TRI MARDIYANTI R.
090210102039
MODUL FISIKA
GEJALA DAN CIRI-CIRI GELOMBANG
Standar Kompetensi: Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam
menyelesaikan masalah
kompetensi Dasar : Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS JEMBER
2011
SILABUS
Nama Sekolah : SMA BIMA SAKTI
Mata Pelajaan : Fisika
Kelas/Semester : XII/1
Standar Kompetensi: 1. Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikan masalah
Kompetensi Dasar Indicator Pencapaian kompetensi Kegiatan Pembelajaran Materi Pembelajaran Alokasi
Waktu Penilaian Sumber/
Bahan/Alat
jenis bentuk contoh
1.1 Mendeskripsikan
gejala dan ciri-ciri
gelombang secara
umum
Pengetahuan: Produk
1. Menjelaskan karakteristik gelombang transfersal dan longitudinal
2. Menjelaskan karakteristik gelombang mekanik dan elektromagnetik
3. Menyebutkan sifat-sifat gelombang (pemantulan/pembiasan superposisi,interferensi, dispersi, difraksi, danpolarisasi).
4. Menyebutkan contoh-contoh penerapn gelombang dalam kehidupan sehari-hari.
Pengetahuan: Proses
1. Menggaris bawahi kata-kata penting dalam bacaan tentang gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum.
2. Melengkapi isian peta konsep tentang gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum
3. Menggolongkan gelombang yang bersifat transversal dan longitudinal.
Psikomotor
1. Melakukan percobaan untuk membedakan gelombang yang bersifat transversal dan longitudinal.
Afektiv
1. Melakukan komunikasi: presentasi, bertanya, dan berpendapat.
2. Melakukan kerjasama.
1. Mendiskusikan sifat-sifat gelombang transversal dan longitudinal.
2. Mendiskusikan gelombang mekanik dan elektromagnetik.
3. Mendiskusikan sifat-sifat umum gelombang (pemantulan/pembiasan, superposisi, interferensi, dispersi, difraksi, dan polarisasi).
4. Mendiskusikan contoh-contoh penerapn gelombang dalam kehidupan sehari-hari.
1. Memodelkan penggunaan strategi belajar. Menggarisbawahi dan membuat peta konsep.
2. Mendiskusikan penggolongan gelombang yang bersifat transversal dan longitudinal.
Gejala dan Ciri-ciri
Gelombang
Lihat Buku Siswa Kelas XII Bab I
2x45 menit • Tes
• Unjuk Kerja
• Sikap Pilihan ganda/ subjektif
Observasi
Observasi Lembar Penilaian
Tes Kinerja 1,2,3
Lembar Pengamatan keterampilan sosial
• Buku Siswa Kelas XII BAB I
• LKS
• Lembar Penilaian
A. Standart Kompetensi
1. Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikan masalah
B. Kompetensi Dasar
1.1 Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum.
C. Indicator Pencapaian kompetensi
Kognitif : Produk
1. Menjelaskan karakteristik gelombang transfersal dan longitudinal
2. Menjelaskan karakteristik gelombang mekanik dan elektromagnetik
3. Menyebutkan sifat-sifat gelombang (pemantulan/pembiasan superposisi,interferensi, dispersi, difraksi, danpolarisasi).
4. Menyebutkan contoh-contoh penerapn gelombang dalam kehidupan sehari-hari.
kognitif: Proses
1. Menggaris bawahi kata-kata penting dalam bacaan tentang gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum.
2. Melengkapi isian peta konsep tentang gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum
3. Menggolongkan gelombang yang bersifat transversal dan longitudinal.
Psikomotor
1. Melakukan percobaan untuk membedakan gelombang yang bersifat transversal dan longitudinal.
Afektiv
1. Melakukan komunikasi: presentasi, bertanya, dan berpendapat.
2. Melakukan kerjasama.
F. Materi Pembelajaran:
PENGERTIAN GELOMBANG DAN JENIS GELOMBANG
1. Pengertian Gelombang
Konsep gelombang banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Gelombang bunyi, gelombang cahaya, gelombang radio, dan gelombang air merupakan beberapa contoh bentuk gelombang. Ketika kita melihat fenomena gelombang laut, ternyata, air gelombang tidak bergerak maju, melainkan melingkar. Sehingga air hanya bergerak naik-turun begitu gelombang melintas. Tepi pantai menahan dasar gelombang, sehingga puncak gelombang bergerak lebih cepat untuk memecah di tepi pantai. Dengan demikian, terjadinya gerak gelombang laut dapat dirumuskan sebagai berikut. Pertama, air mencapai dasar lingkaran pada lembah gelombang. Kemudian, air mencapai bagian atas lingkaran pada puncak gelombang. Lalu, puncak gelombang memecah di tepi pantai. Gelombang air bergerak dengan kecepatan yang bisa diketahui. Tetapi, setiap partikel pada air itu sendiri, hanya berosilasi terhadap titik setimbang.
Gelombang bergerak melintasi jarak yang jauh, tetapi medium (cair, padat, atau gas) hanya bisa bergerak terbatas. Dengan demikian, walaupun gelombang bukan merupakan materi, pola gelombang dapat merambat pada materi. Berdasarkan deskripsi diatas gelombang adalah getaran yang merambat.
2. Jenis-jenis Gelombang
Di alam ini banyak sekali terjadi gelombang. Contohnya ada gelombang air, gelombang tali, cahaya, bunyi, dan gelombang radio. Apakah semua gelombang itu sama? Ternyata semua gelombang itu dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis sesuai sifat kemiripannya contohnya dapat dibagi dengan dasar berikut.
F. Materi Pembelajaran:
PENGERTIAN GELOMBANG DAN JENIS GELOMBANG
Pengertian Gelombang
Konsep gelombang banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Gelombang bunyi, gelombang cahaya, gelombang radio, dan gelombang air merupakan beberapa contoh bentuk gelombang. Ketika kita melihat fenomena gelombang laut, ternyata, air gelombang tidak bergerak maju, melainkan melingkar. Sehingga air hanya bergerak naik-turun begitu gelombang melintas. Tepi pantai menahan dasar gelombang, sehingga puncak gelombang bergerak lebih cepat untuk memecah di tepi pantai. Dengan demikian, terjadinya gerak gelombang laut dapat dirumuskan sebagai berikut. Pertama, air mencapai dasar lingkaran pada lembah gelombang. Kemudian, air mencapai bagian atas lingkaran pada puncak gelombang. Lalu, puncak gelombang memecah di tepi pantai. Gelombang air bergerak dengan kecepatan yang bisa diketahui. Tetapi, setiap partikel pada air itu sendiri, hanya berosilasi terhadap titik setimbang.
Gelombang bergerak melintasi jarak yang jauh, tetapi medium (cair, padat, atau gas) hanya bisa bergerak terbatas. Dengan demikian, walaupun gelombang bukan merupakan materi, pola gelombang dapat merambat pada materi. Berdasarkan deskripsi diatas gelombang adalah getaran yang merambat.
Jenis-jenis Gelombang
Di alam ini banyak sekali terjadi gelombang. Contohnya ada gelombang air, gelombang tali, cahaya, bunyi, dan gelombang radio. Apakah semua gelombang itu sama? Ternyata semua gelombang itu dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis sesuai sifat kemiripannya contohnya dapat dibagi dengan dasar berikut.
Berdasarkan arah rambat dan arah getar
Berdasarkan arah rambat dan arah getarnya, gelombang dapat dibagi menjadi dua.Pertama, gelombang transversal yaitu gelombang yang arah rambat tegak lurus pada arah getarnya. Contohnya gelombang air, tali dan cahaya. Kedua, gelombang longitudinal yaitu gelombang yang arah rambat dan arah getarnya sejajar. Contohnya gelombang pegas dan bunyi.
a
b
(a) gelombang transversal, dan (b) gelombang longitudinal
b. Berdasarkan mediumnya
Berdasarkan mediumnya, gelombang juga dapat dibagi menjadi dua yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik adalah gelombang yang membutuhkan media dalam merambat. Contohnya gelombang tali dan bunyi. Sedangkan gelombang elektromagnetik gelombang yang dapat merambat baik melalui medium ataupun vakum (tanpa medium). Contohnya cahaya, gelombang radio dan sinar-X.
c. Berdasarkan amplitudonya
Berdasarkan amplitudonya gelombang dibedakan menjadi dua yaitu gelombang berjalan dan gelombang stasioner. Gelombang berjalan adalah gelombang yang memiliki amplitudo tetap. Gelombang stasioner disebut juga gelombang berdiri atau gelombang tegak, merupakan jenis gelombang yang bentuk gelombangnya tidak bergerak melalui medium, namun tetap diam. Gelombang ini berlawanan dengan gelombang berjalan atau gelombang merambat, yang bentuk gelombangnya bergerak melalui medium dengan kelajuan gelombang. Gelombang diam dihasilkan bila suatu gelombang berjalan dipantulkan kembali sepanjang lintasannya sendiri
3. Ciri dan karateristik gelombang
a. Pemantulan (refleksi)
Pemantulan (refleksi) adalah peristiwa pengembalian seluruh atau sebagian dari suatu berkas partikel atau gelombang bila berkas tersebut bertemu dengan bidang batas antara dua medium. Suatu garis atau permukaan dalam medium dua atau tiga dimensi yang dilewati gelombang disebut muka gelombang. Muka gelombang ini merupakan tempat kedudukan titik-titik yang mengalami gangguan dengan fase yang sama, biasanya tegak lurus arah gelombang dan dapat mempunyai bentuk, misalnya muka gelombang melingkar dan muka gelombang lurus. Pada jarak yang sangat jauh dari suatu sumber dalam medium yang seragam, muka gelombang merupakan bagian-bagian kecil dari bola dengan jari-jari yang sangat besar, sehingga dapat dianggap sebagai bidang datar. Misalnya, muka gelombang sinar matahari, yang tiba di Bumi merupakan bidang datar.
(a) (b)
(a). Gelombang melingkar (b). Gelombang datar
Pada peristiwa pemantulan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar berlaku suatu hukum yang berbunyi:
a. sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terhadap bidang batas pemantul pada titik jatuh, semuanya berada dalam satu bidang,
b. sudut datang ( i θ ) sama dengan sudut pantul ( r θ ).
Hukum tersebut dinamakan “Hukum Pemantulan”
Pemantulan gelombang oleh bidang
b. Pembiasan (Refraksi)
Perubahan arah gelombang saat gelombang masuk ke medium baru yang mengakibatkan gelombang bergerak dengan kelajuan yang berbeda disebut pembiasan. Pada pembiasan terjadi perubahan laju perambatan. Panjang gelombangnya bertambah atau berkurang sesuai dengan perubahan kelajuannya, tetapi tidak ada perubahan frekuensi.
Pembiasan gelombang
c. Difraksi
Difraksi merupakan peristiwa penyebaran atau pembelokan gelombang pada saat gelombang tersebut melintas melalui bukaan atau mengelilingi ujung penghalang. Besarnya difraksi bergantung pada ukuran penghalang dan panjang gelombang, seperti pada Gambar. Makin kecil panghalang dibandingkan panjang gelombang dari gelombang itu, makin besar pembelokannya.
d. Interferensi
Interaksi antara dua gerakan gelombang atau lebih yang memengaruhi suatu bagian medium yang sama sehingga gangguan sesaat pada gelombang paduan merupakan jumlah vektor gangguan-gangguan sesaat pada masing-masing gelombang merupakan penjelasan fenomena interferensi. Interferensi terjadi pada dua gelombang koheren, yaitu gelombang yang memiliki frekuensi dan beda fase sama. Pada gelombang tali, jika dua buah gelombang tali merambat berlawanan arah, saat bertemu keduanya melakukan interferensi. Setelah itu, masing-masing melanjutkan perjalanannya seperti semula tanpa terpengaruh sedikit pun dengan peristiwa interferensi yang baru dialaminya. Sifat khas ini hanya dimiliki oleh gelombang. Jika dua buah gelombang bergabung sedemikian rupa sehingga puncaknya tiba pada satu titik secara bersamaan, amplitudo gelombang hasil gabungannya lebih besar dari gelombang semula. Gabungan gelombang ini disebut saling menguatkan (konstruktif ). Titik yang mengalami interferensi seperti ini disebut perut gelombang. Akan tetapi, jika puncak gelombang yang satu tiba pada suatu titik bersamaan dengan dasar gelombang lain, amplitude gabungannya minimum (sama dengan nol). Interferensi seperti ini disebut interferensi saling melemahkan (destruktif). Interferensi pada gelombang air dapat diamati dengan menggunakan tangki riak dengan dua pembangkit gelombang lingkaran.
e. Dispersi
Dispersi adalah peristiwa penguraian sinar cahaya yang merupakan campuran beberapa panjang gelombang menjadi komponen-komponennya karena pembiasan. Dispersi terjadi akibat perbedaan deviasi untuk setiap panjang gelombang, yang disebabkan oleh perbedaan kelajuan masingmasing gelombang pada saat melewati medium pembias. Apabila sinar cahaya putih jatuh pada salah satu sisi prisma, cahaya putih tersebut akan terurai menjadi komponen-komponennya dan spektrum lengkap cahaya tampak akan terlihat.
f. Polarisasi
Polarisasi merupakan proses pembatasan getaran vektor yang membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah. Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal saja dan tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal. Suatu gelombang transversal mempunyai arah rambat yang tegak lurus dengan bidang rambatnya. Apabila suatu gelombang memiliki sifat bahwa gerak medium dalam bidang tegak lurus arah rambat pada suatu garis lurus, dikatakan bahwa gelombang ini terpolarisasi linear. Sebuah gelombang tali mengalami polarisasi setelah dilewatkan pada celah yang sempit. Arah bidang getar gelombang tali terpolarisasi adalah searah dengan celah.
4. Persamaan gelombang berjalan dan gelombang stasioner
Gelombang berjalan
Semua gelombang akan merambat dari sumber ketujuanya. Gelombang inilah yang dinamakan gelombang berjalan. Pada gelombang berjalan ini perlu dipelajari simpangan dan fasenya. Gelombang berjalan memiliki sifat pada setiap titik yang dilalui akan memiliki amplitudo yang sama. Perhatikan gelombang berjalan dari sumber O ke titik p yang berjarak x pada gambar. Bagaimana menentukan simpangan pada titik p? Simpangan tersebut dapat ditentukan dari simpangan getarannya dengan menggunakan waktu perjalanannya. Jika O bergetar t detik berarti titik p telah bergetar tp detik dengan hubungan :
tp = t -
dan simpangan dititik P memenuhi:
yp = A sin ( tp)
= A sin (t - )
= A sin ( t - )
yp = A sin ( t - ) ……………………..(1.1)
Dengan: yp = simpangan dititik p (m)
A = amplitude gelombang (m)
f = frekuensi sudut
k = bilangan gelombang
x = jarak titik kesumber
t = waktu gelombang
Nilai ω dan k juga memenuhi persamaan berikut.
yp = A sin 2 ( ωt-kx)
Contoh Soal 1.1
sebuah gelombang berjalan memenuhi persamaan y = 0,20 sin 0,40 (60t – x) dengan x dan y dalam cm, dan t dalam sekon. Tentukan
arah perambatan gelombang
amplitudo gelombang
frekuensi gelombang
panjang gelombang
cepat rambat gelombang
Jawaban
Menurunkan persamaan y = 0,20 sin 0,40 (60t – x) agar dapat disamakan dengan persamaan y = A sin ( t - kx).
y = 0,20 sin 0,40 (60t – x)
= 0,20 sin [(0,40 (60t) – (0,40 x)
y = 0,20 sin (24t – 0,40 x)
y = A sin ( t – kx)
Penye:
karena tanda dalam sinus adalah negatif maka arah perambatan gelombang adalah ke kanan.
Amplitudo A = 0,20 cm
= 24 . Karena kecepatan sudut = 2 f, maka
2 f = 24
f = 12 Hz
k = 0,40 , karena k = 2 / , maka
= 0,40
= 5
cepat rambat gelombang v dapat dihitung dengan:
v = .f
= (5 cm) (12 Hz)
= 60 cm/s
Gelombang statsioner
Gelombang stasioner disebut juga gelombang berdiri atau gelombang tegak, merupakan jenis gelombang yang bentuk gelombangnya tidak bergerak melalui medium, namun tetap diam. Gelombang ini berlawanan dengan gelombang berjalan atau gelombang merambat, yang bentuk gelombangnya bergerak melalui medium dengan kelajuan gelombang. Gelombang diam dihasilkan bila suatu gelombang berjalan dipantulkan kembali sepanjang lintasannya sendiri. Pada dua deret gelombang dengan frekuensi sama, memiliki kelajuan dan amplitudo yang sama, berjalan di dalam arah-arah yang berlawanan sepanjang sebuah tali, maka persamaan untuk menyatakan dua gelombang tersebut.
Pada dua deret gelombang yang sama memiliki kelajuan dan amplitudo yang sama berjalan dalam arah-arah yang berlawanan sepanjang sebuah tali maka persamaan untuk menyatakan kedua gelombang tersebut adalah
y = A sin (kx – t)
y = A sin (kx + t)
resultan dari kedua persamaan itu adalah:
R = y1 + y2 = A sin (kx – t) + A sin (kx + t)
Dengan menggunakan hubungan trigonometric, resultanya menjadi:
y = 2A sin kx cos t…………….(1.3)
Persamaan diatas adalah persamaan sebuah gelombang tegak (stending wave). Ciri sebuah gelombang tegak adalah kenyataan bahwa amplitude tidaklah sama untuk partikel-partikel yang berbeda-beda tetapi berubah dengan kedudukan x dari partikel tersebut. Amplitude adalah 2 ym sin kx, yang memiliki nilai maksimum 2 ym dikedudukan-kedudukan di mana:
kx = , , , dan seterusnya
atau x = , , dan seterusnya
titik tersebut disebut titik perut, yaitu titik-titik dengan pergeseran maksimum. Sementara itu nilai maksimum amplitude sebesar nol di kedudukan-kedudukan dimana:
kx = 2 , 3 dan seterusnya
atau x = , , 2 dan seterusnya
titik-titik tersebut disebut titik simpul yaitu titik-titik yang pergeseranya nol. Jarak antara satu titik simpul dan titik perut berikutnya yaitu seperempat panjang gelombang.
Gelombang Stasioner Pada Tali Dengan Ujung Tetap
Karena titik ujung tetap, maka kedua gelombang harus berinterferensi secara destruktif di titik tersebut sehingga akan memberikan pergeseran sebesar nol di titik tersebut. Maka, gelombang yang direfleksikan selalu memiliki beda fase 180o dengan gelombang masuk di batas yang tetap. Dapat disimpulkan, bahwa ketika terjadi refleksi di sebuah ujung tetap, maka sebuah gelombang mengalami perubahan fase sebesar 180o. Hasil superposisi gelombang datang (y1), dan gelombang pantul (y2), pada ujung tetap, berdasarkan persamaan (1.3) adalah:
y = 2A sin kx cos t
y = Ap cos t………………….(1.4)
Ap = 2A sin kx…………………(1.5)
Gelombang Stasioner Pada Tali Dengan Ujung Tetap
Gaya reaksi ini menghasilkan sebuah pulsa yang berjalan kembali sepanjang tali dengan arah berlawanan dengan arah pulsa yang masuk. Dalam hal ini refleksi yang terjadi adalah di sebuah ujung bebas. Pergeseran maksimum partikel-partikel tali akan terjadi pada ujung bebas tersebut, di mana gelombang yang masuk dan gelombang yang direfleksikan harus berinterferensi secara konstruktif. Maka, gelombang yang direfleksikan tersebut selalu sefase dengan gelombang yang masuk di titik tersebut. Dapat dikatakan, bahwa pada sebuah ujung bebas, maka sebuah gelombang direfleksikan tanpa perubahan fase. Jadi, sebuah gelombang tegak yang terjadi di dalam sebuah tali, maka akan terdapat titik simpul di ujung tetap, dan titik perut di ujung bebas. Hasil superposisi gelombang datang dan gelombang pantul pada ujung bebas adalah:
y = y1 + y2
dengan:
y1 = A sin (kx – ωt) dan y2 = -A sin (kx +ωt)
maka:
y =[A sin (kx −ωt )− sin (kx +ωt )]
y = 2A cos kx sin ωt……………….. (1.6)
y = Ap sin ωt …………………….......(1.7)
Ap = 2A cos kx ……………………....(1.8)
Contoh soal 1.2
Seutas tali panjangnya 80 cm direntangkan horizontal. Salah satu ujungnya digetarkan harmonik naik-turun dengan frekuensi Hz dan amplitudo 12 cm, sedang ujung lainnya terikat. Getaran harmonik tersebut merambat ke kanan sepanjang kawat dengan cepat rambat 3 cm/s. Tentukan amplitudo gelombang hasil interferensi di titik yang berjarak 53 cm dari titik asal getaran!
Penyelesaian:
Dik: l = 80 cm
f = Hz
A = 12 cm
v = 3 cm/s
x = (80-53) cm = 27 cm
untuk menentukan amplitude gelombang stasioner As dengan persamaan:
AS = 2A sin kx
λ = k =
= = 12 cm =
As = 2 (12) sin ( ) (27)
= 24 sin 4,5 = 24 x 1 = 24 cm
Tugas Terstruktur
Jelaskan dan berikan contohnya jenis-jenis gelombang berdasarkan:
medium perambatan
arah perambatan,
amplitudonya
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:
amplitudo,
panjang gelombang,
kelajuan perambatan,
bilangan gelombang, dan
frekuensi gelombang!
Tugas Mandiri
Fungsi gelombang pada suatu medium dinyatakan sebagai: y = 0,1 sin (5t – 2x), dengan x dan y dalam meter dan t dalam sekon. Tentukanlah frekuensi dan panjang gelombang tersebut.
Seutas kawat dengan panjang 120 cm direntangkan horizontal. Salah satu ujungnya digetarkan harmonik dengan gerakan naik-turun dengan frekuensi Hz, dan amplitudo 12 cm, sedangkan ujung lainnya terikat. Getaran harmonik tersebut merambat ke kanan dengan cepat rambat 4 cm/s. Jika interferensi terjadi pada 66 cm dari sumber getar, berapakah amplitudo gelombang tersebut?
SUMBER REFERENSI
Gejala gelombang
http://www.yousaytoo.com/rpp-fisika-eek-gejala-gelombang/1185334
Modul Fisika XII
http://sman4gorontalo.com/index.php?option=com_content&view=article&id=53%3Amodul&catid=1%3Aumum&showall=1
rpp fisika eek Gejala gelombang - Fisika Basis TIK
http://basistik.blogspot.com/2011/09/rpp-fisika-eek-gejala-gelombang.html
silabus
http://www.scribd.com/doc/48737671/silabus
Tidak ada komentar:
Posting Komentar