bebannya menjadi 100 gram. Diamati bentuk gelombang tali dan diukur panjang gelombangnya, dicatat hasilnya pada tabel. 5. Diulangi langkah (4) dengan mengganti bebannya menjadi 200 gram kemudian dicatat hasilnya. 6. Diulangi langkah (5), tetapi massa tali dijadikan empat kali semula (4 tali dipilin) dan diukur panjang gelombang, hasilnya hasilnya dicatat pada tabel.
BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Data
A. Mempelajari hubungan antara frekuensi gelombang (f) dengan panjang gelombang ( λ) No
Frekuensi (Hz)
Jarak
simpul
ke
Panjang
simpul ((1/2 λ) cm
gelombang λ (cm)
1
1
150
300
2
2
90
180
3
3
80
160
4
4
60
120
5
5
40
80
B. Mempelajari hubungan antara cepat rambat gelombang dengan tegangan tali
Frekuensi = 5 Hz Panjang gelombang cm)
V= λf
B1 = 50
λ1 = 80
V1= 400 cm
B2 = 100
λ2 = 100
V2 = 500 cm
B3 = 200
λ3 = 120
V3 = 600 cm
Beban (g)
3.2 Perhitungan Dik.
f 1= 1 Hz, λ= 300 cm f 2=2 Hz, λ=180 cm f 3=3 Hz, λ=160 cm f 4=4 Hz, λ= 120 cm f 5=5 Hz, λ=80 cm
Dit.
v?
Jawab. V1 = λ1f 1 = 300 cm.1Hz = 300cm/s = 3 m/s
V2 = λf 2 = 180cm.2 Hz = 360 cm/s = 3,6 m/s
V3 = λ3f 3 = 160cm.3 Hz = 480 cm/s = 4,8 m/s
V4 = λ4f 4 = 120cm.4 Hz = 480 cm/s = 4,8 m/s
V5 = λ1f = 80cm.5 Hz = 400 cm/s = 4 m/s
Dik.
f = 5 Hz λ1 = 80 cm
B1 = 50 g
λ2 = 100 cm
B1 = 100 g
λ3 = 120 cm
Dit.
V1, V2, V3 ?
Jawab. V= λf V1 = λ1f = 80cm.5 Hz = 400 cm/s = 4 m/s V2 = λ2f = 100 cm.5 Hz = 500 cm/s = 5 m/s
V3 = λ3f = 120 cm.5 Hz = 600 cm/s = 6 m/s
B3 = 150 g
3.3 Pembahasan
Pada percobaan A telah dilakukan percobaan guna mengetahui hubungan antara frekuensi gelombang dengan panjang gelombang ( λ). Berdasarkan data hasil pengamatan terlihat jelas adanya hubungan berbanding terbalik antara frekuensi gelombang dengan panjang gelombang. Semakin besar frekuensi gelombang yang ditetapkan maka semakin kecil/pendek pula gelombangnya. gelombangnya. Pada percobaan ini ditetapkan nilai frekuensi penggetar mendekati m endekati nilai frekuensi alami karena jika tidak maka gelombang yang direfleksikan di P sewaktukembali ke Q mungkin mempunyai perbedaan fase yang banyak dengan penggetar tersebut, dan gelombang yang direfleksikan ini dapat melakukan kerja pada pada penggetar Hubungan antara frekuensi gelombang dan panjang gelombang ini dapat pula dilihat secara matematis dari rumus berikut: v v= λ. f ; f Selain itu dalam hal ini, penambahan f akan menyebabkan pengurangan λ
sehingga hasil perkalian v =λf akan tetap sama (konstan) , dan gelombanggelombang dari semua frekuensi merambat dengan laju gelombang yang sama. Bila v sama maka diperoleh :
1
panjang gelombang berbanding b erbanding terbalik terbal ik dengan frekuensi
f
gelombang
tetapi ternyata setelah dihitung ternyata hasil yang kami peroleh nilai v= λf tidak konstan , akan tetapi perbedaannya tidak terlalu jauh. Frekuensi (f)
Panjang gelombang (λ)
v =λ =λf (cm/s)
1
300 cm
300
2
180
360
3
160
480
4
120
480
5
80
400
Hal ini dikarenakan beberapa faktor, adapun faktor-faktor yang mempengaruhi mempengaruhi pada percobaan A ini adalah: 1. Adanya kesalahan pengukuran baik itu dalam menentukan jarak simpul-antar simpul, panjang tali, dan lain-lain.
2. Adanya pengaruh lingkungan seperti adanya getaran dari luar yang mempengaruhi kerja alat. Dari percobaan ini ternyata hipotesis saya yang pertama yaitu tidak ada hubungan antara frekuensi gelombang dengan panjang gelombang adalah salah. Yang benar adalah adanya hubungan berbanding terbalik antara frekuensi gelombang dengan panjang Pada Percobaan B ini dengan massa beban yang berbeda, sedangkan yang kedua dengan massa tali yang berbeda. Berbeda dengan percobaan A, pada percobaan B akan terlihat adanya pengaruh massa beban dan massa panjang tali terhadap cepat rambat gelombang. Dari hal tersebut, kita diharapkan dapat mengetahui hubungan beberapa komponen dalam percobaan B. Percobaan dengan massa beban yang berbeda semakin berat beban maka panjang gelombang yang dihasilkan semakin besar. Karena panjang gelombang berbanding lurus dengan cepat rambat gelombang maka cepat rambat gelombang yang dihasilkan juga semakin besar. Berdasarkan hasil perhitungan dengan meggunakan rumus
f diperoleh cepat rambat gelombang besarnya hampir
dua kali lipat dari cepat rambat gelombang hasil percobaan. Dari percobaan yang telah dilakukan dengan nilai frekuensi yang sama (5 Hz) tetapi beban berbeda yaitu 50 g, 100 g, 200 g diperoleh panjang gelombangnya adalah 80 cm, 100 cm dan 120 cm. Untuk cepat rambatnya kita hitung dengan rumus
diperoleh 400 cm/s,500 cm/s dan 600 cm/s.
Dari percobaan yang telah dilakukan terbukti bahwa massa beban mempengaruhi panjang gelombang dan cepat rambat gelombang. Semakin besar massa beban maka panjang gelombang dan cepat rambatnya juga semakin besar, hal ini sesuai dengan percobaan Melde. Sedangkan untuk percobaan menggunakan massa tali tidak kami lakukan hal ini mungkin dikarenakan waktunya yang tidak cukup. Sehinnga tidak ada perhitungannya. Tetapi untuk hubungan antara cepat rambat gelombang dan massa per satuan panjang ini dapat pula dilihat secara matematis dari rumus berikut: v
F
; dimana F(tegangan tali)= m g ; v =λf dan
m
l
maka,
v
cepat rambat gelombang berbanding terbalik dengan
1
akar massa persatuan panjang tali(μ) tali (μ)
BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan
1. Hubungan antara frekuensi gelombang dengan panjang gelombang tali ( λ), adalah v
f atau f
v
. Semakin besar frekuensi suatu gelombang maka
panjang gelombangnya semakin kecil. 2. Massa beban mempengaruhi panjang gelombang dan cepat rambat. Semakin berat beban maka panjang gelombang yang dihasilkan akan semakin besar sehingga cepat rambatnya juga akan semakin besar. 3. Semakin besar frekuensi gelombang yang diberikan maka semakin kecil pula gelombang yang dihasilkan. Sehingga frekuensi gelombang (f) berbanding terbalik dengan panjang gelombang (λ). Dalam hal ini, disimpulkan dalam rumus v = λ. 4. Hubungan antara cepat rambat gelombang dengan tegangan tali adalah v
F
atau v
F L
μ
m
dengan F
m g . Semakin besar cepat rambat
suatu gelombang maka semakin besar pula tegangan talinya.
4.2 Saran
1. Diharapkan kepada praktikan untuk mengetahui dulu konsep praktikum yang akan dilaksanakan 2. Bertanya kepada Assiten Dosen apabila terdapat permasalahan yang kurang dimengerti 3. Tepat waktu dalam pelaksanaan praktikum
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli, douglas C. 2001. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga Halliday & Resnick. 1996. Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga Sutrisno. 1984. Fisika Dasar : Gelombang dan Optik . Bandung : I www.maiyalena.com (diakses tanggal 22 Mei 2012)
