Gelombang dan Contoh Penerapannya

Jika kalian memperhatikan permukaan air laut, ternyata airnya tidak diam melainkan terlihat bergerak naik kemudian turun secara berulang-ulang. Pola naik turun itu kemudian dikenal sebagai gelombang. Gerakan air laut adalah salah satu contoh gelombang yang mudah kita temukan. 

Selanjutnya, mari mengenal lebih jauh tentang gelombang, jenis-jenisnya, dan contoh-contohnya.

Sebelum membahas gelombang, terlebih dahulu kita harus mengetahui konsep getaran. Semua benda dalam posisi diam dengan keadaan setimbang, jika diberi gangguan maka akan mengalami getaran. Jadi, getaran adalah gerak bolak-balik melalui titik kesetimbangan. 

Jika kita menjatuhkan sebuah benda ke dalam air, maka akan membentuk riak air seperti pada gambar berikut.

Riak air. Fisika Dasar II, Mikrajuddin Abdullah.

Pada gambar di atas, kita amati bahwa setetes air dijatuhkan pada sejumlah air yang awalnya dalam kondisi diam. Air terlihat memiliki pola pergerakan naik-turun, artinya air mengalami getaran atau osilasi. Pola ini merambat dari tengah tempat jatuhnya benda hingga ke sisi luar dan ukurannya makin membesar. Inilah yang disebut sebagai gelombang. Maka dapat disimpulkan bahwa gelombang adalah getaran/osilasi yang merambat. Yang merambat hanya pola getarannya, mediumnya tidak ikut merambat.

Pola getaran tadi terjadi karena adanya energi. Jadi, energi getaran merambat dalam bentuk gelombang. Ingat, mediumnya tidak ikut merambat, hanya ikut bergetar. 

Berdasarkan energinya, gelombang dibedakan menjadi 2 jenis yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. 

Perbedaan keduanya yaitu gelombang mekanik memerlukan medium (perantara), sedangkan gelombang elektromagnetik tidak memerlukan perantara.

1. Gelombang Mekanik

Segala jenis gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya termasuk ke dalam gelombang mekanis. Contohnya gelombang tali, gelombang air, dan gelombang bunyi.

Gelombang pada Tali (roguephysicist.com)

Gelombang pada Air (wikimedia)

Gelombang Bunyi (phet.colorado.edu)

Pada ilustrasi gelombang tali, yang menjadi medium perambatnya adalah tali. Pada ilustrasi gelombang air, yang menjadi medium perambatnya adalah air.  Pada ilustrasi gelombang bunyi, yang menjadi medium perambatnya adalah udara.

Berdasarkan arah rambat dan arah getarnya, gelombang terbagi menjadi gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

a. Gelombang Transversal

Saat mengamati ilustrasi gelombang tali di atas, terlihat bahwa tali bergetar dengan arah getaran ke atas dan ke bawah. Pola yang terbentuk merambat sepanjang tali, sedangkan gerakan komponen tali (simpangan) terjadi dalam arah tegak lurus tali. Gelombang dengan arah getar/osilasi tegak lurus arah rambat disebut sebagai gelombang transversal. Contoh lain gelombang transversal adalah pada permukaan air.

Grafik gelombang transversal
(IPA SMP/MTs Kelas VIII Semester 2, Kemdikbud, 2017)

• Panjang gelombang transversal sama dengan jarak satu bukit dan satu lembah. Lengkungan a-b-c dan e-f-g adalah bukit gelombang, lengkungan c-d-e dan g-h-i adalah lembah gelombang.
• Panjang satu gelombang dilambangkan dengan lambda (λ) dengan satuan meter.
• Simpangan terbesar dari gelombang disebut amplitudo (jarak b' ke b atau d' ke d).
• Puncak gelombang adalah titik tertinggi dari gelombang (yaitu b dan f), sedangkan dasar gelombang adalah titik terendah gelombang (yaitu d dan h).
• Waktu yang diperlukan untuk menempuh 1 gelombang disebut periode gelombang (T). 
• Jumlah gelombang yang terbentuk dalam waktu 1 sekon disebut frekuensi (f). 
• Gelombang merambat memiliki kecepatan tertentu (v), menempuh jarak tertentu (s), dalam waktu tertentu (t).

b. Gelombang Longitudinal

Selanjutnya, perhatikan kembali ilustrasi gelombang bunyi di atas. Gelombang bunyi di udara merupakan salah satu contoh gelombang longitudinal. Gelombang bunyi di udara dihasilkan dengan memberikan tekanan secara periodik pada salah satu bagian udara sehingga molekul-molekul udara di sekitar daerah tersebut ikut bergetar. Molekul yang bergetar menumbuk molekul di sekitarnya yang diam, sehingga molekul yang mula-mula diam ikut bergetar dalam arah yang sama. Begitu seterusnya sehingga molekul yang makin jauh ikut bergetar. Ini adalah fenomena perambatan gelombang. Arah getaran/osilasi yang terjadi searah dengan perambatan gelombang. Jadi, gelombang longitudinal adalah gelombang yang memiliki arah rambat sejajar dengan arah getarnya.

Grafik gelombang longitudinal
(IPA SMP/MTs Kelas VIII Semester 2, Kemdikbud, 2017)

• Satu gelombang longitudinal terdiri dari satu rapatan dan satu regangan.
• Waktu yang diperlukan untuk menempuh 1 gelombang disebut periode gelombang (T). 
• Jumlah gelombang yang terbentuk dalam waktu 1 sekon disebut frekuensi (f). 
• Gelombang merambat memiliki kecepatan tertentu (v), menempuh jarak tertentu (s), dalam waktu tertentu (t).

c. Hubungan antara Panjang Gelombang, Periode, Frekuensi, dan Cepat Rambat Gelombang

Panjang gelombang diukur dengan menghitung panjang 1 bukit dan 1 lembah (pada gelombang transversal) atau 1 tegangan dan 1 regangan (pada gelombang longitudinal). 

• Periode gelombang adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh 1 gelombang dengan n adalah jumlah gelombang dan t adalah waktu (dalam sekon).

• Frekuensi gelombang adalah jumlah gelombang yang terbentuk dalam waktu 1 sekon 

dengan n adalah jumlah gelombang dan t adalah waktu (dalam sekon) 

Maka dapat dihasilkan:

 atau 

• Gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang (λ) dalam satu periode gelombang (T) maka cepat rambat gelombang (v) dapat diketahui dengan menghitung:

2. Gelombang Elektromagnetik

Pernahkah kamu memperhatikan petir? Pada fenomena petir ada 2 hal yang bisa kita ketahui yaitu petir memiliki suara menggelegar dan terkadang disertai cahaya kilat. Suara petir/bunyi petir yang sampai ke telinga kita adalah salah satu contoh perambatan gelombang bunyi. Sedangkan cahaya kilat merupakan contoh gelombang elektromagnetik dengan jenis cahaya tampak.

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang bisa merambat tanpa melalui medium. Sumber gelombang elektromagnetik adalah benda atau proses yang menghasilkan medan listrik dan medan magnet. Gelombang elektromagnetik memiliki berbagai macam panjang gelombang seperti pada gambar bebrikut ini.

Spektrum elektromagnetik (space.com)

Spektrum elektromagnetik adalah urutan gelombang elektromagnetik dari yang panjang gelombangnya paling panjang sampai paling pendek. Urutan berdasarkan yang paling panjang yaitu dimulai dari gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X, hingga sinar gamma.

Yang bisa kita amati secara langsung dengan mata yaitu cahaya tampak. Semua hal bisa kita lihat setiap hari karena adanya gelombang cahaya. Jika tidak ada cahaya, kita tidak bisa melihat apa-apa.

Grafik gelombang elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik termasuk ke dalam gelombang transversal, karena arah getaran medan listrik dan medan magnetnya tegak lurus dengan arah rambat gelombangnya.

Contoh Penerapan Konsep Gelombang dalam Kehidupan Sehari-hari

1. Gelombang mekanik

Pada penjelasan di atas telah diamati beberapa contoh untuk gelombang mekanik dengan jenis gelombang transversal yaitu yang memiliki arah getar tegak lurus dengan arah rambat, yakni gelombang tali dan gelombang permukaan air. Contoh lain untuk gelombang mekanik transversal diantaranya gelombang pada permukaan drum atau gendang ketika dipukul, gelombang pada kawat gitar atau biola yang dipetik/digesek, gelombang yang terbentuk pada rumput  yang bergoyang ketika ditiup angin, gelombang seismik jenis-S (sekunder) pada gempa bumi, dan masih banyak lagi.

Untuk gelombang mekanik jenis longitudinal, contoh yang mudah kita temukan adalah pegas (slinki), gelombang bunyi; baik di udara (misalnya suara manusia, hewan, musik, mesin), di air (misalnya suara lumba-lumba dan sonar kapal selam), di benda padat (misalnya ketukan palu pada ujung besi panjang yang bisa terdengar jauh hingga di ujung lainnya), gelombang seismik jenis-P (primer) saat gempa bumi, gelombang pada slinki jika ditekan dan dilepas ke depan-belakang, suara mesin (motor, mobil, kipas angin), gelombang ultrasonik (misalnya yang dipakai kelelawar untuk navigasi), gelombang infrasonik, dan masih banyak lagi.

2. Gelombang elektromagnetik

Untuk gelombang elektromagnetik, tidak dibutuhkan medium untuk perambatannya. Beberapa contoh yang sering kita temukan yaitu gelombang radio yang bisa digunakan untuk komunikasi radio, pesawat, dll; gelombang mikro (seperti yang digunakan pada alat microwave, WiFi, radar dan ponsel); gelombang inframerah (remote TV, kamera infrared, kompor); cahaya tampak (misalnya cahaya dari matahari, lampu, dll); Ultraviolet (UV) bisa didapatkan dari sinar matahari dan terdapat juga pada lampu UV untuk sterilisasi; Sinar-X untuk rontgen pemeriksaan tulang/gigi; serta Sinar gamma untuk radiasi dari bahan radioaktif, proses nuklir dan terapi kanker.

Referensi:

Fisika Dasar II, Mikrajudin Abdullah, 2017

IPA SMP/MTs Kelas VIII Semester 2, Kemdikbud, 2017

Physics Principle with Applications 7th Edition, Douglas C. Giancoli

Share this post