Pengertian Gelombang, Jenis, Sifat, Pemanfaatan hingga Besarannya!

Pengertian gelombang – Gelombang adalah getaran yang merambat. Bentuk ideal dari suatu gelombang akan mengikuti gerak sinusoide.

Selain radiasi elektromagnetik, dan mungkin radiasi gravitasi, yang bisa berjalan melalui ruang hampa udara, gelombang juga terdapat di medium (yang karena perubahan bentuk dapat menghasilkan gaya pegas) yang dapat berjalan dan memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain tanpa mengakibatkan partikel medium berpindah secara permanen; yaitu tidak ada perpindahan secara massal.

Berikut penjelasan seputar Pengertian gelombang. Simak selengkapnya!

Pengertian Gelombang

Berdasarkan penjelasan di atas, pengertian gelombang dapat didefinisikan sebagai gejala rambatan dari suatu getaran atau usikan. Pengertian Gelombang akan terus terjadi apabila sumber getaran ini bergetar terus-menerus. Gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat lainnya.

Suatu medium disebut:

• Linear jika gelombang yang berbeda di semua titik tertentu di medium bisa dijumlahkan.
• Terbatas jika terbatas, selain itu disebut “tak terbatas”.
• Seragam jika ciri fisiknya tidak berubah di titik yang berbeda.
• Isotropik jika ciri fisiknya “sama” di arah yang berbeda.

Contoh sederhana gelombang, apabila kita mengikatkan satu ujung tali ke tiang, dan satu ujung talinya lagi digoyangkan, akan terbentuk banyak bukit dan lembah di tali yang digoyangkan tadi. Inilah yang disebut dengan gelombang.

Pada era informasi seperti sekarang ini, gelombang memegang peranan yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Salah satunya adalah janin yang masih berada di dalam kandungan dapat dilihat dengan mata telanjang karena ada gelombang ultrasonik.

Contoh lainnya dapat dilihat pada beberapa peristiwa berikut.

• Kita dapat mendengar suara musik karena ada gelombang bunyi.
• Batu ginjal dihancurkan dengan gelombang ultrasonik.
• Jarak Venus ke bumi dapat diukur dengan ketelitian yang sangat tinggi.
• Keadaan perut bumi dan isinya dapat diketahui dengan bantuan gelombang seismik.
• Kita dapat menikmati radio dan televisi karena ada gelombang radio.
• Kita dapat saling berkomunikasi lewat telepon dan masih banyak hal lainnya.

Secara umum, gelombang terbagi menjadi kelompok gelombang berdasarkan arah rambat dan kelompok gelombang berdasarkan medium rambat. Berdasarkan arah rambatnya, gelombang dapat dikelompokkan menjadi gelombang longitudinal dan gelombang transversal. Adapun berdasarkan medium perambatannya, gelombang dikelompokkan menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

Jenis Gelombang

Pada saat kita melempar batu ke danau atau kolam air, gelombang melingkar terbentuk dan bergerak menyebar. Gelombang juga akan melakukan perjalanan sepanjang tali yang direntangkan lurus di atas meja jika kita menggetarkan satu ujungnya bolak-balik. Gelombang air dan gelombang di tali tersebut adalah dua contoh umum gelombang mekanis.

Jika gelombang merambat hingga menyebabkan terjadinya gerak pada medium tempat dimana gelombang itu menjalar disebut gelombang mekanis. Pada gelombang mekanis, perjalanan gelombang di dalam medium terjadi karena adanya interaksi pada medium itu. Semakin kuat interaksi di suatu medium, perjalanan gelombang akan semakin cepat.

Laju perjalanan gelombang bergantung kepada medium inersianya dimana semakin besar medium inersianya, akan semakin lambat gelombang berjalannya. Berbeda dengan gelombang mekanis, gelombang elektromagnetik merambat tanpa memerlukan medium perantara seperti gelombang radio, mikro, infra merah, sinar UV dan sinar X.

1. Jenis Gelombang Berdasarkan Medium

Berdasarkan pembahasan di atas, gelombang dapat dibagi menjadi dua jenis berdasarkan medium perambatannya, yaitu:

• Gelombang mekanis, yaitu jenis gelombang yang membutuhkan media perantara dalam perambatannya. Contohnya adalah gelombang di tali, gelombang air, dan gelombang bunyi.
• Gelombang elektromagnetik, yaitu jenis gelombang yang bisa merambat walaupun tidak ada medianya. Berdasarkan frekuensinya, urutan gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang radio dan televisi, gelombang mikro, sinar infra merah, sinar tampak, sinar ultraviolet, sinar X, dan sinar gamma.

2. Jenis Gelombang Berdasarkan Arah Getarannya

Berdasarkan arah getarannya, gelombang dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu transversal dan longitudinal.

a. Gelombang Tranversal

Jika kita mengamati gelombang tali, pola yang terbentuk merambat sepanjang tali, sedangkan gerakan komponen tali (simpangan) terjadi dalam arah tegak lurus tali. Gelombang dengan arah getaran tegak lurus arah rambat dinamakan gelombang transversal. Untuk gelombang bunyi yang dihasilkan akibat pemberian tekanan, arah getaran yang terjadi searah dengan perambatan gelombang. Contohnya adalah gelombang bunyi di udara.

Gelombang ini 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 disekitarnya 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 persis sama dengan arah rambat gelombang.

Keterangan:
I : puncak gelombang.
II : bukit gelombang.
III : lembah gelombang.
IV : satu siklus gelombang disingkat dengan satu gelombang.
V : panjang satu siklus gelombang (jarak antara puncak gelombang ke puncak gelombang berikutnya) disingkat dengan panjang gelombang.
VI : amplitude gelombang = simpangan terbesar gelombang.

Fase atau sudut fase gelombang sama dengan fase getaran yang menyebabkannya. Pada gambar di atas, apabila sudut fase titik A adalah 0⁰, sudut fase di titik B = 90^o, titik C = 180^o, titik D = 270^o, titik E = 360^o, titik F = 630^o. Adapun untuk besar fasenya adalah sebagai berikut.

b. Gelombang Longitudinal

Gelombang dengan arah getaran sama dengan arah rambat gelombang dinamakan gelombang longitudinal.

Pada gambar di atas tampak bahwa arah getaran sejajar dengan arah rambatan gelombang. Serangkaian rapatan dan regangan merambat sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah ketika kumparan pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah tempat kumparan pegas saling menjahui.

Jika gelombang tranversal memiliki pola berupa puncak dan lembah, gelombang longitudinal terdiri atas pola rapatan dan regangan. Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang berurutan; yang dimaksudkan di sini adalah jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada rapatan atau regangan.

Salah satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara sebagai medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah rambat gelombang udara. Berbeda dengan gelombang air atau gelombang tali, gelombang bunyi tidak bisa kita lihat memakai mata.

Sifat–Sifat Gelombang

1. Pemantulan atau Refleksi Gelombang

Tentunya sahabat sudah sangat mengerti tentang pemantulan ini, jadi secara garis besar saya rasa kita sudah sepaham. Dalam pemantulan gelombang berlaku hukum pemantulan gelombang:

Besar sudut datangnya gelombang sama dengan sudut pantul gelombang. Gelombang datang, gelombang pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.

2. Pembiasan Gelombang

Perubahan arah gelombang saat gelombang masuk ke medium baru yang mengakibatkan gelombang bergerak dengan kelajuan yang berbeda disebut dengan pembiasan. Pada pembiasan terjadi perubahan laju perambatan. Panjang gelombangnya bertambah atau berkurang sesuai dengan perubahan kelajuannya, tetapi tidak ada perubahan frekuensi. Peristiwa ini ditunjukkan melalui gambar berikut.

Pada gambar tersebut kecepatan gelombang pada medium 2 lebih kecil daripada medium 1. Dalam hal ini, arah gelombang membelok sehingga perambatannya lebih hampir tegak lurus dengan batas. Jadi, sudut pembiasan (θ₂), lebih kecil daripada sudut datang (θ₁), sehingga diperoleh persamaan Hukum Snellius sebagai berikut.

atau

atau

Lambang merujuk kepada sudut datang dan sudut bias, dan pada kecepatan cahaya sinar datang dan sinar bias. Lambang merujuk kepada indeks bias medium yang dilalui sinar datang, sedangkan adalah indeks bias medium yang dilalui sinar bias.

Hukum Snellius dapat digunakan untuk menghitung sudut datang atau sudut bias, dan dalam eksperimen untuk menghitung indeks bias suatu bahan.

Pada 1637, René Descartes secara terpisah menggunakan argumen heuristik kekekalan momentum dalam bentuk sinus melalui tulisannya yang berjudul Discourse on Method untuk menjelaskan hukum ini. Cahaya dikatakan mempunyai kecepatan yang lebih tinggi pada medium yang lebih padat karena cahaya adalah gelombang yang timbul akibat terusiknya plenum, substansi kontinu yang membentuk alam semesta. Dalam bahasa Prancis, hukum Snellius disebut dengan la loi de Descartes atau loi de Snell-Descartes.

Sebelumnya, antara tahun 100 hingga 170 Ptolemeus dari Thebaid menemukan hubungan empiris sudut bias yang hanya akurat pada sudut kecil. Konsep hukum Snellius pertama kali dijelaskan secara matematis dengan akurat pada 984 oleh Ibn Sahl dari Baghdad dalam manuskripnya berjudul On Burning Mirrors and Lenses.

Dengan konsep tersebut Ibn Sahl mampu membuat lensa yang dapat memfokuskan cahaya tanpa aberasi geometri yang dikenal sebagai kanta asperik. Manuskrip Ibn Sahl ditemukan oleh Thomas Harriot pada 1602, tetapi tidak dipublikasikan walaupun dia bekerja dengan Johannes Keppler di bidang ini.

Pada 1678, dalam Traité de la Lumiere, Christiaan Huygens menjelaskan hukum Snellius dari penurunan prinsip Huygens tentang sifat cahaya sebagai gelombang. Hukum Snellius dikatakan berlaku hanya pada medium isotropik atau “teratur” pada kondisi cahaya monokromatik yang hanya mempunyai frekuensi tunggal, sehingga bersifat reversibel.

Hukum Snellius dijabarkan kembali dalam rasio sebagai berikut

 

3. Perpaduan (Interferensi) Gelombang

Perpaduan gelombang terjadi apabila terdapat gelombang dengan frekuensi dan beda fase saling bertemu. Hasil interferensi gelombang akan ada dua, yaitu konstruktif (saling menguatkan) dan destruktif (saling melemahkan). Interferensi konstruktif terjadi saat dua gelombang bertemu pada fase yang sama, sedangkan interferensi destruktif terjadi saat dua gelombang bertemu pada fase yang berlawanan.

4. Pembelokan (Difraksi) Gelombang

Difraksi gelombang adalah pembelokkan atau penyebaran gelombang jika gelombang tersebut melalui celah. Gejala difraksi akan semakin tampak jelas apabila celah yang dilewati semakin sempit.

5. Dispersi Gelombang

Dispersi gelombang adalah peristiwa terurainya sinar cahaya yang merupakan campuran dari beberapa panjang gelombang menjadi komponen–komponennya karena adanya pembiasan. Dispersi terjadi karena adanya perbedaan deviasi untuk setiap panjang gelombang, yang disebabkan oleh perbedaan kelajuan masing–masing gelombang pada saat melewati medium pembias. Jika sinar cahaya putih jatuh pada salah satu sisi prisma, cahaya putih itu akan terburai menjadi komponen–komponennya dan spektrum lengkap cahaya tampak akan terlihat.

6. Dispolarisasi Gelombang

Dispolarisasi gelombang adalah peristiwa terserapnya sebagian arah getar gelombang, sehingga hanya tinggal memiliki satu arah saja. Polarisasi hanya akan terjadi pada gelombang transversal, karena arah gelombang sesuai dengan arah polarisasi, dan sebaliknya, akan terserap jika arah gelombang tidak sesuai dengan arah polarisasi celah tersebut.

Pemanfaatan Gelombang

Sangat banyak pemanfaatan dari gelombang dengan mempertimbangkan berbagai sifat gelombang yang ada di sekitar kita. Beberapa di antaranya antara lain:

• Gelombang TV dan radio untuk komunikasi.
• Gelombang micro yang dimanfaatkan untuk memasak makanan atau yang kita kenal dengan microwave.
• Gelombang bunyi yang sangat membantu bidang kesehatan, yaitu ultrasonik pada peralatan USG untuk memeriksa ada tidaknya penyakit.

Besaran-Besaran Gelombang

Besaran–besaran gelombang antara lain:

1. Panjang Gelombang

Ketika kalian mengamati gelombang pada permukaan air, lalu menjatuhkan batu di atas permukaan air, di situlah akan terlihat puncak dan lembah yang disebut dengan panjang gelombang, yaitu jarak dua puncak yang berdekatan atau jarak dua lembah yang berdekatan.

2. Cepat Rambat Gelombang

Cepat rambat gelombang untuk melihat seberapa cepat sebaran gelombang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.

3. Simpangan

Selama gelombang merambat, simpangan pada suatu medium selalu berubah-ubah, yaitu mulai dari nilai minimumnya sampai nilai maksimumnya. Nilai maksimum dan minimum diperoleh secara periodik.

4. Amplitudo

Amplitudo adalah pengukuran skalar yang nonnegatif dari besar osilasi suatu gelombang. Amplitudo juga dapat didefinisikan sebagai jarak atau simpangan terjauh dari titik kesetimbangan dalam gelombang sinusoide yang kita pelajari pada mata pelajaran fisika dan matematika – geometrika. Amplitudo dalam sistem internasional biasa disimbolkan dengan (A) dan memiliki satuan meter (m).

5. Periode

Periode adalah waktu osilasi yang diperlukan oleh suatu benda untuk kembali osilasi yang semula. Misalkan suatu titik berada di simpangan nol.

6. Frekuensi

Frekuensi adalah banyaknya osilasi setiap detik pada suatu medium. Untuk menghitung frekuensi, seseorang menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Pada Sistem Satuan Internasional, hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz (Hz), yaitu nama pakar fisika dari Jerman bernama Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang terjadi satu kali per detik.

Secara alternatif, seseorang bisa mengukur waktu antara dua buah kejadian atau peristiwa (dan menyebutnya sebagai periode), lalu memperhitungkan frekuensi () sebagai hasil kebalikan dari periode (), seperti tampak dari rumus di bawah ini:

 

dengan f adalah frekuensi (hertz) dan T periode (sekon atau detik).

Selain itu frekuensi juga berhubungan dengan jumlah getaran dengan rumusan:-

Pada perangkat mekanis yang berputar, sering digunakan ukuran frekuensi getaran per menit, disingkat r/min atau rpm. 60 rpm sama dengan satu hertz.

7. Kecepatan Osilasi

Osilasi merupakan variasi periodik terhadap waktu dari suatu hasil pengukuran, contohnya ayunan bandul. Istilah vibrasi atau getaran sering digunakan sebagai sinonim osilasi, walaupun sebenarnya vibrasi merujuk kepada jenis spesifik osilasi, yaitu osilasi mekanis.

Osilasi tidak hanya terjadi pada suatu sistem fisik, tetapi bisa juga di sistem biologi dan bahkan dalam masyarakat. Osilasi terbagi menjadi dua jenis, yaitu osilasi harmonis sederhana dan osilasi harmonis kompleks. Dalam osilasi harmonis yang sederhana terdapat gerak harmonis sederhana, yang bisa terjadi di sebuah benda, molekul, atau atom.

Untuk istilah lain dalam hasil pengukuran kelistrikan, osilasi dapat disebut flicker atau gangguan yang mengubah bentuk gelombang menjadi rusak/cacat.

Kecepatan osilasi untuk mengetahui seberapa cepat terjadi perubahan simpangan pada medium. Pada gelombang transversal, kecepatan osilasinya dilihat naik turun simpangannya, sedangkan untuk gelombang longitudinal, kecepatan osilasinya dilihat dari cepatnya getaran maju mundur.

Nah, itulah ulasan seputar pengertian gelombang dan penjelasan lengkap dibaliknya. Simak selengkapnya pengertian gelombang dan mata pelajaran fisika lainnya melalui berbagai buku yang tersedia di Gramedia! Semoga bermanfaat!

Baca juga terkait Pengertian gelombang: