Persamaan Dasar Gelombang dan Perbedaan Gelombang Transversal dengan Gelombang Longitudinal

Seperti yang telah dijelaskan pada artikel sebelumnya Pengertian Gelombang, Perbedaan Gelombang Mekanik dan Gelombang Elektromagnetik gelombang laut dan gelombang bunyi adalah gelombang yang memerlukan medium perambatan atau biasa disebut dengan gelombang mekanik, tetapi keduanya juga memiliki perbedaan. Kedua gelombang ini memiliki arah getaran terhadap arah rambat gelombang yang berbeda. Berdasarkan arah rambat dan arah getarannya, gelombang dibagi atas dua kelompok yaitu, gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Persamaan Dasar Gelombang dan Perbedaan Gelombang Transversal dengan Gelombang Longitudinal

Petir salah satu contoh dari gelombang longitudinal

Gelombang transversal

Salah satu contoh gelombang transversal adalah gelombang yang terjadi pada tali. Untuk bisa mengamati arah getaran dan arah rambatnya, ikat salah satu ujung tali pada tiang. Pegang ujung lainnya kemudian gerakkan naik turun. Maka akan tampak getaran merambat ke arah  horizontal sepanjang tali. Sehingga, arah rambat gelombang tegak lurus terhadap arah getarannya, jenis gelombang ini disebut gelombang transversal. Contoh lain dari gelombang transversal adalah gelombang pada permukaan air dan gelombang cahaya.

Gelombang transversal pada tali

Pada saat mengamati gelombang transversal pada tali, akan ditemukan rambatan gelombang sepanjang tali berbentuk seperti bukit dan lembah. Grafik simpangan partikel terhadap kedudukan atau jarak dari titik asal getaran pada sebuah gelombang transversal yan dihasilkan sepanjang tali akan tampak seperti gambar di bawah. Dari gambar grafik tersebut kita dapat menentuka amplitudo (A) dan panjang gelombang (λ) dari sebuah gelombang transversal.

Grafik simpangan terhadap kedudukan

Berikut beberapa istilah yang terdapat pada gelombang transversal

v     Puncak gelombang adalah titik tertinggi pada gelombang (misal b dan f)

v     Dasar gelombang adalah titik terendah pada gelombang (misal d dan h)

v     Bukit gelombnag adalah lengkungan abc atau efg

v     Lembah gelombang adalah cekungan cde atau ghi

v  Amplitudo (A) adalah jarak puncak gelombang di atas kedudukan seimbang (misal bb₁) atau jarak dasar gelombang di bawah kedudukan seimbangnya (misa dd₁)

v     Panjang gelombang (λ) adalah panjang satu gelombang di mana terjadi lengkungan satu bukit dan satu lembah (misalnya panjang garis mendatar ae atau cg). Panjang gelombang juga dapat didefinisikan sebagai jarak antara dua puncak yang berdekatan (misal bf) atau jarak antara dua dasar gelombang yang berdekatan (misal dh). Akan tetapi, panjang gelombang juga dapat kita definisikan sebagai jarak antara dua titik sembarang pada dua bukit yang berdekatan, yang memiliki simpangan yang sama (misalnya jk) atau jarak antara dua titik semabarang pada dua lembah yang berdekatan, yang memiliki simpangan yang sama (misalnya lm)

v     Periode (T) adalah selang waktu untuk menempuh satu gelombang

Gelombang Longitudinal

Salah satu contoh gelombang longitudinal adalah gelombang yang dihasilkan slinki. Untuk bisa mengamati arah rambat dan arah getaran dari sebuah gelombang longitudinal, tahan salah satu ujung slinki kemudian ujung lainya tarik maju mundur seperti pada gambar dibawah. Dapat dilihat bahwa getaran berbentuk rapatan dan renggangan yang merambat sepanjang slinki, sedangkan arah getaran sejajar dengan arah memanjangnya slinki. Jadi, arah rambat gelombang yang terjadi pada slinki sejajar dengan arah getarannya. Jenis gelombang yang memiliki arah rambat yang sejajar dengan arah getarannya disebut gelombang longitudinal. Contoh lain dari gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi.

Gelombang longitudinal pada slinki

Pada saat melakukan pengamatan pada gelombang longitudinal pada slinki, kita akan menemukan bahwa rambatan gelombang longitudinal sepanjang slinki berbetuk rapatan dan renggangan seperti gambar dibawah ini.

Gelombang longitudinal berupa rapatan dan rengagangan sepanjang slinki

Perhatikan gambar di atas panjang rapatan dan renggangan tidak sama panjang. Panjang gelombang (λ) dapat kita definisikan sebagai jarak antara dua pusat rapatan yang berdekatan (jarak AC) atau jarak antara dua pusat renggangan yang berdekatan (jarak BD).  Sedangkan jarak antara pusat rapatan dan pusat renggangan yang berdekatan (AB atau BC) disebut setengah panjang gelombang (1/2 λ).

 

Rambatan gelombang longitudinal dan gelombang transversal berbeda. Namun, penampilan keduanya dapat kita samakan. Caranya dengan mengambil pusat rapatan pada gelombang longitudinal sebagai puncak gelombang, dan pusat  renggangan pada gelombang longitudinal sebagai dasar gelombang pada gelombang transversal.

Gelombang longitudinal dapat kita tampilkan sepeti gelombang transversal. Puncak gelombang longitudinal menampilkan pusat rapatan dan dasar gelombang menampilkan pusat renggangan

Persamaan Dasar Gelombang

Salah satu besaran dasar gelombang adalah amplitudo. Amplitudo (A) menunjukkan besarnya energi gelombang. Semakin besar amplitudo gelombang  maka semakin besar pula energi gelombang. Misalnya gelombang laut atau ombak yang tinggi, berarti amplitudonya besar, membawa energi yang besar pula. Oleh karena itu, gelombang laut yang tinggi berpotensi lebih merusak terhadap benda yang ditabraknya. Selain amplitudo ada tiga besaran dasar gelombang, yaitu frekuensi, periode, panjang gelombang, dan cepat rambat gelombang.

 

Periode dan frekuensi gelombang

Gelombang memerlukan waktu dalam proses perambatannya. Selang waktu yang ditempuh untuk menempuh satu gelombang dinamakan periode (T), satuannya sekon (s). Sementara itu, banyaknya gelombang yang terbentuk dalam satu satuan waktu dinamakan frekuensi gelombang (f), satuannya hertz (Hz). Jika frekuensi gelombang 70 Hz, ini artinya banyaknya gelombang yang terbentuk adalah 70 gelombang setiap satu satuan waktu. Sehingga dapat dituliskan periodenya adalah 1/70 sekon, sehingga dapat ditarik hubungan antara frekuensi (f) dengan periode (T) adalah sebagai berikut.

Cepat rambat gelombang

Cepat rambat gelombang dapat kita amati  ketika terjadi kilat di langit. Kita akan terlebih dahulu melihat kilat di langit dan beberapa detik kemudian baru mendengar bunyi guntur. Padahal pada kenyataanya kilat dan guntur terjadi secara bersamaan. Hal ini dapat terjadi karena gelombang cahaya yang membawa kilat dan gelombang bunyi yang membawa guntur memiliki cepat rambat yang berbeda. Cepat rambat cahaya jauh lebih besar daripada cepat rambat bunyi.

Kilat yang terlihat lebih dahulu setelah beberapa detik baru terdengar bunyi guntur. Hal ini disebabkan cepat rambat cahaya yang lebih besar daripada cepat rambat bunyi. Secara nyata tidak ada satupun kecepatan yang dapat melebihi cepat rambat cahaya

Cepat rambat gelombang (v) didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh gelombang dalam suatu selang waktu tertentu. Jika kita ambil jarak yang ditempuh gelombang sama dengan satu gelombang (λ), selang waktunya tentu sama dengan satu periode (T). Dengan demikian, dapat dituliskan hubungan kuantitatif antara cepat rambat (v), panjang gelombang (λ), dan periode (T) sebagai berikut.

Persamaan diatas disebut persamaan dasar gelombang. Untuk panjang gelombang (λ) satunnya meter dan frekuensi (f) satuannya Hz (atau periode T dalam sekon) maka satuan cepa rambat dalam SI adalah m/s.

Rujukan

Kanginan, Marthen. 2007. IPA Fisika. Jakarta: Erlangga