Materi Gelombang: Jenis, Karakter, Sifat dan Contoh Soal

Memang benar jika kamu sudah tak asing lagi mendengar kata gelombang. Namun apakah kamu tahu jika gelombang itu bukan hanya terdapat pada lau, seperti gelombang air laut? Gelombang merupakan salah satu hal yang dipelajari dalam ilmu fisika. Untuk lebih memahaminya, maka kamu memerlukan pengetahuan lebih mengenai gelombang seperti penjelasan singkat berikut ini.

Pengertian Gelombang

Gelombang dalam ilmu fisika adalah suatu getaran yang merambat pada sebuah medium. Gelombang ini kemudian membawa energi dari satu tempat ke tempat lain dimana yang merambat ialah gelombangnya bukan medium.

Baca juga: Kesetimbangan Benda Tegar

Jenis-Jenis Gelombang

Perlu diketahui, ada beberapa jenis gelombang yaitu seperti dibawah ini:

Berdasarkan Medium Rambat

Berdasarkan medium rambatnya, gelombang dibagi menjadi dua, yaitu sebagai berikut:

1. Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat, maksudnya jika dalam ruang hampa pun gelombang ini tetap bisa merambat. Contoh dari gelombang elektromagnetik yaitu gelombang cahaya, gelombang radio, sinar gamma, sinar X, sinar ultraviolet dan infrared.

2. Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium untuk merambat, gelombang tidak akan pernah terjadi jika tidak memiliki medium. Contoh dari adanya gelombang mekanik yaitu gelombang bunyi, gelombang tali, dan gelombang air laut.

Berdasarkan Arah Getar dan Arah Rambat

Berdasarkan arah getar dan arah rambatnya, gelombang dibagi menjadi dua, yaitu sebagai berikut:

1. Gelombang Transversal

Gelombang transversal adalah gelombang yang memiliki arah getar yang tegak lurus dengan arah cepat rambatnya. Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali, gelombang cahaya dan seismik sekunder.

2. Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang memiliki arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya. Dimana gelombang longitudinal ini memiliki rapatan dan renggangan. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang pegas, gelombang bunyi dan seismik primer.

Berdasarkan Amplitudo

Berdasarkan amplitudo yang dimiliki gelombang, maka gelombang dibagi menjadi dua, yaitu sebagai berikut:

1. Gelombang Berjalan

Gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudonya tetap. Dimana setiap titik pada gelombangnya memiliki amplitudo yang sama besar. Contoh gelombang berjalan adalah gelombang pada air.

2. Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner adalah gelombang yang merupakan perpaduan antara gelombang datang dan gelombang pantul dimana amplitudo dan frekuensinya sama tetapi arah rambatnya yang berlawanan. Pada amplitudo maksimum, titik yang bergetar disebut perut, sedangkan pada amplitudo minimum titik yang bergetar pada gelombang disebut simpul.

Baca juga: Getaran Harmonis: Karakteristik, Ciri dan Contoh Soal

Karakteristik Gelombang

Amplitudo (A)

Amplitudo adalah simpangan maksimum dari gelombang dengan satuan meter (m).

Panjang Gelombang (λ)

Panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak yang berdekatan atau jarak antara dua lembah yang berdekatan. Pada gelombang longitudinal, panjang gelombang merupakan jarak antara dua rapatan atau dua regangan yang saling berdekatan.

Frekuensi Gelombang (f)

Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang terbentuk setiap detik. Persamaan:

f = n / t

Dimana:

f = frekuensi gelombang (Hz)

n = jumlah gelombang yang terbentuk

t = waktu tempuh gelombang (s)

Periode Gelombang (T)

Periode gelombang adalah waktu yang diperlukan gelombang untuk menempuh satu panjang gelombang. Periode gelombang merupakan banyaknya waktu yang diperlukan gelombang untuk melakukan satu kali putaran.

Persamaan:

T = n / t

T = 1 / f 

Dimana:

f = frekuensi gelombang (Hz)

T = periode (s)

n = jumlah gelombang yang terbentuk

t = waktu tempuh gelombang (s)

Cepat Rambat Gelombang

Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang pada setiap satuan waktu.

Persamaan:

v = λ / T

v = λ . f

Dimana:

f = frekuensi gelombang (Hz)

T = periode (s)

v = cepat rambat gelombang (m/s)

λ = panjang gelombang (m)

Sifat-Sifat Gelombang

Gelombang pun memiliki sifat atau ciri yang melekat. Dimana sifat atau ciri ini tak ditemukan pada benda yang lain selain gelombang. Berikut ini ada beberapa sifat gelombang yang wajib kamu ketahui:

Pembiasan

Pembiasan atau yang biasa disebut refraksi adalah peristiwa pembelokan arah lintasan gelombang, terjadi karena melalui dua medium yang berbeda. Hal ini menyebabkan indeks bias medium yang berbeda pula. Karena adanya perbedaan indeks bias inilah maka cepat rambat cahayapun akan berbeda, yang mengakibatkan seolah-olah ada pembelokan arah lintasan cahaya.

Persamaan:

n = c / v

Dimana:

n = indeks bias

c = cepat rambat cahaya pada ruang hampa (m/s)

v = cepat rambat cahaya pada medium tertentu (m/s)

Snellius adalah seorang ilmuwan yang pertama kali meneliti mengenai gejala pembiasan. Maka dari itulah peristiwa pembiasan dinamakan sebagai hukum Snellius.

Persamaan:

Dimana:

i = sudut datang

r = sudut bias

n₁ = indeks bias medium pertama

n₂ = indeks bias medium kedua

v₁ = cepat rambat cahaya di medium pertama (m/s)

v₂= cepat rambat cahaya di medium kedua (m/s)

Difraksi

Difraksi adalah pelenturan atau penyebaran gelombang melalui celah sempit. Contoh difraksi pada gelombang cahaya yaitu nampak dari terbentuknya garis gelap dan garis terang pada layar. Penerapan difraksi pada gelombang bunyi dalam kehidupan sehari-hari yaitu terlihat saat kamu berada di gang sempit, meski didalam gang sempit namun kamu masih bisa mendengar suara mobil atau kendaraan lain di jalan besar atau diluar gang sempit tersebut.

Refleksi

Refleksi adalah peristiwa berupa pemantulan dimana perubahan arah rambat gelombang saat bertemu dengan bidang batas pada dua medium. Gejala refleksi pada gelombang inilah yang kemudian disebut hukum pemantulan. Bunyi dari hukum pemantulan yaitu sebagai berikut:

1. Besar antara sudut datang dan sudut pantul adalah sama.
2. Gelombang pantul, gelombang datang, dan garis normal berada pada satu bidang datar.

Dispersi

Dispersi adalah peristiwa penguraian warna polikromatik (putih) menjadi monokromatik saat seberkas cahaya dilewatkan melalui prisma. Cahaya polikromatik berwarna putih akan terurai menjadi merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Penerapan dispersi ini terlihat pada peristiwa pembentukan pelangi. Dimana terdapat penguraian berbagai warna tersebut.

Sinar yang datang dan keluar dari prisma akan membentuk suatu sudut yang disebut sudut deviasi.

Interferensi

Interferensi adalah perpaduan dari dua gelombang cahaya. Peristiwa interferensi ini terlihat jelas jika berkas dari kedua gelombang bersifat koheren dimana nilai amplitudo dan frekuensi sama dengan fase tetap. Interferensi terbagi menjadi dua, yaitu interferensi konstruktif (menguatkan) dan interferensi destruktif (melemahkan).

Efek Doppler

Efek Doppler adalah efek atas berubahnya besar frekuensi bunyi akibat dari adanya kecepatan relatif antara sumber dan pengamat.

Persamaan:

Dimana:

fp = frekuensi pendengar (Hz)

fs = frekuensi sumber (Hz)

V = kecepatan suara di udara (m/s)

Vp = kecepatan pendengar (m/s)

Vs = kecepatan sumber (m/s)

Polarisasi

Polarisasi adalah terserapnya sebagian arah getar pada gelombang. Karena hal tersebut, maka menyebabkan gelombang keluaran hanya memiliki satu arah saja. Gejala polarisasi terjadi pada gelombang transversal.

Persamaan Gelombang Berjalan

Persamaan gelombang berjalan:

y = ± A sin 2π (t/T ± x/ λ)

y = ± A sin (ωt ± kx)

Dimana:

y = simpangan (m)

A = Amplitudo (m)

k = konstanta gelombang

ω = frekuensi gelombang

t = waktu (s)

x = jarak titik ke sumber (m)

Contoh Soal Gelombang Berjalan

1. Diketahui jika ada sebuah perahu kecil yang bergerak naik turun. Gerakan naik turunnya di laut, sebanyak lima belas kali dalam satu menit. Antara puncak gelombang yang berdekatan berjarak 20 m. Hitunglah besar kecepatan gelombang air laut tersebut!
Pembahasan: