Gelombang pada Tali

         Sumber gelombang adalah getaran. Gelombang adalah getaran yang merambat. Setiap benda yang berjalan dicirikan mempunyai kecepatan. kecepatan gelombang bergantung pada sifat medium, dimana ia merambat. Kecepatan gelombang tali yang terentang, maupun gelombang pada dawai tergantung pada tegangan tali dan massa tali per satuan panjang.kecepatan inilah yang akan mempengaruhi frekuensi tertentu yang super posisinya menghasilkan suatu pola getaran stasioner yang disebut gelombang berdiri.

         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 sebuaah gelombang melalui medium tersebut addalah inersianya dan elastisitasnya. Kedua faltor ini bersama-sama akan menentukan laju gelombang. 

Cepat Rambat Gelombang pada Tali

          Jika tali digetarkan 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. Gelombang stasioner biasa juga disebut gelombang tegak,gelombang berdiri atau gelombang diam, karena terbentuk dari perpaduan atau interferensi dua buah gelombang yang mempunyai amplitudo dan frekuensi yang sama, tapi arah rambatnya berlawanan. 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 amplitudo maksimum, disebut perut.Simpul dan perut tetap di posisi tertentu untuk frekuensi tertentu. Amplitudo pada gelombang stasioner tidak konstan, besarnya amplitudo pada setiap titik sepanjang gelombang tidak sama. Pada simpul amplitudo nol, dan pada perut gelombang amplitudo maksimum.

Gambar 1. Simpul dan Perut pada Gelombang Berdiri

Sumber:http://www.instafisika.com/

Periode gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang untuk menempuh satu     panjang gelombang penuh.

Panjang gelombang (λ) adalah jarak yang ditempuh dalam waktu satu periode.

Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang terjadi tiap satuan waktu.

Cepat rambat gelombang (v) adalah jarak yang ditempuh gelombang tiap satuan waktu.

Jadi dapat dirumuskan bahwa:

v    = λ .f ,

T = 1f  ,

maka v = λT

Keterangan:

v    = Cepat rambat gelombang (m/s)

T    = Periode gelombang (s)

F    = Frekuensi (Hz)

λ    = Panjang gelombang (m)

1. Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner juga disebut gelombang berdiri.Gelombang stasioner terbentuk akibat gerak medium yang berlawanan arah dengan gelombang atau akibat pertemuan dua gelombang yang arahnya berlawanan.contoh gelombang stasioner adalah gelombang pada tali yang digetarkan terus-menerus.

1. Gelombang Stasioner pada ujung terikat

Gambar 2. Gelombang Stasioner pada Ujung Terikat

Sumber: http://fisikastudycenter.com/

            Seutas tali diikatkan kuat pada sebuah tiang dan ujung yang satunya digetarkan terus menerus. Setelah mengenai tiang, gelombang datang akan terpantul. gelombang pantulan akan berbalik fase. Jadi, gelombang pantulnya berbeda fase 180 derajat dengan gelombang datang.

Persamaan gelombang datang (dari kiri) adalah y_d = A sin (ω t-kx) sedangkan gelombang pantulannya yang merambat dari kiri kekanan dan fasenya berubah 180 derajat memiliki persamaan:

y_p = – Asin (ω t + kx).

Hasil pertemuan gelombang datang dengan gelombang pantulan membentuk sebuah gelombang stasioner.persamaan gelombang stasioner hasil gabungan gelombang datang dan gelombang pantul itu dapat diperoleh dengan menjumlahkan simpangan kedua gelombang

y = yd + yp = A sin (ω t-kx) +(-Asin(ω t+kx))

Berdasarkan identitas trigonometri kita peroleh persamaan gelombang stasionernya adalah:

y = 2A sin (kx) cos (ω t)

Amplitudo gelombang stasioner pada ujung terikat itu adalah:

A_s = 2A sin kx

2. Gelombang Stasioner Akibat Pantulan pada Ujung Bebas

Gambar 3. Gelombang Stasioner akibat Pantulan Ujung Bebas
Sumber: http://fisikastudycenter.com/

          Yang dimaksud ujung bebas adalah ujung yang bisa bebas bergerak.Bisa di analogikan pada ujung yang dikaitkan pada cincin.Gelombang pantulan pada ujung bebas tidak mengalami perubahan fase, hanya berbalik arah.persamaan gelombang datang adalah y_d = A sin (ω t-kx), sedangkan persamaan gelombang pantulannya adalah y_p = A sin (ω t + kx). persamaan gelombang stasioner diperoleh dengan menjumlahkan gelombang datang dengan gelombang pantulannya.

y = y_d + y_p = Asin (ω t-kx) + Asin (ω t+kx), dengan mengingat identitas trigonometri diperoleh:

y = 2A cos (kx) sin (ω t)

besar amplitudo gelombang stasioner pada ujung bebas adalah:

A_s= 2A cos (kx)

Yang menunjukkan besar amplitudo tersebut bergantung posisinya.Jika ujung tali dibuat tetap, dan frekuensi getaran diatur sehingga panjang tali merupakan kelipatan dari setengah gelombang, sehingga gelombang berdiri ini dalam keadaan resonansi. Pola gelombang stasioner ketika terjadi nada dasar (harmonik pertama), nada atas pertama (harmonik kedua), dan nada atas kedua (harmonik ketiga) adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini:

Gambar 4.Resonansi pada Ujung Tetap

Sumber: http://fisikon.com/

                Frekuensi nada yang dihasilkan bergantung pada pola gelombang yang terbentuk pada dawai, umumnya sama dengan frekuensi tegangan bolak balik PLN (50 Hz). Berdasarkan gambar diatas, panjang gelombang nada dasar, nada dasar pertama, dan nada dasar kedua berturut- turut 2L, L, dan 23 L. Secara umum, ketiga panjang gelombang tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan:

λ_n= 2L(n+1) atau λ = 2Ln

Dengan demikian, frekuensi nada yang dihasilkan dawai memenuhi persamaan:

f_n = vλn  = nv2L  = n . f₁

dimana f₁ = vλ1  = v2L  adalah frekuensi dasar. Setiap frekuensi resonan merupakan kelipatan bilangan bulat (2x, 3x, dan seterusnya) dari frekuensi dasar.

Keterangan:

f_n = Frekuensi nada ke- n (Hz)

v = Cepat rambat gelombang dalam dawai

L = Panjang dawai

 

Gambar 1. Gelombang pada Tali

Untuk memahami materi Gelombang pada Tali berikut ini adalah video contoh gelombang pada tali :
                
          

Temukan jawabannya melalui simulasi PhET topik Gelombang pada Tali berikut :

Click to Run

Lakukan simulasi percobaan Gelombang dengan panduan LKPD. Gelombang pada Tali berikut ini




Jika masih kurang paham tentang LKPD simulasi PhET tentang Gelombang pada Tali diatas maka dapat juga menggunakan bantuan video tutorial simulasi PhET tentang Gelombang pada Tali berikut ini :

Setelah kamu belajar gelombang pada tali, mari kita berlatih mengerjakan soal latihan berikut ini

Powered by ProProfs

Setelah mengikuti soal maka tibalah saatnya kita ulangan materi Gelombang pada Tali   
klik disini  untuk menuju laman ulangan, lalu masukkan username dan password yang sudah saya berikan di kelas

Jika ingin mengetahui materi Gelombang pada Tali lebih jelas lagi maka dapat klik disini atau dapat juga klik disini

Selain itu, dapat diunduh materi Gelombang pada tali dalam bentuk pdf yaitu dengan klik disini