Fisika Dasar I (FI-321) Topik hari ini Osilasi dan Gelombang
Osilasi 1. Osilasi dan BesaranBesaran-besarannya 2. Gerak harmonik sederhana 3. TipeTipe-tipe Osilasi
Gerak Periodik ?
Animasi 11.1
Animasi 11.4
(1) Osilasi dan besaranbesaran-besarannya ► ► ► ►
Osilasi = Gerak bolak balik di sekitar titik kesetimbangan Osilasi terjadi bila sebuah sistem diganggu dari posisi kesetimbangan stabilnya Karakteristik osilasi adalah gerak bersifat periodik Besaran--besaran osilasi Besaran osilasi::
Amplitudo (A) = Simpangan maksimum dari kesetimbangan (SI m) Periode (T) = Waktu bagi benda untuk melakukan satu osilasi (SI s) Frekuensi (f) = banyaknya osilasi tiap detik (SI Hz) Frekuensi sudut (ω) = 2π 2πf = 2π/T (SI rad rad/s) /s)
(2) Gerak harmonik sederhana ► Gerak
yang terjadi ketika gaya neto sepanjang arah gerak adalah tipe gaya hukum Hooke Gayanya berbanding lurus dengan perpindahan dan berlawanan arah
F = − kψ ,
d 2ψ m 2 = − kψ , dt
d 2ψ k + ψ = 0, 2 dt m
d 2ψ 2 ω ψ = 0, + 2 dt
Sistem Pegas Massa d 2x Fx = − kx = ma = m 2 dt d 2x k d 2x 2 + x = 0 → + ω x=0 2 2 dt m dt k 2 ω = m
Solusi:
x = A cos(ωt + ϕ) Animasi 11.1
Bandul sederhana s = Lφ d 2s Ft = − mg sin φ = ma = m 2 dt d 2s d 2s g + g sin φ = 0 → 2 + s = 0 2 dt dt L g ω2 = L
Solusi:
s sin φ ≈ L
s = A cos(ωt + ϕ) Animasi 11.4
►
Solusi umum gerak harmonik sederhana: sederhana:
ψ ( t ) = ASin (ωt + ϕ ) dengan ψ adalah simpangan, simpangan, (ωt+ϕ t+ϕ) adalah fase gerak gerak,, ϕ adalah konstanta fase (fase awal gerak) gerak) ►
Kecepatan benda dituliskan
v = ►
dψ ( t ) dt
= Aω C o s ( ω t + ϕ )
Sedangkan percepatan
a=
dv ( t ) dt
= − Aω 2 S in (ωt + ϕ ) = −ω 2ψ
►
Dalam gerak harmonik sederhana, sederhana, simpangan, simpangan, kecepatan dan percepatan tidak tetap tapi berubah terhadap waktu waktu..
►
Ciri khas lain dari gerak harmonik sederhana adalah percepatan sebuah benda sebanding dan berlawanan arah dengan simpangan. simpangan.
Simpangan,, Kecepatan dan Percepatan Simpangan
ψ ( t ) = ASin (ωt + ϕ )
ωt+ϕ = fase gerak ϕ = konstanta fase/fase awal
1
0.5
A 1
2
3
4
5
-1
1
1
0.5
1
6
T
-0.5
2
2
3
4
5
6
1
-1
-0.5
-2
-1
ψ ( t ) = Sin ( 2t )
ψ ( t ) = Sin ( t )
2
3
4
5
6
ψ ( t ) = Sin ( 2t + π / 4 )
2 2
1
1.5
1
2
3
4
5
6
0.5
1 1 0.5
-1
-2
1
ψ ( t ) = 2 Sin ( t )
2
3
4
5
6
7
-0.5
-1
ψ ( t ) = Sin ( t / 2 ) ψ ( t ) = Sin ( 2t − π / 4 ) 1
2
3
4
5
6
Energi Gerak Harmonik Sederhana ►
Karena gerak harmonik sederhana tipe gayanya hukum Hooke atau gaya pegas maka gerak harmonik sederhana dapat digambarkan dari sistem benda benda--pegas
►
Bila sebuah benda berosilasi pada sebuah pegas, pegas, energi kinetik benda dan energi potensial sistem benda benda--pegas berubah terhadap waktu waktu.. Sementara jumlah kedua energi adalah tetap (dengan mengganggap tidak ada gesekan). gesekan).
►
Energi potensial pegas dituliskan:
U=
1 2 kψ 2
dengan ψ adalah simpangan diukur dari posisi setimbangnya. setimbangnya. ►
Energi kinetik benda bergerak adalah
1 2 K = mv 2 ►
Energi total adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik
Energi Total E
1 2 1 2 E = kψ + mv 2 2 Benda meluncur tanpa gesekan dan menumbuk pegas
Benda menekan pegas
Benda didorong kembali oleh pegas
Animasi 11.2
Animasi 11.5
Saat simpangannya maksimum ψ=A, kecepatannya nol maka energi total/energi pada gerak harmonik sederhana 1 E = kA2 2
Perhatikan gambar berikut! berikut!
(3) TipeTipe-tipe Getaran Gerak harmonik sederhana (GHS) Gaya yang bekerja pada sistem hanya ada gaya balik. Sebuah benda yang bergerak harmonik sederhana akan berosilasi antara ±A dari posisi kesetimbangan dengan frekuensi alamiah ω Gerak harmonik teredam (GHT) Gaya yang bekerja pada sistem adalah gaya balik dan gaya gesek fluida. Jenis gerak ini tidak harus bergerak bolak balik bergantung pada kekuatan gaya balik dan jenis fluida - GHT under damped Jika sistem berada dalam fluida yang viskositasnya rendah (encer), gerak osilasi tetap terjaga, tetapi amplitudonya menurun seiring dengan waktu dan gerak akhirnya berhenti dengan frekuensi ωteredam< ωalamiah - GHT critically damped Jika sistem berada dalam fluida yang viskositas tinggi, benda kembali ke titik kesetimbangan setelah dilepaskan dan tidak berosilasi - GHT over damped Jika sistem berada dalam fluida yang viskositas yang lebih besar lagi, setelah dilepaskan benda tidak mencapai titik kesetimbangan dan waktunya lebih lama
Grafik simpangan terhadap waktu 1
GHT OD
GHS
0.5
Simpangan
GHT CD
2.5
5
7.5
10
12.5
15
17.5
waktu GHT UD
-0.5
-1
Animasi 11.6
Gerak harmonik teredam terpaksa (resonansi) ►F
= gaya balik + gaya gesek + gaya luar
► Gaya ► Jika
luar biasanya periodik → ωluar
ωluar ∼ ωalamiah akan terjadi resonansi
► Pada
saat resonansi resonansi,, sistem akan bergetar dengan suatu amplitudo yang jauh lebih besar daripada amplitudo gaya luar. luar.
Contoh dari Resonansi
PR Osilasi Buku Tipler Jilid I Hal 468468-469 no. 61, 65, & 69 + Tambahan (printout)
Gelombang (1) Gelombang dan BesaranBesaran-besarannya (2) Gelombang Tali (3) Gelombang Bunyi
(1) Gelombang dan besaranbesaran-besarannya ►
Gelombang : Gangguan yang merambat
►
Jika seutas tali (atau pegas) yang diregangkan diberi suatu sentakan, lengkungan/sentakan yang dihasilkan menjalar menyusuri tali → pulsa gelombang Efek dispersi → pulsa yang tersebar atau terurai
►
Jika sumber gelombang adalah gerak harmonik/osilator sederhana (getaran harmonik) maka deretan gelombang sinusoidal akan menjalar sepanjang tali → Gelombang harmonik
►
Gerak gelombang dapat dipandang sebagai perpindahan energi dan momentum dari satu titik di dalam ruang ke titik lain tanpa perpindahan materi
Besaran--besaran gelombang Besaran ►
Amplitudo (A) → perpindahan maksimum dari tali disekitar titik kesetimbangan
►
Perioda (T), frekuensi (f), frekuensi sudut (ω (ω) → domain waktu
►
Panjang gelombang (λ (λ), bilangan gelombang (k) → domain ruang
►
Laju gelombang (v) → laju perambatan gelombang yang bergantung pada sifat medium (khusus untuk gelombang mekanis)
►
Energi (E) → biasanya dalam bentuk rapat energi, besarnya sebanding dengan kuadrat amplitudo dan frekuensi
►
Momentum (p) → biasanya dalam bentuk rapat momentum
►
Daya (P) → energi per satuan waktu
►
Intensitas (I) → daya ratarata-rata per satuan luas yang datang tegak lurus terhadap arah penjalaran atau (rapat energi ratarata-rata)x(laju gelombang). Besarnya sebanding dengan kuadrat amplitudo dan frekuensi
Hubungan antara besaran-besaran gelombang
v=
λ k=
2π
λ
Ruang
λ
T
2π 2πf v= = kT k v=
ω k
1 T= f 2π ω= T ω = 2π f Waktu
Persamaan Gelombang dan solusinya Persamaan diferensial gelombang
Solusi
2
∇ Ψ=
2
1 ∂ Ψ v
2
∂t
ψ = Simpangan
2
ψ ( x, t ) = A cos ( kx ± ωt )
2π ψ ( x, t ) = A cos ( x ± vt ) Jika Sumber gelombang adalah λ osilator yang bergetar secara periodik
2π ψ ( x, t ) = A cos T
x ± t v
(+) Gelombang menjalar ke kiri (-) Gelombang menjalar ke kanan
Klasifikasi Gelombang Gelombang
Gelombang Mekanik
Gelombang Elektromagnetik
Gelombang Transversal
Gelombang Longitudinal
Tali
Bunyi
GELOMBANG GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
GELOMBANG MEKANIK
GELOMBANG MEKANIK Menjalar memerlukan medium
Contoh: Suara/bunyi Gelombang pada tali Gelombang pada permukaan air
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Menjalar tidak memerlukan medium
Contoh: Gelombang radio Gelombang TV Cahaya
Animasi 11.11
GELOMBANG
GELOMBANG TRANSVERSAL GELOMBANG LONGITUDINAL
GELOMBANG TRANSVERSAL Arah gerak partikel-partikel medium tegak lurus pada arah jalar gelombang Contoh: Gelombang pada tali Animasi 11.7
GELOMBANG LONGITUDINAL Arah gerak partikel-partikel medium sejajar dengan arah jalar gelombang Contoh: Gelombang bunyi
Animasi 11.8
Gelombang permukaan air? ► Merupakan
kombinasi gelombang transversal dan gelombang longitudinal
Contoh: Bentuk gelombang dan lintasan partikel air Animasi 11.9
Animasi 11.10
Gelombang dengan sumber gelombang berupa titik yang bergerak harmonik sederhana ►
Gelombang 1D Gelombang yang menjalar dalam garis lurus. Contoh: Gelombang tali Panjang gelombang adalah jarak antar puncakpuncak-puncak berurutan
►
Gelombang 2D Contoh: Gelombang lingkaran pada permukaan air dalam tangki riak, gelombang garis Panjang gelombang adalah jarak antar puncakpuncak-puncak berurutan yang merupakan lingkaranlingkaran-lingkaran konsentrik. LingkaranLingkaran-lingkaran ini biasanya digambarkan sebagai muka gelombang
►
Gelombang 3D Biasanya gelombang yang menjalar ke semua arah (gelombang bola) Contoh gelombang bunyi menjalar di udara dan cahaya Panjang gelombang adalah jarak antar puncakpuncak-puncak berurutan yang merupakan permukaanpermukaan-permukaan bola yang konsentrik. Permukaan Permukaan-permukaan bola ini adalah muka gelombang
Representasi dari Gelombang ►
Muka gelombang tempat kedudukan titiktitik-titik dengan fasa sama Jarak antara muka gelombang berturutan adalah panjang gelombang
►
Berkas (Rays) Gerak kumpulan muka gelombang garis radial yang keluar dari sumber dan tegak lurus dengan muka gelombang
Gelombang Datar ►
►
►
Gelombang yang cukup jauh dari sumber gelombang titik yang menjalar sebagai gelombang speris, muka gelombangnya mendekati bidang datar Berkas gelombang mendekati garis--garis sejajar garis sejajar→ →berkas sinar sejajar Bagian kecil dari muka gelombang adalah gelombang bidang
(a) Gelombang Tali ► ►
Gelombang transversal yang memerlukan medium (tali) untuk menjalar Dengan analisis gaya didapatkan persamaan diferensial tali
∂2 y ∂x ►
=
T ∂t 2
Sehingga Laju gelombang tali
v= ►
2
µ ∂2 y
F
m dimana µ = dan F = T = tegangan tali µ L
Laju bergantung pada sifat dari medium yang dilewati gangguan
Energi dan daya yang ditransmisikan oleh gelombang tali harmonik ►
Energi total massa yang berosilasi adalah ½kA2 dengan k=mω k=m ω2 sehingga untuk segmen tali bermassa ∆m= m=µ µ ∆x 1 1 2 2 ∆E = ( ∆m )ω A = µω 2 A 2 ∆x 2 2 1 ∆E = µω 2 A2 v∆t karena ∆x = v∆t 2
dE 1 P= = µω 2 A2 v dt 2
P = v px 2
Daya yang ditransmisikan oleh gelombang tali harmonik
1 µω 2 A2 px = 2 v
Rapat momentum gelombang tali
Refleksi dan Refraksi ►
Bila suatu gelombang datang pada suatu permukaan batas yang memisahkan dua daerah dengan laju gelombang yang berbeda, maka sebagian gelombang akan dipantulkan (refleksi) dan sebagian lain akan ditransmisikan
►
Berkas yang terpantul membentuk sudut dengan garis normal permukaan yang besarnya sama dengan sudut berkas datang → berlaku untuk semua gelombang
►
Berkas yang ditransmisikan akan dibelokkan mendekat atau menjauh dari garis normalnormal-bergantung pada apakah laju gelombang pada medium kedua lebih kecil atau lebih besar daripada laju gelomnag dalam medium datang.Pembelokan berkas yang ditransmisikan disebut refraksi (pembiasan) → berlaku untuk semua gelombang
Refleksi Gelombang Tali – Ujung Terikat ► Ketika
gelombang berjalan mencapai ujung, beberapa atau semua gelombang dipantulkan
► Ketika
gelombang dipantulkan dari ujung terikat, pulsa gelombang akan dibalikkan (ada pembalikan fase)
Animasi 11.16
Refleksi Gelombang Tali – Ujung Bebas ► Ketika
gelombang berjalan mencapai ujung, beberapa atau semua pulsa gelombang dipantulkan
► Ketika
gelombang dipantulkan dari ujung bebas, pulsa gelombang tidak dibalikkan (tidak ada pembalikan fase) Animasi 11.17
Superposisi Gelombang ► Dua
gelombang yang berjalan dapat bertemu dan saling melewati satu sama lain tanpa menjadi rusak atau berubah ► Gelombang memenuhi Prinsip Superposisi Jika dua gelombang atau lebih yang merambat bergerak melewati medium, gelombang yang dihasilkan adalah penjumlahan masingmasing-masing perpindahan dari tiap gelombang pada setiap titik Sebenarnya hanya berlaku untuk gelombang dengan amplitudo yang kecil Animasi 11.18
Interferensi Interferensi = Superposisi gelombang harmonik Tinjau: Dua gelombang harmonik dengan frekuensi, panjang gelombang dan amplitudo yang sama (A) dan sama-sama bergerak ke kanan berbeda fase. Pilih saat t = 0 Interferensi bergantung pada beda fase gelombang (ϕ)
ψ = Asin(kx + ϕ)
ψ = Asin kx
Simpangan
1
Jika beda fase:
0.5
x 2
4
8
10
12
ϕ = π, 3π, 5π …(2n-1),
beda lintasan = (n + ½)λ →
-0.5
-1
6
ϕ = 0,2π,4π,….2πn (sefase), beda lintasan = nλ → Interferensi konstruktif → Agelgabang = 2A
ϕ
Interferensi destruktif → Agel gabang = 0
Sembarang ϕ → Agel gab=2A cos ϕ/2
Interferensi Konstruktif ► Dua
gelombang, a dan b, mempunyai frekuensi, panjang gelombang, amplitudo yang sama dan berada dalam satu fase (ϕ=0) ► Gabungan gelombang (c) memiliki amplitudo dua kali amplitudo semula
Interferensi Destruktif ► Dua
gelombang, a and b, mempunyai frekuensi,panjang gelombang dan amplitudo yang sama, beda fase ϕ= 180o
► Ketika
bergabung, bentuk gelombangnya hilang Animasi 11.19
Gelombang Berdiri ►
►
►
Bila gelombang terbatas pada ruang, ketika gelombang menjalar akan ada pantulan gelombang pada kedua ujungnya,shg akan menciptakan gelombang berjalan dalam dua arah Gelombang dan pantulannya berinterferensi sesuai dengan prinsip superposisi Dengan frekuensi yang tepat, gelombang akan terlihat seperti berdiri Gelombang ini disebut gelombang berdiri/gelombang
stasioner Frekuensi Frekuensi--frekuensi yang menghasilkan pola pola--pola tersebut disebut frekuensi resonansi
Sifat--sifat gelombang berdiri Sifat ► Simpul
: titiktitik-titik yang selalu diam.
Simpul terjadi ketika dua buah gelombang berjalan memiliki besar perpindahan yang sama, tetapi perpindahannya dalam arah yang berlawanan Perpindahan neto adalah nol pada setiap titik Jarak antara dua simpul adalah ½λ
► Perut
: titiktitik-titik yang dapat mencapai simpangan maksimum
Perut terjadi ketika gelombang berdiri bergetar dengan amplitudo maksimum
Gelombang Berdiri pada Tali (terikat pada kedua ujung) ► Frekuensi
getaran terendah dinamakan frekuensi
fundamental / frekuensi nada dasar (f1). L=n
λn 2
,
n = 1, 2,3...
Syarat gelombang berdiri untuk kedua ujung terikat
nv n F ƒ n = n ƒ1 = = 2L 2L µ Fig 14.18, p. 443 Slide 25
Frekuensi resonansi, kedua ujung terikat
Gelombang Berdiri pada Tali (terikat pada satu ujung dan bebas pada ujung lain ) L=n
λn 4
,
gelombang berdiri n = 1,3,5... Syarat untuk kedua ujung terikat
nv n ƒ n = n ƒ1 = = 4L 4L
Animasi 11.20
Animasi 11.21
F
µ
n = 1,3,5... Frekuensi resonansi, kedua ujung terikat
PR Gelombang Tali Buku Tipler Jilid I Hal 502502-504 no. 45, 48, 56, 62 & 64
Gelombang bunyi ► Gelombang
longitudinal yang memerlukan medium dalam perambatannya (zat padat, cair dan gas)
► Sumber
bunyi: garputala, audio generator, dll
Garpu Tala sebagai penghasil Bunyi ►
Garpu tala akan menghasilkan sebuah nada yang murni
►
Ketika garpu bergetar, getarannya akan menggangu udara disekitarnya
►
Ketika garpu di tarik ke kanan, akan memaksa molekul udara disekitarnya saling berdekatan
►
Hal ini menghasilkan daerah dengan kerapatan yang tinggi pada udara Daerah ini adalah mampatan
(commpression)
Penggunaan Garpu Tala (lanjutan) ► Ketika
garpu di tekan ke kiri (saling berdekatan), molekulmolekulmolekul udara di sebelah kanan garpu akan saling merenggang
► Menghasilkan
daerah dengan kerapatan yang rendah Daerah ini disebut regangan
(rarefaction)
Penggunaan Garpu Tala (lanjutan)
►
Ketika garpu tala terus bergetar, serangkaian mampatan (compression) dan regangan (rarefaction) menjalar dari garpu
►
Kurva sinusoidal dapat digunakan untuk menggambarkan gelombang longitudinal Puncak sesuai dengan mampatan dan lembah sesuai dengan regangan
Laju gelombang bunyi Laju gelombang bunyi B Udara/air dengan B= modulus limbak, v = ρ ρ = rapat massa medium Batang padat dan panjang dengan Y = modulus young
v=
Y
ρ
Gas dengan T= temperatur mutlak dalam kelvin, R=8,314 J/mol, K=konstanta gas universal dan M=massa molar gas/massa 1 mol gas dan γRT v= γ=konstanta yang bergantung jenis gas M (untuk udara M=29.10M=29.10-3 kg/mol dan γ=1.4)
Laju Gelombang Bunyi di Udara m T v = (331 ) s 273 K ► 331
m/s adalah laju gelombang bunyi pada 0° 0° C ► T adalah suhu mutlak (T = tc + 273) K
Energi Gelombang Bunyi ►
Energi gelombang bunyi di udara adalah energi osilasi molekul udara yang bervibrasi dengan gerak harmonik sederhana sepanjang arah penjalaran gelombang. Analogi dengan energi gelombang pada tali (1D) tetapi untuk bunyi penjalaran 3D ∆m= m=ρ ρ ∆V
1 1 ∆E = (∆m)ω2A2 = µω2A2∆x 2 2 1 2 2 ∆E = µω Av∆t 2 Perubahan energi pada tali (1D)
1 1 ∆E = (∆m)ω 2 so 2 = ρω 2 so 2 ∆V 2 2 1 ∆E = ρω 2 so 2 Av∆t karena ∆V = Av∆t 2 Perubahan energi gelombang bunyi menjalar ke semua arah (3D) dengan so adalah amplitudo gelombang bunyi
Daya dan Intensitas bunyi ►
Jika sumber titik memencarkan gelombang secara seragam ke semua arah, energi pada jarak r dari sumber akan terdistribusi secara seragam pada kulit bola berjariberjari-jari r dan luas 4π 4πr2. Jika P adalah daya yang dipancarkan sumber yaitu energi per satuan waktu maka
∆E 1 P= = ρω 2 so 2 Av ∆t 2 ►
Dan intensitas (= daya per satuan luas yang datang tegak lurus terhadap arah penjalaran)
P 1 2 2 I= = ρω so v 2 4π r 2
Intensitas dari Sumber Titik ► Intensitas
berubah sebagai 1/r2, ini adalah
hubungan inverse square ► Daya
rata--rata yang melalui permukaan bola rata (sumber sebagai pusatnya) adalah sama ► Untuk membandingkan intensitas dari dua tempat, hubungan inverse square dapat digunakan 2 2 2 1
I1 r = I2 r
Tingkat intensitas Gelombang Bunyi ► Kenyaringan
suara pada telinga manusia adalah logaritmik ► β adalah tingkat intensitas atau tingkat desibel dari bunyi
I β = 10 log Io ► Io
adalah ambang pendengaran ► Ambang
pendengaran adalah 0 dB ► Ambang rasa sakit adalah 120 dB ► Pesawat jet sekitar 150 dB
Jenis Intensitas Gelombang Bunyi ► Ambang
Pendengaran Bunyi terendah yang bisa didengar manusia Sekitar 1 x 10-12 W/m2
► Ambang
Rasa Sakit Bunyi terkeras yang masih bisa di toleransi manusia Sekitar 1 W/m2
► Telinga
adalah detektor yang sensitif teradap gelombang bunyi
Kategori Gelombang Bunyi ► Gelombang
yang dapat didengar (audible)
Dalam jangkauan pendengaran telinga manusia Normalnya antara 20 Hz sampai 20.000 Hz ► Gelombang
Infrasonik
Frekuensinya di bawah 20 Hz ► Gelombang
Ultrasonik
Frekuensinya di atas 20.000 Hz
Aplikasi dari Gelombang Ultrasonik ► Dapat
digunakan untuk menghasilkan gambar dari benda yang kecil
► Secara
lebih luas digunakan sebagai alat diagnosa dan pengobatan di bidang medis Ultrasonik flow meter untuk mengukur aliran darah Dapat menggunakan alat piezoelectrik yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik ►Kebalikannya: mekanik ke listrik Ultrasound untuk mengamati bayi di dalam kandungan Cavitron Ultrasonic Surgical Aspirator (CUSA) digunakan dalam proses pembedahan untuk mengangkat tumor otak
Efek Doppler ► Efek
Doppler muncul ketika terdapat gerak relatif antara sumber gelombang dan pengamat Ketika sumber dan pengamat saling mendekat, pengamat mendengar frekuensi yang lebih tinggi daripada frekuensi sumber Ketika sumber dan pengamat saling menjauh, pengamat mendengar frekueni yang lebih rendah daripada frekuensi sumber
► Meskipun
Efek Doppler biasanya terjadi pada gelombang bunyi, fenomena tersebut terjadi juga pada gelombang yang lain
Efek Doppler ► Secara
umum frekuensi yang terdengar:
v + vo ƒ' = ƒ v − vs ► f=frekuensi sumber, v=laju gelombang bunyi, vo = laju sumber bunyi dan vs = laju pengamat ► vo dan vs positif jika bergerak saling mendekat Frekuensi yang terdengar lebih tinggi ► vo
dan vs negatif jika bergerak saling menjauh
Frekuensi yang terdengar lebih rendah Animasi 11.14
Animasi 11.15
Difraksi ►
Difraksi : pembelokan gelombang di sekitar suatu penghalang atau pinggir celah Suatu gelombang melewati suatu celah: • Jika lebar celah < λ maka akan terjadi difraksi. Saat difraksi terjadi arah penjalaran dan bentuk gelombang dapat berubah. Jika lebar celah sangat kecil maka di sekitar celah seolah-olah ada sumber titik pada celah tersebut sehingga dapat menjadi sumber gelombang baru • Jika lebar celah atau perintang > λ dekat tepi lubang, muka gelombang akan terdistorsi dan gelombang tampak sedikit membelok. Namun sebagian muka gelombang tidak terpengaruh • Jika lebar celah atau perintang >> λ, difraksi/pembelokan muka gelombang tidak akan teramati dan gelombang menjalar dengan garis atau berkas lurus
(c) Superposisi -Interferensi -Gelombang
berdiri (1) Gelombang berdiri pada tali (2) Gelombang berdiri kolom udara (bunyi) -Layangan -Polarisasi
Superposisi ► Bagaimana
dengan superposisi dua gelombang yang: Berbeda amplitudo amplitudo?? Berbeda frekuensi frekuensi?? Berbeda panjang gelombang? gelombang? Berbeda laju gelombang? gelombang?
Interferensi Tinjau: Dua gelombang harmonik dengan frekuensi, panjang gelombang dan Tinjau: amplitudo yang sama (A) sefase tetapi sumber gelombang terpisah ► Interferensi bergantung pada beda lintasan ►
ψ = A sin kx ψ = A sin kx ►
x Beda Lintasan=0
Beda Lintasan=λ
Beda Lintasan=λ/2
Interferensi konstruktif
Interferensi konstruktif
Interferensi destruktif
Interferensi Interferensi Konstruktif terjadi ketika perbedaan lintasan antara dua gelombang adalah nol atau kelipatan bulat ►Beda
lintasan = nλ
Interferensi Destruktif terjadi ketika perbedaan lintasan antara dua gelombang adalah setengah kelipatan bulat ►Beda
lintasan = (n + ½)λ
Gelombang Berdiri pada Kolom Udara ► Jika
salah satu ujung dari kolom udara tertutup, simpul harus ada pada ujung tersebut karena pergerakan udara dibatasi ► Jika ujungnya terbuka, bagian dari udara memiliki kebebasan bergerak dan sebuah perut akan muncul
Pipa dengan Kedua Ujung Terbuka
Resonansi pada Kolom Udara dengan Kedua Ujung Terbuka ► Pada
pipa yang kedua ujungnya terbuka, frekuensi alami dari getaran membentuk sebuah deret yang harmonik yang sama dengan perkalian bulat frekuensi dasar
v ƒn = n , n = 1, 2, 3,K 2L
Pipa yang Tertutup pada Salah Satu Ujung
Resonansi pada Kolom Udara yang Tertutup pada Salah Satu Ujung ► ►
Ujung tertutup adalah simpul Ujung terbuka adalah perut
v fn = n , n = 1, 3, 5,K 4L
Layangan ► Interferensi
dua gelombang dengan frekuensi berbeda namun hampir sama (∆ (∆f<<) ► Layangan bunyi akan terdengar suatu nada yang mempunyai intensitas yang berubahberubah-ubah secara bergantian antara keras dan lemah ► ∆f = frekuensi layangan ► Telinga manusia hanya dapat mendeteksi layangan dengan frekuensi kurang dari 7 Hz Animasi 11.22
Aplikasi dan fenomena Layangan ► (Layangan
gelombang bunyi) Membandingkan suatu frekuensi tak diketahui dengan frekuensi yang diketahui ► (Layangan gelombang bunyi) Mengukur laju mobil dengan mendeteksi perubahan frekuensi kecil berkas gelombang radar yang terpantul dari mobil yang bergerak ► (Layangan cahaya) Pola moire yang dihasilkan bila dua kumpulan garis paralel dengan jarak sedikit berbeda saling tumpang tindih
Polarisasi ► Superposisi
dua gelombang/lebih yang bidang getarnya saling tegak lurus (misalnya arah y dan arah z)
(
y = A y cos kx − ωt + ϕ y
)
z = Az cos(kx − ωt + ϕ z )
Polarisasi ► Ambil
saat x=0,
y = Ay cos (ωt − ϕ y ) , z = Az cos (ωt − ϕ z )
► dengan
y Ay
2
sedikit trigonometri didapatkan 2
z y z 2 + − 2 cos (ϕ y − ϕ z ) = sin (ϕ y − ϕ z ) Az Ay Az
PR Gelombang Bunyi Buku Tipler Jilid I Hal 556 no. 79, 80 & 81
