Gelombang

Bismillah...Untuk siswa/i kelas III SMA Neg 1 Langsa, karena keterbatasan kita belajar Fisika di sekolah (dalam seminggu hanya 4 jam), sementara materi yang dipelajari banyak sekali...maka saya berinisiatif untuk menambahkan materi Fisika tentang Gelombang beserta contoh soal dan Latihan ke dalam blog saya ini dengan harapan...semoga siswa/i semua mendapat pemahaman yang lebih (Insya Allah). Jika dalam menyelesaikan latihan-latihan ini...kalian menemukan kendala...silahkan menghubungi saya kembali...mari kita bahas per item soal yang sulit...Jangan pernah bosan untuk belajar yaaa...mudah-mudahan kalian semakin mantap untuk menghadap Ujian Nasional (UN) ke depan...:-) (selamat menikmati)

Gelombang adalah getaran yang merambat. Dalam perambatannya gelombang tidak memindahkan materi. Gelombang memindahkan energi.

Ditinjau dari arah rambatannya, gelombang terbagi menjadi 2 yaitu
1. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah nya tegak lurus terhadap arah rambatannya.
Contoh : kibaran bendera, gelombang pada tali, gelombang bunyi di udara

2. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arahnya sejajarnya terhadap arah rambatannya.
Contoh : Kaki 1000, spiral

Ditinjau dari dimensi, gelombang terbagi menjadi 3 yaitu :
1. Gelombang 1 dimensi adalah gelombang yang terjadi pada 1 sumbu (sb x) atau gelombang yang terjadi pada garis.
2. Gelombang 2 dimensi adalah gelombang yang terjadi pada 2 sumbu (sb x, y) atau gelombang yang terjadi pada bidang.
3. Gelombang 3 dimensi adalah gelombang yang terjadi pada 3 sumbu (x, y, z) atau gelombang yang terjadi pada ruang.

Ditinjau dari medium, gelombang terbagi menjadi 2 yaitu :
1. Gelombang mekanik adalah gelombang yang membutuhkan medium dalam perambatannya. Contoh gelombang pada air
2. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang baik merambat dengan atau tanpa medium. Contoh : gelombang bunyi,

Besaran - Besaran Gelombang
1. Simpangan (y) adalah jarak perpindahan titik pada medium diukur dari posisi keseimbangan. Selama gelombang meramba, simpangansuatu titik pada medium selalu berubah-ubah .
2. Amplitudo (A) adalah nilai maksimum dan minimum yang dicapai berulang-ulang.
3. Periode adalah waktu yang diperlukan oleh satu titik pada medium untuk kembali ke keadaan osilasi semula.
4. Frekuensi (f) adalah jumlah osilasi yang dilakukan titik-titik pada medium selama satu sekon.
5. Panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak gelombang atau jarak antara dua lembah gelombang yang berdekatan.

Cepat Rambat Gelombang
Cepat rambat gelombang bergantung pada sifat medium dimana gelombang tersebut merambat. Jika gelombang merambat dalam suatu dawai, maka cepat rambat gelombang dipengaruhi oleh gaya tegangan tali dan massa persatuan panjang. Jika gelombang merambat pada zat padat dipengaruhi oleh modulus elastisitas zat padat (Y) dan massa jenis zat padat ( ), Sedangkan gelombang yang merambat dalam fluida dipengaruhi oleh Modulus Bulk (B) dan massa jenis fluida ( ).

Energi Yang Dibawa Gelombang
Gelombang memindahkan pola simpangan dari sumber ke lokasi lain dalam medium. Bagian medium yang semula diam, akhirnya bergetar dengan adanya gelombang yang menjalar. Oleh karena getaran memiliki energi , maka bagian medium yang semula yang tidak memiliki energi (diam) menjadi memiliki energi (bergetar) dengan adanya gelombang yang menjalar. Hal ini hanya mungkin terjadi jika gelombang berperan memindahkan energi dari sumber ke tempat yang dilaluinya. Dalam gelombang sinusoidal, besarnya energi yang dibawa berbanding lurus dengan amplitudo gelombang. Gelombang merambat dari satu titik ke segala arah dengan permukaan yang dilewati gelombang berupa bola.

Gelombang Bunyi
Gejala-gejala yang dialami oleh gelombang bunyi adalah pemantulan, pembiasan, interferensi dan Efek Doppler. Pada instrumen-instrumen musik seperti gitar, frekuensi dari not yang dimainkan oleh seutas senar dapat diubah dalam dua cara dengan memutar setelan yang terdapat di leher gitar atau dengan menekan senar agar menyentuh leher gitar pada suatu posisi tertentu.

Gelombang bunyi seperti halnya slingki merupakan gelombang longitudinal. Penyebab gelombang bunyi adalah getaran. Jika kita berteriak sambil memegang tenggorokan, kita rasakan tenggorokan kita bergetar. Ketika senar gitar yang kita petik tidak menghasilkan getaran maka tidak mendengarkan bunyi.

Gelombang bunyi merambat dalam bentuk rapatan dan renggangan sehingga bunyi dapat merambat melalui zat padat, zat cair dan gas. Bunyi tidak dapat merambat melalui vakum. Bukti nyata adalah para astrounot di Bulan (Bulan tidak memiliki atmosfer seperti Bumi) tidak saling berbicara secara langsung walaupun jarak mereka sangat dekat. Untuk berkomunikasi, mereka menggunakan alat komunikasi melalui gelombang radio (termasuk spektrum gelombang elektromagnetik).

Kilat dan guntur terjadi bersamaan. Tetapi kita selalu melihat kilat dahulu baru kemudian mendengarkan bunyi gunturnya. Fenomena alamiah ini membuktikan bahwa bunyi memerlukan waktu untuk merambat dari suatu tempat ke tempat lain. Cepat rambat bunyi di udara adalah 340 m/s. Cepat rambat bunyi terbesar dalam zat padat karena antar partikelnya paling dekat.

Sifat Gelombang
Sifat gelombang yaitu: 1) refleksi, 2) refraksi, 3) superposi, 4) di difraksikan, 5) interferensi, 6) polarisasi dan 7) dispersi.

Pemantulan Gelombang
Secara formal muka gelombang dapat didefenisikan sebagai kumpulan titik-titik pada medium yang memiliki fase simpangan yang sama. Dengan demikian muka gelombang untuk berbagai bentuk gelombang adalah: a) untuk gelombang air, titik-titik yang sefase berada pada keliling lingkaran, dengan pusat lingkaran adalah titik tempat batu dijatuhkan., b) untuk gelombang bunyi yang bersumber dari satu titik, muka gelombang adalah permukaaan bola yang pusatnya berada pada lokasi sumber bunyi, dan c) untuk gelombang air yang dihasilkan dengan menaik turunkan pelat yang panjang, maka muka gelombang berbentuk garis datar. Satu sifat yang menarik adalah arah perambatan gelombang selalu tegak lurus terhadap muka gelombang.

Pemantulan gelombang adalah pembelokan arah rambat gelombang karena mengenai bidang batas medium yang berbeda. Sementara gelombang pantul adalah gelombang yang berada pada medium yang sama dengan gelombang datang namun arahnya berlawanan. Pada gelombang tali pemantulan terjadi pada ujung tali, baik ujung tersebut diikatkan pada penyangga yang tetap atau dibiarkan bebas. Medium yang berada diseberang ujung tali merupakan medium yang berbeda (penyangga atau udara). Ketika gelombang sampai ke ujung tali, gelombang tersebut mengalami pemantulan dan merambat ke arah sebaliknya.

Hubungan antara arah gelombang datang dan pantul
a) Arah normal adalah arah yang tegak lurus bidang pantul
b) Sudut datang adalah ( ) adalah sudut yang dibentuk oleh arah gelombang datang dan arah normal.
Hukum pemantulam gelombang adalah sudut datang sama dengan sudut pantul

Prinsip Huygens menyatakan bahwa setiap titik pada muka gelombang berperan sebagai sumber gelombang titik yang baru. Muka gelombang baru dapat dipandang sebagai gabungan muka gelombang yang dihasilkan oleh sumber gelombang titik pada permukaan gelombang pada muka gelombang yang lama. Muka gelombang adalah kumpulan titik-titik medium rambat gelombang yang mempunyai fase yang sama. Gelombang selalu merambat dalam arah tegak lurus dengan muka gelombang. Fase gelombang dinyatakan sebagai

Pembiasan Gelombang
Pembiasan terjadi karena gelombang memasuki medium yang berbeda, dimana kecepatan gelombang pada medium awal dan medium yang dimasuki berbeda. Jika arah gelombang datang tidak sejajar dengan garis normal, maka pembiasan menyebabkan pembelokan arah rambat. Cepat rambat gelombang pada medium v2 sin =v1 sin .Khusus untuk gelombang cahaya, cepat rambat gelombang dalam medium dengan indeks bias n adalah v = . Dengan demikian hukum pembiasan untuk gelombang cahaya dapat ditulis sebagai n1 sin = n2 sin yang merupakan hukum Snell.

Superposisi Gelombang
Superposisi gelombang terjadi jika dua gelombang atau lebih merambat dalam medium yang sama. Simpangan yang dibentuk dari superposisi gelombang-gelombang ini dapat dinyatakan sebagai y(x,t) = y1(x,t) + y2(x,t) + ....+yn(x,t)
Ada dua kejadian yang menarik yaitu superposisi konstrukrif dan superposisi destruktif. Superposisi konstruktif terjadi jika gelombang yang berinterferensi sefase, sedangkan superposisi destruktif terjdi jika gelombang yang berinterferensi berlawanan fase.

Pelayangan terjadi bila dua gelombang yang mengalami superposisi memiliki perbedaan frekuensi yang cukup kecil. Periode pelayangan dengan periode memenuhi hubungan

Interferensi Gelombang
Interferensi dua gelombang adalah terjadinya penguatan atau pelemahan simpangan gelombang karena muncul gelombang lain pada tempat yang sama. Simpangan total yang dihasilkan merupakan merupakan superposisi gelombang asal dan gelombang lain. Simpangan total ini bergantung pada fase masing-masing gelombang. Jika suatu titik dua gelombang tersebut memiliki fase yang sama, maka terjadi penguatan simpangan di titik tersebut, sebaliknya jika pada suatu titik dua gelombang memiliki fase yang berlawanan, maka simpangan gelombang tersebut saling melemahkan. Jika dua gelombang memiliki frekuensi, panjang gelombang dan amplitudo yang sama maka dua gelombang yang memiliki fase berlawanan menghasilkan simpangan total nol. Selisih fase dua gelombang bergantung pada lokasi pengamatan. Jika kita bergerak dari satu lokasi ke lokasi lain, maka kita amati titik yang memiliki simpangan total maksimum dan minimum secara bergantian.

Polarisasi Gelombang
Ketika gelombang merambat, titk-titik pada medium mengalami penyimpangan. Untuk gelombang transversal, arah penyimpangan titik tersebut tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Jika arah perambatan gelombang selalu sama, misalnya selalu dari atas ke bawah maka kita katakan gelombang tersebut mengalami polarisasi linier, sebaliknya jika selama gelombang merambat arah penyimpangan titik pada medium selalu berubah-ubah secara acak, maka kita katakan gelombang tersebut tidak terpolarisasi.
Ada lagi jenis polarisasi yang terjadi ketika selama perambatan gelombang, arah penyimpangan selalu berubah-ubah secara teratur, contohnya: a) mula-mula arah simpangan ke atas, b) setelah arahnya ke kiri, c) setelah berikutnya arahnya ke bawah, d) setelah berikutnya lagi arahnya ke kanan, dan e) setelah berikutnya arahnya kembali ke atas. Pada keadaan ini gelombang dikatakan mengalami gelombang polarisasi gelombang.
Pada polarisasi lingkaran, amplitudo simpangan selalu sama kemanapun arah simpangannya. Namun jika amplitudo saat simpangan ke atas-bawah berbeda dengan amplitudo saat simpangan ke kiri-kanan, maka gelombang dikatakan mengalami polarisasi ellips.

Dispersi Gelombang
Dispersi gelombang terjadi jika gelombang dengan lebih dari satu frekuensi melewati bidang batas dari medium yang berbeda. Lampu yang dinyalakan dirumah memancarkan cahaya dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Namun frekuensi gelombang yang dipancarkan lampu tidak hanya satu, tetap sangant bervariasi. Apalgi pada lampu yang warnanya putih, misalnya lampu tabung. Frekuensi gelombang yang dipancarkannya berada pada rentang yang sangat lebar. Ketika merambat dalam suatu medium, keepatan rambat gelombang umumnya bergantung pada frekuensinya. Dalam kaca misalnya kecepatan rambat cahaya makin kecil bila panjang gelombangnya makin kecil. Cahaya warna ungu merambat lebih lambat daripada cahaya warna merah.
Jika cahaya putih jatuh pada bidang batas dua medium dengan sudut tertentu, maka gelombang yang masuk ke medium kedua mengalami pembiasan. Besarnya sudut bias bergantung pada kecepatan rambat cahaya dalam medium tersebut, sesuai persamaan v2 sin =v1 sin

Difraksi Gelombang
Difraksi adalah penyebaran arah rambat gelombang ketika melewati celah sempit. Peristiwa ini merupakan konsekuensi dari prinsip Huygens. Semakin kecil celah yang dilewati gelombang, maka makin besar pola penyebaran gelombang yang terbentuk
v2 sin =v1 sin . Karena gelombang dengan frekeunsi yang berbeda memiliki kecepatan rambat berbeda, maka gelombang dengan frekuensi berbeda memiliki sudut bias yang berbeda. Akibatnya dalam medium kedua, berkas dengan frekuensi yang berbeda bergerak dalam arah yang sedikit berbeda. Peristiwa ini kita amati sebagai penguraian cahaya putih atas spektrum-spektrum yang memiliki frekuensi yang berbeda-beda. Peristiwa penguraian cahaya puti seperti inilah yang disebut dispersi. Peristiwa dispersi sering dijumpai dalam kehidupan kita sehari-hari. Pelangi adalah dispersi cahaya matahari oleh bintik-bintik air di udara. Prisma dapat menguraikan cahaya putih atas sejumlah spektrum warna cahaya.

Efef Doppler
Efek Doppler menerangkan perubahan frekuensi yang terdengar jika sumber, pengamat dan medium gelombang bergerak satu sama lain. Frekuensi yang didengar oleh pengamat dinyatakan sebagai . Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan ketika menggunakan persamaan di atas:
• Bila sumber mendekati pengamat maka nilai vs kita ambil negatif (-). Namun jik sumber menjauhi pengamat, nilai vs kita ambil positif.
• Bila pengamat mendekati sumber nilai vp kita ambil positif (+). Sebaliknya jika pengamat menjauhi sumber, nilai vp kita ambil negatif (-)
• Bila medium perambatan gelombang bunyi bergerak mendekati pengamat, nilai vm kita ambil positif (+). Jika medium bergerak menjauhi pengamat, maka vm bernilai negatif (-)
Efek Doppler juga teramati pada gelombang elektromagnetik .Gerak sumber suara atau gerak pendengar memiliki pengaruh pada frekensi yang terdengar yang disebut efek Doppler. Sumber melakukan bunyi dengan panjang gelombang ( ) ke segala arah. Di sekeliling sumber bunyi terbentuk pola kompresi (pemampatan) udara dengan jarak satu sama lain. Pendengar yang diam disekitar sumber akan mendengar bunyi dengan panjang gelombang . Jika kecepatan rambat gelombang di udara adalah v, maka frekuensi yang didengar oleh pendengar adalah
Catatan :
1. Frekuensi ;
2. Perioda ;
3. Kecepatan ; v =
4. Jarak ; s = v x t
5. Hukum Snellius ; n1 sin i = n2 sin r
6. letak bayangan ; tan r =
7. Beda fase ; ; ;
8. Cepat rambat pada Dawai ;v = =
9. Kecepatan sudut ; ;
10. Simpangan ; y = + A sin 2 ; y = A sin
11. Intensitas gelombang ; I = ;
12. Indeks bias ; n =
13. Letak perut ; Xn+1 = 2nx
14. Letak perut ; Xn+1 = (2n+1)
15. Fase gelombang ;
16. Simpangan formulasi gelombang stasioner pada ujung tetap
y = 2A sin kx cos ; y = As cos ; A5 = 2A sin kx
17. Sudut fase ;
18. vp = A cos ( t - kx) ; ap = - 2Asin ( t-kx)= - 2yp.
19. Cepat rambat bunyi ;
20. Cepat rambat bunyi di udara ; v =
21. Cepat rambat bunyi dalam zat padat ; v =
22. Cepat rambat bunyi dalam gas ; v = ; v =
23. Cepat rambat dalam fluida (zat cair atau gas) ; v =
23. Effek Dopler ; ;
24. Frekuensi layangan ;
25. Cepat rambat pada dawai ; v = ; ;
26. Hukum Marsenne ; =
27. Frekuensi nada dasar pada pipa organa terbuka;
28. Frekuensi resonansi senar ; ; ; n = 1,2,3
29. Frekuensi alamiah pada pipa organa tertutup ;
30. Frekuensi alamiah pipa organa tertutu ;
31. Energi gelombang ; E = ½ m ; E = ½ kA2 = ½ VSA2t
32. Energi gelombang ; E = ½
33. Daya yang dibawa gelombang ; P =
32. Intensitas gelombang ; I = ; I =
33. Taraf intensitas bunyi ; TI = 10 log
34. Gelombang bola ; S = 4 ; I ; ;
35. Hubungan intensitas dengan penjalaran gelombang ; A2 =


Contoh soal :

1. Dawai sepanjang 1 m diberi tegangan 100 N. Pada saat dawai digetarkan dengan frekuensi 500 Hz, disepanjang dawai terbentuk 10 perut gelombang. Maka dawi (dalam garam) adalah...

Dik : = 1 m ; F = 100 N ;
Dit : m
Jawab :
500 =
m = 0,01 kg = 0,01 x 1000 g = 10 g

2. Sebuah pipa organa terbuka panjangnya 60 cm dalam ruang dimana cepat rambat suara 300 m/s. Frekuensi nada dasar dan frekuensi nada atas pertama dari pipa organa tersebut adalah...

Dik : ; v = 300 m/s
Dit : frekuensi nada dasar dan frekuensi nada dasar pertama
Jawab :


3. Pipa organa terbuka A dan pipa organa tertutup bersamaan, maka pipa organa terbuka A menghasilkan nada atas pertama yang sama dengan nada dasar pipa organa tertutup B. Bila kondisinya sama dan panjang pipa organa A = 30 cm, maka panjang organa B adalah... cm

Dik :
Dit : panjang pipa organa B
Jawab :
Karena =
Jadi pipa organa B adalah 7,5 cm

4. Sebuah sumber bunyi mengirim bunyi dengan daya 160 Jika dia anggap muka gelombang bunyi berbentuk bola, maka intensitas bunyi pada jarak 4 m dari sumber bunyi adalah...

Dik :
Dit : perbandingan intensitas bunyi di P dan Q adalah 1 : 4
Jawab :
Jadi perbandingan intensitas bunyi P dan Q = 1 : 4

5. Jarak P ke sumber bunyi adalah 2 kali jarak Q ke sumber bunyi. Intensitas bunyi yang diterima di P dibandingkan dengan intensitas bunyi yang diterima di Q adalah....

Dik : rP = 2 rQ
Dit :
Jadi perbandingan intensitas bunyi di P dan Q hádala 1 : 4

6. Taraf intensitas bunyi sebuah mesin rata-rata 50 dB. Apabila 100 mesin dihidupkan bersama maka taraf intensitasnya ....

Dik : TI1= 50 dB ; n = 100
Dit : taraf intensitas dari 100 mesin (TI2).
Jawab : Taraf intensitas dari n sumber bunyi adalah TI2 = TI1 + 10 log n
Taraf intensitas dari 100 mesin dengan TI rata-rata sebuah mesin 50 dB adalah
TI2 = 50 dB + (10 log 100) dB = 50 dB + (10x2) dB = 70 dB

7. Pada jarak 3 m dari sumber ledakan terdengar bunyi dengan tarafintensitas 5 dB. Pada jarak 30 m dari sumber ledakan bunyi itu terdengar dengan taraf intensitas...

Dik : TI1 = 50 dB ; r1 = 3 m ; r2 = 30 m
Dit : Taraf intensitas bunyi di r2 = 30 m (TI2)
Taraf intensitas di r2 dirumuskan
TI2 = TI1+10 log(

8. Sebuah peswat terbang mendekati menara sirene yang mengeluarkan bunyi dengan frekuensi 100 Hz dan kecepatan bunyi di udara 340 m/s, maka kecepatan pesawat terbang tersebut adalah.........
Dik : fs =100 Hz ; vs = 0 ; fp = 1050 Hz ; v = 340 m/s
Dit : kecepatan pesawat (pendengar)
Jawab :
1050 =

357 = 340 + vP vP = 17 m/s

9. Sepotong dawai menghasilkan nada dasar f. Bila dipendekkan 8 cm tanpa mengubah tegangannya dihasilkan frekuensi 1,25 f. Jika dawai dipendekkan 2 cm lagi, maka frekuensi yang dihasilkan adalah..

Jawab : f =
f






10. Sepotong dawai yang panjangnya 80 cm dan massanya 16 gram dijepit kedua ujungnya dan terentang tegang dengan tegangan 800 N. Frekuensi nada atas ke-1 yang dihasilkan adalah...

Dik : l = 80 cm = 80x10-2m ; m = 16 gram = 16x10-3 m
Dit : f1
Jawab :
=

11. Suatu gelombang dinyatakan dengan y = 0,20 sin 0,40 bila semua jarak diukur dalam cm dan waktu dalam sekon, maka pernyataan berikut ini yang benar adalah..

Dik : y = 0,20 sin 0,40
y = 0,2 sin (o,4
y = A sin (kx - )
Dit : Pernyatan yang benar
Jawab : a) k =
b)
c) v = = 5 . 12 = 60 cm/s
v =
d) y = 0,2 sin 0,4
= 0,2 sin

12. Pada pipa organik terbuka nada atas kedua dihasilkan panjang gelombang sebesar x dan pada pipa organa tertutup nada atas kedua dihasilkan panjang gelombang sebesar y. Bila kedua pipa panjangnya sama, maka y/x = ...



=
13. Pada pipa organa terbuka A dan tertutup sebelah B mempunyai panjang yang sama. Perbandingan frekuensi nada atas pertama antara pipa organa A dengan pipa organa B adalah..


14. Taraf intensitas bunyi pada suatu jendela terbuka yang luasnya 2 m2. adalah 50 dB. Jika harga ambang bunyi 10-12 watt/m2, maka daya akustik yang masuk melalui jendela adalah..

Dik : A = 2 m2 ; Io = 10-12 watt/m2
Dit : P
Jawab : TI = 10 log

15. Pada jarak 3m dari sumber ledakan terdengar bunyi dengan taraf intensitas 50 dB. Pada jarak 30 m dari sumber ledakan bunyi itu terdengar denga taraf intensitas........dB

Dik : TI1= 50 dB ; r2 = 30 m
Dit : TI2
Jawab : TI1 = TI2 + 20 log
50 = TI2 + 20 log
16. Taraf intensiras bunyi sebuah mesin rata-rata 50 dB. Apabila 100 mesin dibunyikan bersama-sama, maka taraf intensitasnya adalah...dB

Dik : TI1 = 50 dB ; n = 100
Dit : TIn
Jawab : TIn = TI1 + 10 log n = 50 + 10 log 100 = 50 + 20 = 70 dB

17. Sebuah pemancar radio, bekerja pada daerah frekuensi 60 kHz dan 3 MHz, maka siaran radio tersebut dapat kita tangkap pada sebuah radio dengan panjang gelombang..

Dik : f = 60 kHz – 3 MHz
Dit : Interval
Jawab : C = . f
Interval frekuensi 60 kHz – 3 MHz
1=
Inteval

18. Suatu sumber bunyi bergerak relatif terhadap pendengar yang diam. Bila cepat rambat bunyi di udara 325 m/s dan kecepatan sumber bunyi 25 m/s, maka perbandingan frekuensi yang diterima pendengar itu pada saat sumber bunyi mendekati dan menjauhi adalah...
Dik : v = 325 m/s ; vs = 25 m/s
Dit :
Jawab :









19. Seutas dawai panjangnya 0,80 meter. Jika tegangandawai itu diatur sedemikian hingga kecepatan gelombang transversal yang dihasilkannya adalah 400 m/detik, maka frekuensi nada dasarnya adalah..

Jawab :

20. Sepotong dawai yang panjangnya 80 cm dan massanya 16 gram dijepit kedua ujungnya dan terentang tegang dengan tegangan 800 N. Frekuensi nada dasar yang dihasilkan adalah..
Jawab :
= =125 Hz

21. Pipa organa terbuka yang panjangnya 25 cm menghasilkan frekuensi nada dasar sama dengan frekuensi yang dihasilkan oleh dawai yang panjangnya 150 cm. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s dan cepat rambat gelombang transversal pada dawai 510 m/s, maka dawai menghasilkan...
Pipa organa terbuka = fn dawai


22. Dua buah senar sejenis dengan diameter masing-masing d1 = 0,5 mm dan d2 = 1,0 mm bergetar dengan frekuensi dasar f1 dan f2. Bila kedua senar mempunyai tegangan yang sama maka f1 nya adalah..


Diketahui =
23. Seutas dawai bila diberikan tegangan 100 N dan digetarkan, maka frekuensi yang timbul adalah fo. Berapa besar tegangan yang timbul adalah f0. berapa besar dawai tersebut bergetar dengan frekuensi 2 fo?


Jika
Jadi F2 = 4 x F1 = 4 x 100 N = 400 N



Latihan
1. Sebuah garpu tala menghasilkan frekuensi 400 Hz. Ketika digetarkan di dekat senar gitar yang sedang dipetik, maka terjadi 20 pelayangan dalam lima detik. Berapakan frekuensi gitar itu ?

2. Seutas kawat menghasilkan nada dasar 80 Hz. Bila kawat diperpendek 8 cm tanpa mengubah tegangan, dihasilkan frekuensi 85 Hz. Berapa frekuensi yang di hasilkan kawat jika diperpendek 2 cm lagi.

3. Dua gelombang y1 dan y2 di bawah ini mengalami interferensi y1 = 3 cos dan y2 = 3 cos . Jika terjadi interferensi konstruktif, maka tentukan ampiltudo gelombang.

4. Dua buah mobil berpapasan satu sama lain dalam arah yang berlawanan. Mobil A menyembunyikan klakson dengan frekuensi 700 Hz dan bergerak dengan kecepatan 10 m/s, sementara mobil B bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Hitunglah frekuensi yang didengar mobil B sebelum dan sesudah berpapasan. Anggap laju perambatan bunyi.

5. Sebuah gelombang mempunyai gelombang 2 m dan laju 16,1 m/s. Tentukan periode dan frekuensinya.

6. Diketahui persamaan sebuah gelombang transversal pada tali y = 6 sin (0,02 x + 4 t), y dan x dalam cm dan t dalam sekon. Berapa cepat rambat gelombang tersebut.

7. Sebuah gelombang merambat dari titik O ke titik P dengan laja 4 m/s, frekuensi 2 Hz dan amplitudo 5 cm. Tentukan a) persamaan umum gelombang, b) kecepatan titik P pada jarak 3 m dari titik O, jika titik O telah bergetar selama 1,5 s, c) sudut fase dan fase gelombang di titik P, jika titik O telah bergetar selama 1,5 s, d) beda fase titik P dan titik Q, jika jarak O ke Q 4,5 m.

8. Seutas tali horizontal mempunyai panjang 225 cm. Salah satu ujungnya digetarkan harmonik naik turun dengan frekuensi 0,25 Hz dan amplitudo 10 cm, sedangkan ujung lainnya dibuat bebas. Getaran pada tali merambat dengan laju 9 cm/s, maka tentukan: a) amplitudo gelombang stasioner pada titik sejauh 225 cm dari sumber getaran, b) simpangan gelombang stasioner pada titik tersebut jika sumber getaran telah bergetar selama 30 s, c) letak titik sampul ke-5 dari titik ke-7 dari ujung bebas.

9. Intensitas gelombang gempa di Yokyakarta yang berada 106 km dari sumber gempa adalah 8 x 106 W/m2. Hitung intensitas gelombang tersebut di Cilacap yang berada 212 km dari sumber gempa.

10. Seberkas cahaya monokromatik mengalami difraksi dan daerah gelap pertama terjadi ketika sudut difraksinya 450 dan panjang gelombang.

11. Gelombang mendekati pemecah gelombang dengan cepat rambat 9 m/s. Jarak antara dua dasar gelombang yang berdekatan adalah 6 m.Tentukan frekuensi dan periode gelombang.

12. Disuatu laut, dalam waktu 15 sekon terdapat 5 gelombang yang melintas. Jika jarak antara puncak dan dasar gelombang yang berdekatan adalah 3 m, tentukan cepat rambat gelombang tersebut.

13. Pada permukaan sebuah kolam terdapat dua daun kering terapung. Kedua daun tersebut terpisah satu sama lain sejauh 75 cm. Daun-daun itu turun naik-naik bersama permukaan air dengan frekuensi 2 Hz. Salah satu daun berada di puncak bukit gelombang, sedangkan daun lainnya berada di dasar gelombang. Jika diantara kedua daun terdapat satu bukit gelombang, tentukan cepat rambat gelombang dipermukaan kolam.

14. Sebuah slinki menghasilkan gelombang longitudinal dengan jarak antara renggangan dan rapatan yang berekatan adalah 2,5 cm. Jika frekuensi gelombang 65 Hz, berapakah cepat rambat gelombang longitudinal tersebut?

15. Intensitas suatu gelombang gempa di suatu lokasi yang berjarak 125 km dari sumber gempa adalah 4 x 106 W/m2. Tentukan intensitas gelombang gempa tersebut pada tempat yang berjarak 500 km dari sumber gempa.

16. Sebuah gelombang berjalan sepanjang tali yang sangat panjang memenuhi persamaan y = 6 sin (0,02 t + 4 t) dengan x dan y dalam cm dan t dalam sekon. Hitunglah amplitudo, panjang gelombang, frekuensi, kelajuan perambatan, kecepatan getaran maksimum, percepatan getaran maksimum, arah rambat gelombang dan arah getaran pertama.

17. Dua buah gelombang berjalan, masing-masing memiliki persamaan y1 = 4 sin ( ) dan y2 = 4 sin ( ) dengan x dalam cm dan t dalam sekon, berinterferensi menghasilkan suatu gelombang stasioner. Tentukanlah a) amplitudo gelombang pada x = 21 cm, b) letak perut dan simpul, dan c) letak perut dan simpul ketiga.

18. Seutas tali panjangnya 6 m direntangkan horizontal. Salah satu ujungnya digetarkan dan ujung lainnaya tetap. Setelah pada tali terjadi gelombang stasioner, ternyata perut kelima berjarak 3,75 m dari titik asal getaran.a). Tentukan panjang gelombang yang terjadi .b) Hitung letal simpul relima diukur dari titik asal getaran.

19. Cahaya monokromatis melaui suatu celah selebar 0,05 mm, pola interferensi terbentuk pada layar yang berjarak 1 m terhadap celah. Jika jarak antar garis gelap yang berdekatan 4 mm, tentukan panjang gelombang cahaya yang digunakan.

20. Cahaya dengan panjang gelombang 700 nm jatuh pada kivi yang memiliki 10.000 goresan per sentimeter. Hitunglah sudut orde pertama dan kedua yang terbentuk. Berikan penjelasan.

21. Gelembung sabun tampak berwarna hijau ( = 5450 nm ) ketika diamati dari depan. Bila indeks bias selaput sabun adalah n2 = 1,35, berapakah ketebalan minimum selaput?

22. Cahaya dengan panjang gelombang 750 nm melewati sebuah celah yang lebarnya 1,0 x 10-3 mm. Berapakah lebar maksimum utama (dalam derajat) yang terbentuk pada layar sejauh 20 cm dari celah?
23. Diameter bukaan cermin dari teleskop Hubble adalah 2,4 m. a) Tentukan daya resolusi terhadap cahaya hijau yang memiliki panjang gelombang 5,20 x 10-7 m, b) ketika planet teleskop berada pada jarak terdekat dengan planet Mars (sejauh 7,83 x 1010 m), tentukan jarak terdekat dua benda kecil yang merambat di permukaan. Mars dengan cahaya hijau sehingga bayangan yang dihasilkan dapat dipisah.

24. Cahaya tak terpolarisasi datang pada dua buah polarisator, intensitas yang diterima oleh polarisator kedua hádala Io ( Io adalah intensitas yang ditangkap polarisator pertama). Tentukan sudut polarisasinya!

25. Sudut kritis cahaya dalam suatu medium adalah 530. Bila cahaya datang dari udara menuju suatu zat tertentu, maka tentukan sudut polarisasi cahaya tersebut.

26. Sebuah cahaya monokromatik mengalami difraksi dan daerah gelap pertama terjadi ketika sudut difraksinya 450 dan panjang gelombang cahaya tersebut 65 x 10-8 m. Hitung lebar celah difraksinya.

27. Pada percobaan Young jatuh layar D adalah 1,5 meter dan jarak antara kedua celah sempit s1 dan s2 adalah 1 mm, maka tentukan panjang gelombang cahaya yang digunakan, ketika jarak pita terang pertama ke terang pusat adalah 8 mm.

28. Sebuah kisi mempunyai 6000 goresan tiap 1 cm. Sudut difraksi ketika terjadi pita terang pusat adalah 44o. Berapa panjang gelombang cahayanya?

29. Jika pupil mata membuka sampai 5 mm, berapa jarak minimum antara dua sumber titik yang masih dapat dibedakan oleh mata pada jarak 40 cm? Panjang gelombang cahaya di udara adalah 500 nm dan indeks bias lensa mata adalah 1,33.

30. Dua buah pemolarisasi mempunyai arah yang sejajar sehingga intensitas cahaya yang ditransmisikan adalah maksimum. Pada sudut berapakah salah satu pemolarisasi harus diputar agar intensitasnya menjadi setengahnya.

31. Hitung sudut pemolarisasi sebuah keping gelas (n=1,5) yang akan digunakan sebagai pemolarisasi cahaya di udara.

32. Seberkas sinar dengan sudut 450 melewati statu prisma sama sisi yang berada di udara dan terjadi deviasi minimum. Tentukanlah sudut deviasi minimum dan indeks bias prisma.

33. Berkas cahaya dengan panjang gelombang 8000 0 datang pada celah tunggal selebar 0,2 mm. Apabila pola difraksi ditangkap pada layar yang jaraknya 50 cm dari celah, tentukan jarak antara garis gelap ketiga dan garis terang pusat.

34. Warna merah dengan panjang gelombang 6750 A0 keempat berimpit dengan warna ungu orde keenam dari suatu pola difraksi yang menggunakan kivi. Tentukan panjang gelombang sinar warna ungu tersebut.

35. Cahaya matahari datang pada permukaan air yang indeks biasnya 4/3 sehingga menghasilkan cahaya pantul terpolarisasi linier. Hitunglah sudut polarisasi dan sudut bias.

36. Sebuah sakarimeter memiliki tabung yang panjangnya 20 cm yang berisi larutan gula dengan konsentrasi 10% dan sudut putar jenis larutan 6,650/cm. Tentukanlah sudut pemutaran bidang polarisasi.

37. Sebuah sistem radar mengirimkan pulsa gelombang elektromagnetik dan 0,1 ms kemudian pulsa diterima kembali setelah dipantulkan oleh sebuah pesawat terbang. Berapakah jarak waktu terbang tersebut dari sistem radar?

38. Medan listrik dalam suatu gelombang elektromagnetik dapat dinyatakan dengan persamaan gelombang berjalan Ey = 120 sin (107x - ) dalam satuan SI. Tentukanlah a) amplitudo medan magnetik yang terkait, b) panjang gelombang c) frekuensi.

39. Suatu gelombang elektromagnetik dalam vakum memiliki amplitudo Medan listrik 360 V/m. Hitung amplitudo medan magnetiknya.

40. Sebuah sumber cahaya monokromatik memancarkan daya elektromagnetik 250 W merata ke segala arah. Hitunglah: a. rapat energi listrik rata-rata pada jarak 1 m dari sumber, b) rapat energi mekanik rata-rata pada lokasi tersebut, dan c) intensitas gelombang pada lokasi tersebut.

41. Seberkas sinar dengan sudut datang 450 melewati suatu prisma sama sisi yang berada di udara dan terjadi deviasi minimum. Tentukanlah a) sudut deviasi minimum dan b) indeks bias prisma.

42. Jarak antara kedua celah dan jarak kedua celah ke layar pada percobaan Young masing-masing ádalah 1,5 mm dan 2 m. Apabila panjang gelombang yang digunakan adalah 6000 nm, tentukanlah a) jarak antara gelap keempat dan terang pusat, b) jarak antara garis terang kedua dengan garis terang keempat.

43. Selaput tipis air sabun disinari dalam arah tegak lurus dengan menggunakan cahaya natrium ( = 589,3 nm). Jika indeks bias air sabun ádalah 1,33. tentukanlah a) ketebalan minimum selaput air sabun yang tampak terang, b) ketebalan minimum selaput air sabun yang tampak gelap.

44. Berkas cahaya dengan panjang gelombang 8000 A0 datang pada celah tunggal selebar 0,2 mm. Apabila pola difraksi ditangkap pada layar yang jaraknya 50 cm dari celah, tentukan jarak antara garis gelap ketiga dan garis terang pusat.

45. Warna ungu dengan panjang gelombang 6750 A0 orde keempat berimpit dengan warna ungu orde keenam dari suatu pola difraksi yang menggunakan kivi. Tentukan panjang gelombang sinar warna ungu tersebut.

46. Cahaya matahari datang pada permukaan air yang indeks biasnya 4/3 sehingga menghasilkan cahaya pantul terpolarisasi linier. Hitunglah a) sudut polarisasi b) sudut bias.

47. Sebuah sakarimeter memiliki tabung yang panjangnya 20 cm yang berisi larutan gula dengan konsentrasi 10 % dan sudut putar jenis larutan 6,650/cm. Tentukanlah sudut pemutaran bidang polarisasi.



GELOMBANG BUNYI
1. Cepat rambat bunyi di tempat A adalah a m/s, sedangkan di tempat B adalah b m/s/. Jika a : b = 1,0086, tentukan perbandingan suhu di tempat A dan B.
2. Taraf intensitas cahaya ( ) pada suatu jendela terbuka yang luasnya 1 m2 adalah 60 dB. Jika nilai ambang bunyi 10-16 W/cm2, maka tentukan daya akustik yang masuk melaui jendela tersebut.
3. Pipa organa terbuka A ditiup bersamaan dengan pipa organa tertutup B. Ternyata, frekuensi nada dasar A sama dengan nada atas pertama B. Tentukan perbandingan panjang pipa A dan B.
4. Seutas tenar mempunyai panjang 3 m. Kedua ujungnya diikat dan digetarkan sehingga frekuensi resonansi nada atas pertamanya hádala 60 Hz. Jika massa persatuan panjang senar = 0,01 gr/cm, hitung tegangan senar.
5. Sebuah pipa organa mempunyai panjang 50 cm. Apabila kecepatan bunyi di udara adalah 340 m/s, hitung frekuensi nada dasar dan nada atas kedua jika pipa organa tersebut ujung terbuka dan ujung tertutup.
6. Sebuah sumber bunyi taraf intensitas 80 dB. Jika diketahui intensitas ambang pendengaran 10-12 W/m2, maka tentukan sumber bunyi tersebut!
7. Dua buah sumber bunyi mempunysi frekuensi masing-masing 538 Hz dan 536 Hz dibunyikan secara bersama (serentak). Hitung frekuensi pelayangan dan jumlah layangan dalam waktu 3 detik.
8. Sebuah sumber bunyi dengan frekuensi 720 Hz bergerak menjauhi seorang pendengar yang diam. Jika kecepatan bunyi di udara 340 m/s dan kecepatan sumber bunyi 20 m/s, maka hitunglah frerekuensi yang didengar oleh pendengar.
9. Pada suatu saat terjadi kilat 10 sekon kemudian terdengar guntur. Tentukan jarak tempat asal kilat dari pengamat jika cepat rambat bunyi di udara 320 m/s.
10. Selang waktu pengiriman dan penerimaan pulsa ultrasonik yang terdeteksi oleh alat fathometer adalah 2s. Tentukan kedalaman air di bawah kapal yang membawa alat tersebut, jika cepat rambat bunyi dalam air 1500 m/s.
11. Sebuah sumber bunyi yang mempunyai frekuensi 600 Hz bergerak dengan kecepatan 20 m/s mendekati seorang pengamat yang diam. Tentukan frekuensi yang terdengar oleh pengamat, jika a) tidak angin b) terdapat angin dengan kecepatan10 m/s searah dengan sumber bunyi, dan c) terdapat angin dengan kecepatan 10 m/s berlawan.
12. Pada suatu saat terjadi kilat, 10 sekon kemudian terdengar guntur. Tentukan jarak tempat asal kilat dari pengamat jika cepat rambat bunyi diudara 320 m/s.
13. Selang waktu pengiriman dan penerimaan pulsa ultrasonik yang terdeteksi oleh alat fathometer adalah 2s. Tentukan kedalaman air di bawah kapal yang membawa alat tersebut, jika cepat rambat bunyi dalam air 1500 m/s.
14. Sebuah sumber bunyi yang mempunyai frekuensi 600 Hz bergerak dengan kecepatan 20 m/s mendekati seorang pengamat yang diam. Tentukan frekuensi yang terdengar oleh pengamat, jika: a) tidak ada angin b) terdapat angin dengan kecepatan 10 m/s, c) terdapat angin dengan kecepatan 10 m/s berlawanan arah dengan sumber bunyi.
15. Sebuah mobil polisi bergerak dengan kecepatan 30 m/s sambil membunyikan sirine dengan frekuensi 620 Hz ketika mengejar sepeda motor yang melanggar rambu lalu lintas. Tentukan frekuensi sirine yang terdengar oleh pengendara motor, jika motor bergerak dengan kecepatan 20 m/s dan cepat rambat bunyi di uadara 340 m/s.
16. Suatu gelombang sinus merambat pada tali yang panjangnya 100 cm. Untuk bergerak dari simpangan minimum ke maksimu, suatu titik memerlukan waktu 0,05 s. Tentukanlah: a. Periode gelombang, b) gaya tegangan tali jika panjang gelombang = 0,8 m dan massa tali 250 g.
17. Pada suatu percobaan sonometer terjadi resonansi nada dasar senar dengan sebuah garputala yang frekuensinya 440 Hz apabila panjang senar 20 cm dan gaya tegangannya 20 N. a) hitung cepat rambat gelombang transversal dalam senar, b) jika gaya tegangan tetap, tentukan panjang senar agar resonansi terjadi pada frekuensi 330 Hz, c) tentukan besar gaya tegangan yang harus diberikan, jika diinginkan senar beresonansi pada frekuensi 528 Hz untuk panjang gelombang senar 25 cm.
18. Sebuah pipa organa terbuka yang pajangnya 60 cm menghasilkan bunyi dengan pola gelombang yang memiliki 3 simpul di dalamnnya. Nada pipa organa ini beresonansi dengan pipa orgaana lain yang tertutup serta membentuk 3 simpul juga. Tentukan panjang pipa organa tertutup tersebut.
19. Tentukan panjang minimu pipa organa terbuka yang dapat beresonansi dengan garputala yang bergetar dengan frekuensi 170 Hz, jika kecepatan nunyi di uadara 340 m/s.
20. Sebuah jendela yang luasnya 1,5 m2. dalam keadaan terbuka pada suatu tempat dekat jalan raya. Jika taraf intensitas bunyi di tempat tersebut 60 db, tentukan daya akustik yang masuk lewat jendela.
21. Frekuensi nada dasar suatu pipa organa adalah 260 Hz. Kemudian, pipa ditiup sehingga terdengar nada atas pertama. Saebuah senar memberikan frekuensi 400 Hz bila panjangnya 50 cm. Senar ini dipendekkan menjadi 38 cm dan digetarkan pada tegangan yang sama. Tentukan frekuensi layangan antara senar dan pipa.