GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di...

15
JL. BANDENGAN UTARA NO. 80 JAKARTA UTARA 2020 GELOMBANG MEKANIK FISIKA LM XI IPS IIM MALICHATUN SMAN 111 JAKARTA

Transcript of GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di...

Page 1: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

J L . B A N D E N G A N U T A R A N O . 8 0 J A K A R T A U T A R A

2020

GELOMBANG MEKANIK FISIKA LM XI IPS

IIM MALICHATUN

SMAN 111 JAKARTA

Page 2: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

KOMPETENSI DASAR:

3. 8 Menganalisis karakterisitik gelombang mekanik

4. 8 Melakukan percobaan tentang salah satu karakteristik gelombang

mekanik berikut presentasi hasilnya

PETA KONSEP

GEJALA GELOMBANG

gelombang adalah getaran yang merambat dan memindahkan energi

jenis-jenis gelombang

berdasarkan arah getar

gelombang transversal

gelombang longitudinal

berdasarkan medium perambatan

gelombang mekanik

gelombang elektromagnetik

berdasarkan amplitudo

gelombang berjalan

gelombang diam

besaran-besaran gelombang

amplitudo (A)

periode (T)

frekuensi (f)

panjang gelombang

cepat rambat gelombang (v)

sifat-sifat umum gelombang

pemantulan (refleksi)

pembiasan (refraksi)

penggabungan (interferensi)

lenturan (defraksi)

penguraian (dispersi)

polarisasi

Page 3: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

Kegiatan 1

GEJALA GELOMBANG

Definisi Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambatkan energi dari satu tempat

ketempat yang lain.

Jenis-jenis Gelombang

Berdasarkan arah getar terhadap

arah rambatnya

Gelombang transversal :

gelombang yang arah

getarnya tegak lurus dengan

arah rambatnya.

example : gelombang tali.

Gelombang longitudinal :

gelombang yang arah

getarnya searah dengan arah

rambatnya.

example : gelombang bunyi.

Berdasarkan medium

Gelombang mekanik : gelombang yang membutuhkan medium untuk

merambat.

example : gelombang bunyi, tali, permukaan air.

Gelombang elektromagnetik : gelombang yang tidak membutuhkan

medium/zat perantara untuk merambat.

example : gelombang cahaya.

Berdasarkan amplitudo

gelombang berjalan : gelombang yang amplitudonya tetap di setiap

titiknya.

example : gelombang cahaya, gelombang tali.

Page 4: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-

ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah

gelombang berjalan.

Besaran-besaran Gelombang

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

Dasar gelombang adalah titik-titik terendah pada gelombang (misal d dan

H).

Bukit gelombang adalah lengkungan obc atau efg.

Lembah gelombang adalah cekungan cde atau gHi.

Amplitude (A) adalah simpangan terbesar yang dihitung dari titik

seimbangnya (misal b b1 atau d d1).

Periode (T) adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh satu

gelombang penuh.

Panjang Gelombang (Ξ») adalah jarak antara dua puncak berurutan (misal

bf ) atau jarak antara dua dasar berurutan (misal dh).

Frekuensi (f) adalah jumlah gelombang dalam waktu satu detik.

Cepat Rambat Gelombang (v) adalah jarak yang ditempuh gelombang per

satuan waktu.

= panjang gelombang (m)

= periode (s)

= frekuensi (Hz)

= cepat rambat gelombang (m/s)

𝒗 = 𝒔

𝒕=

𝝀

𝑻= 𝝀𝒇

Page 5: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

A B

1 m

Aktivitas Kegiatan 1

1. Sebuah gelombang transversal yang mempunyai frekuensi 16 hertz

merambat dengan kecepatan 40 m/s. Panjang gelombang tersebut…

2. Perhatikan rambatan gelombang berikut!

Jarak AB adalah 12 m dan dari titik A – B butuh waktu 3 sekon. Tentukan

Cepat rambat gelombang di atas adalah.....

3. Perhatikan rambatan gelombang berikut!

Jika jarak AB 4,5 m. Tentukan:

a. Besar amplitudo

b. Panjang gelombang

c. Jika cepat rambat gelombang adalah 6 m/s, maka besar periode

d. Frekuensi gelombang

Note:

Tugas di kerjakan di buku latihan dengan menuliskan kembali soal yang

tersedia disertai dengan jawaban. Hasil pekerjaan dikumpulkan dalam format

jpeg, pdf dan word (pilih salah satu). Deadline aktivitas kegiatan 1 paling lambat

Sabtu, 21 maret 2020 pukul 23.00 wib. Jangan lupa disertai dengan nama dan

kelas

Kirim ke email : [email protected]

A B

Page 6: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

Kegiatan 2

GELOMBANG BERJALAN

Gelombang Berjalan

Persamaan Gelombang Berjalan

dimana

maka

Keterangan:

Tanda pada konstanta (x) menunjukkan:

( – ) gelombang merambat ke kanan

( + ) gelombang merambat ke kiri

Tanda pada amplitudo (A) menunjukkan:

( + ) titik asal getaran ke atas

( – ) titik asal getaran ke bawah

keterangan:

y = simpangan gelombang (m)

A = amplitudo (m)

= kecepatan sudut (rad/s)

=

= ketetapan gelombang

=

π’š = Β± 𝑨 𝐬𝐒𝐧 πŽπ’• Β± π’Œπ’™

𝝎 = πŸπ…π’‡ π’Œ = πŸπ… 𝝀

π’š = Β± 𝑨𝐬𝐒𝐧 πŸπ…π’‡π’• Β± πŸπ…π’™/𝝀

𝒗 = 𝝎 π’Œ

Page 7: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

Kecepatan dan percepatan simpangan:

keterangan:

= kecepatan gelombang (m/s)

= percepatan gelombang (m/s2)

Contoh Soal

1. Diberikan sebuah persamaan gelombang Y = 0,02 sin (10Ο€t βˆ’ 2Ο€x) dengan t

dalam sekon, Y dan x dalam meter.

Tentukan:

a. amplitudo gelombang

b. frekuensi sudut gelombang

c. tetapan gelombang

d. cepat rambat gelombang

e. frekuensi gelombang

f. periode gelombang

g. panjang gelombang

h. arah rambat gelombang

i. simpangan gelombang saat t = 1 sekon dan x = 1 m

j. persamaan kecepatan gelombang

k. kecepatan maksimum gelombang

l. persamaan percepatan gelombang

Pembahasan :

Bentuk persamaan umum gelombang:

𝒗 =ππ’š

𝝏𝒕= π‘¨π›šπœπ¨π¬ πŽπ’•βˆ’ π’Œπ’™

𝒂 =ππ’š

𝝏𝒕= βˆ’π‘¨π›šπŸπ¬π’π§ πŽπ’• βˆ’ π’Œπ’™ = βˆ’πŽπŸπ’š

π’—π’Žπ’‚π’™ = π‘¨πŽ

π’‚π’Žπ’‚π’™ = π‘¨πŽπŸ

Page 8: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

Y = A sin (Ο‰t - kx)

dengan A amplitudo gelombang, Ο‰ = 2Ο€f dan k = 2Ο€/Ξ» dengan demikian :

a. A = 0,02 m

b. Ο‰ = 10Ο€ rad/s

c. k = 2Ο€

d. v = Ο‰/k = 10Ο€/2Ο€ = 5 m/s

e. f = Ο‰/2Ο€ = 10Ο€/2Ο€ = 5 Hz

f. T = 1/f = 1/ 5 = 0, 2 sekon

g. Ξ» = 2Ο€/k = 2Ο€/2Ο€ = 1 m

h. ke arah sumbu x positif

i. Y = 0,02 sin(10 Ο€- 2Ο€) = 0,02 sin(8Ο€) = 0 m

j. v = Ο‰ A cos(Ο‰tβˆ’kx) = 10Ο€(0,02) cos(10Ο€tβˆ’2Ο€x) m/s

k. vmaks = Ο‰A = 10Ο€(0,02) m/s

l. a = βˆ’Ο‰2y = βˆ’(10Ο€)

2 (0,02) sin(10Ο€t βˆ’ 2Ο€x) m/s

2

Aktivitas kegiatan 2

1. Persamaan gelombang berjalan pada seutas tali dinyatakan dengan y = 0,02

sin (20 t – 0,2 x). jika x dan y dalam cm dan t dalam sekon, tentukan:

a. amplitudo

b. ketetapan gelombang

c. panjang gelombang

d. frekuensi gelombang

e. periode gelombang

f. cepat rambat gelombang

2. Gelombang berjalan pada permukaan air dengan data seperti pada gambar

dibawah ini. Jarak AB = 4,5 cm ditempuh dalam selang waktu 0,5 sekon,

maka simpangan titik P memenuhi persamaan...

Page 9: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

Note:

Tugas di kerjakan di buku latihan dengan menuliskan kembali soal yang

tersedia disertai dengan jawaban. Hasil pekerjaan dikumpulkan dalam format

jpeg, pdf dan word (pilih salah satu). Deadline aktivitas kegiatan 2 paling lambat

Kamis, 26 maret 2020 pukul 23.00 wib. Jangan lupa disertai dengan nama dan

kelas

Kirim ke email : [email protected]

Page 10: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

Kegiatan 3

GELOMBANG STASIONER

Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner adalah gelombang hasil perpaduan atau interferensi

dua gelombang yang berlawanan arah, yaitu gelombang datang dan

gelombang pantul yang memiliki amplitudo dan frekwensi sama. Pada

gelombang stasioner ada titik-titik yang selalu bersimpangan maksimum ( titik

Perut) dan ada titik-titik yang simpanganya selalu nol ( titik simpul).

Persamaan gelombang stasioner ujung terikat

Seutas tali BO , titik B

digetarkan terus menerus dan

titik O diikat. Hasil perpaduan

gelombang datang dan

gelombang Pantul adalah

gelombang stasioner dan

membentuk simpul dan perut.

Gelombang BIRU adalah gelombang datang merambat ke kanan

Gelombang Merah garis putus-putus adalah gelombang pantul merambat

ke kiri dan dibalik (berlawanan fase). Gelombang datang dan gelombang

pantul berselisih fase 1/2 atau gelombang pantul berlawanan dengan

phase gelombang datang Δφ = 1/2.

Perpaduan antara gelombang datang dan gelombang pantul adalah:

= = βˆ’

= βˆ’ )

=

π’šπŸ = 𝑨 𝐬𝐒𝐧 πŽπ’• βˆ’ π’Œπ’™

π’šπŸ = βˆ’π‘¨π¬π’π§ βˆ’πŽπ’• βˆ’ π’Œπ’™ π’šπŸ = 𝑨 𝐬𝐒𝐧 πŽπ’• π’Œπ’™

Page 11: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

= =

adalah amplitudo maksimum dengan persamaan variabel sinus,

sehingga ada nilai maksimum dan nilai minimum nol. Dengan demikian

dapat ditentukan titik simpul dan titik perut.

Persamaan gelombang stasioner ujung bebas

Seutas tali BO , titik B digetarkan terus menerus dan titik O bebas.

Gelombang BIRU adalah gelombang datang merambat ke kanan

Titik Simpul

Titik simpul adalah titik yang

amplitudonya selalu nol

𝐴𝑝 = 2𝐴 π‘˜π‘₯ = 0

π‘˜π‘₯ = 0

π‘˜π‘₯ = 0πœ‹, πœ‹, 2πœ‹, … . = π‘›πœ‹

πœ‹

πœ†π‘₯ = π‘›πœ‹

𝒙 = 𝒏

πŸπ€ = πŸπ’

𝝀

πŸ’

n = 0, 1, 2, 3, ….

π’šπŸ = 𝑨 𝐬𝐒𝐧 πŽπ’• βˆ’ π’Œπ’™

Titik Perut

Titik Perut adalah titik yang

amplitudonya selalu maksimum

𝐴𝑝 = 2𝐴 π‘˜π‘₯ = 2𝐴

π‘˜π‘₯ = Β± 1

π‘˜π‘₯ = πœ‹

,3πœ‹

,5πœ‹

, … .=

𝑛+ πœ‹

πœ‹

πœ†π‘₯ =

𝑛+ πœ‹

𝒙 = πŸπ’ 𝟏 𝝀

πŸ’

n = 0, 1, 2, 3, ….

Page 12: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

Gelombang Merah garis putus-putus adalah gelombang pantul tidak

terjadi pembalikan fase, sehingga beda fasenya = 0

Perpaduan antara gelombang datang dan gelombang pantul adalah:

= = βˆ’ βˆ’

= βˆ’ βˆ’

=

= =

adalah amplitudo maksimum dengan persamaan variabel cosinus

Contoh Soal

1. Persamaan gelombang stasioner:

Y = 0,02 cos (50Ο€ x) sin (30Ο€t) meter

Berikut data-data yang bisa diambil dari persamaan di atas:

amplitudo: (amplitudo gelombang stasioner maksimum)

Ap maksimum = 0,02 meter

amplitudo gelombang berjalan

A = 1/2 Ap maksimum= 0,01 meter

π’šπŸ = 𝑨 𝐬𝐒𝐧 βˆ’πŽπ’• βˆ’ π’Œπ’™

Titik Perut

Titik Perut adalah titik yang

amplitudonya selalu maksimum

𝐴𝑝 = 2𝐴 co π‘˜π‘₯ = 2𝐴

co π‘˜π‘₯ = Β± 1

π‘˜π‘₯ = 0πœ‹,πœ‹, 2πœ‹, … . = π‘›πœ‹

πœ‹

πœ†π‘₯ = π‘›πœ‹

𝒙 = 𝒏

πŸπ€ = πŸπ’

𝝀

πŸ’

n = 0, 1, 2, 3, ….

Titik simpul

Titik simpul adalah titik yang

amplitudonya selalu nol

𝐴𝑝 = 2𝐴 co π‘˜π‘₯ = 0

co π‘˜π‘₯ = 0

π‘˜π‘₯ = πœ‹

,3πœ‹

,5πœ‹

, … .=

𝑛+ πœ‹

πœ‹

πœ†π‘₯ =

𝑛+ πœ‹

𝒙 = πŸπ’ 𝟏 𝝀

πŸ’

n = 0, 1, 2, 3, ….

π’šπŸ = βˆ’π‘¨ 𝐬𝐒𝐧 πŽπ’• π’Œπ’™

Page 13: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

tetapan gelombang

k = 50Ο€

panjang gelombang

k = 2Ο€/Ξ»

50Ο€ = 2Ο€/Ξ»

Ξ» = 2Ο€/50Ο€ = 0,04 meter

frekuensi sudut

Ο‰ = 30Ο€

frekuensi

2Ο€f = 30Ο€

f = 15 Hz

2, Menentukan letak perut dan simpul dari ujung bebas

Menentukan letak perut dari ujung bebas

Posisi perut pertama adalah nol, sehingga x P1 = 0 meter

Posisi perut kedua adalah 2/4 (setengah) gelombang dari ujung bebas,

sehingga x P2 = (2/4)(0,04) meter

Posisi perut ketiga adalah 4/4 (satu) gelombang dari ujung bebas, sehingga

x P3 = (4/4)(0,04) meter dan seterusnya.

Page 14: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

Menentukan letak simpul dari ujung bebas

Posisi simpul pertama adalah 1/4 (seperempat) gelombang dari ujung

bebas, sehingga x S1 = (1/4)(0,04) meter

Posisi simpul kedua adalah 3/4 (tiga perempat) gelombang dari ujung bebas,

sehingga x S2 = (3/4)(0,04) meter

Posisi simpul ketiga adalah 5/4 (satu seperempat) gelombang dari ujung

bebas, sehingga x S3 = (5/4)(0,04) meter

Posisi simpul keempat adalah 7/4 (satu tiga perempat) gelombang dari ujung

bebas, sehingga x S4 = (7/4)(0,04) meter

dan seterusnya.

Aktivitas Kegiatan 3

1. Tali sepanjang 100 cm yang ujungnya bebas digetarkan sehingga memiliki

persamaan y = 0,5 cos (0,2 x) sin (8 t). Jika x dan y dalam cm dan t dalam

sekon,tentukan posisi:

a. Perut pertama

b. Perut kedua

c. Perut ketiga

d. Simpul pertama

e. Simpul kedua

2. Akibat adanya pemantulan, terbentuk gelombang stasioner, y = 0,4 sin

(0,6Ο€x) cos (8Ο€t) meter. Dari persamaan di atas, tentukan :

a. Amplitudo

b. Ketetapan gelombang

c. Panjang gelombang

d. Frekuensi sudut (Ο‰)

e. Cepat rambat gelombang

3. Suatu gelombang merambat sepanjang tali yang dipantulkan oleh ujung

bebas sehingga terbentuk gelombang stasioner. simpangan di titik A yang

berjarak x dari titik pantul memiliki persamaan ya = 2 cos (6 Ο€ x) sin (3 Ο€ t).

jika x dalam meter dan t dalam sekon. Tentukan :

Page 15: GELOMBANG MEKANIK MEKANIK...Gelombang diam/stasioner : gelombang yang amplitudonya berubah-ubah di setiap titiknya / gelombang hasil perpaduan dua buah gelombang berjalan. Besaran-besaran

a. Amplitudo

b. Ketetapan gelombang

c. Panjang gelombang

d. Frekuensi sudut (Ο‰)

e. Cepat rambat gelombang

Note:

Tugas di kerjakan di buku latihan dengan menuliskan kembali soal yang

tersedia disertai dengan jawaban. Hasil pekerjaan dikumpulkan dalam format

jpeg, pdf dan word (pilih salah satu). Deadline aktivitas kegiatan 3 paling lambat

Selasa, 31 maret 2020 pukul 23.00 wib. Jangan lupa disertai dengan nama dan

kelas

Kirim ke email : [email protected]