Important Announcement
PubHTML5 Scheduled Server Maintenance on (GMT) Sunday, June 26th, 2:00 am - 8:00 am.
PubHTML5 site will be inoperative during the times indicated!

Home Explore PRODUK BAHAN AJAR

PRODUK BAHAN AJAR

Published by winandriutami, 2021-02-07 16:46:02

Description: PRODUK BAHAN AJAR

Search

Read the Text Version

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Kata Pengantar Bahan ajar berbasis TIK membantu peserta didik dalam proses pembelajaran. Bahan ajar berbasis TIK terintegrasi pendekatan kontekstual merupakan salah satu bahan ajar yang dapat digunakan oleh pendidik dan peserta didik dalam mempelajari materi fisika. Penulisan Bahan ajar berbasis TIK terintegrasi pendekatan kontekstual bertujuan untuk membantu peserta didik dalam memperkaya pengetahuannya. Bahan ajar berbasis TIK terintegrasi pendekatan kontekstual ini memuat materi-materi yang berisikan penerapan atau implementasi materi dalam kehidupan sehari-hari. Bahan ajar berbasis TIK juga berisikan contoh-contoh yang dapat dijangkau oleh peserta didik. Bahan ajar berbasis TIK ini terdiri dari 2 kompetensi dasar yaitu Gelombang Mekanik dan Gelombang Berjalan serta Gelombang Stasioner. Penulisan Bahan ajar berbasis TIK terintegrasi pendekatan kontekstual ini masih terdapat kesalahan dan kelemahan. Oleh karena itu, diperlukan saran dan masukan untuk perbaikan dan tindak lanjut penyempurnaan bahan ajar berbasis TIK. Bahan ajar berbasis TIK terintegrasi pendekatan kontekstual ini bermanfaat bagi semua pembaca dalam menguasai materi Fisika khususnya siswa SMA. Lubuk Sikaping, Januari 2020 Penulis ii

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Daftar Isi KATA PENGANTAR ............................................................................................................. ii DAFTAR ISI ........................................................................................................................... iii KI .............................................................................................................................................. 1 KD DAN INDIKATOR ........................................................................................................... 2 MATERI 1. GELOMBANG MEKANIK .............................................................................. 3 A. Jenis- Jenis Gelombang ................................................................................................. 3 B. Besaran Pada Gelombang ...............................................................................................7 C. Sifat-Sifat Gelombang....................................................................................................10 D. Evaluasi ..........................................................................................................................27 MATERI 2. GELOMBANG BERJALAN DAN STASIONER ..........................................29 A. Gelombang Berjalan ......................................................................................................29 B. Gelombang Stasioner ....................................................................................................35 C. Evaluasi .......................................................................................................................53 DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................................55 iii

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 A Kompetensi Inti KI 1: Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. KI 2: Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, santun, KI 3: peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), bertanggung jawab, responsif, dan pro-aktif dalam berinteraksi KI 4: secara efektif sesuai dengan perkembangan anak di lingkungan, keluarga, sekolah, masyarakat dan lingkungan alam sekitar, bangsa, negara, kawasan regional, dan kawasan internasional. Memahami, menerapkan, menganalisis dan mengevaluasi pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. Mengolah, menalar, menyaji, dan mencipta dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri serta bertindak secara efektif dan kreatif, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan. 1

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 B Kompetensi Dasar dan Indikator Kompetensi Dasar Indikator 3.6 Menganalisis karakteristik gelombang 3.6.1 Mengidentifikasi jenis-jenis mekanik gelombang. 3.6.2 Mengidentifikasi besaran-besaran pada gelombang 3.6.3 Menganalisis karakteristik gelombang mekanik (pemantulan, pembiasan, difraksi dan interferensi) 4.6 Melakukan percobaan tentang salah satu 4.6.1 Mempersiapkan percobaan tentang karakteristik gelombang mekanik salah satu karakteristik gelombang berikut presentasi hasilnya mekanik. 4.6.2 Melakukan percobaan tentang salah satu karakteristik gelombang mekanik 4.6.3 Mempresentasikan hasil percobaan 3.7 Menganalisis besaran-besaran fisis 3.7.1 Mendeskripsikan gelombang gelombang berjalan dan gelombang berjalan dan gelombang stasioner stasioner pada berbagai kasus nyata 3.7.2 Menganalisis besaran-besaran yang terdapat pada gelombang berjalan 3.7.3 Menganalisis besaran-besaran yang terdapat pada gelombang stasioner 4.7 Melakukan percobaan tentang salah satu 4.7.1 Mempersiapkan percobaan tentang karakteristik gelombang berjalan dan salah satu karakteristik gelombang gelombang stasioner, beserta hasil berjalan dan stasioner presentasi hasil percobaan dan makna 4.7.2 Melakukan percobaan tentang salah fisisnya satu karakteristik gelombang berjalan dan stasioner 4.7.3 Mempresentasikan hasil percobaan 2

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Materi Gelombang Mekanik 1 Tujuan Pembelajaran Melalui kegiatan pembelajaran dengan menggunakan e- bahan ajar fisika terintegrasi pendekatan CTL, diharapkan siswa mampu: 3.6.1.1 Menjelaskan pengertian gelombang mekanik dengan benar. 3.6.2.2 Mengidentifikasi besaran-besaran pada gelombang dengan tepat. 3.6.3.3 Menganalisis karakteristik gelombang mekanik (pemantulan, pembiasan, difraksi, interferensi dan polarisasi) dengan tepat. 1 Jenis-Jenis Gelombang Gelombang didefinisikan sebagai getaran yang merambat melalui medium/perantara. Medium gelombang dapat berupa zat padat, cair, dan gas, misalnya tali, slinki, air, dan udara. Dalam perambatannya, gelombang membawa energi. Contoh sederhana dari gelombang adalah gelombang air yang terjadi jika permukaan air yang tenang diberikan suatu usikan atau gangguan seperti ditunjukkan pada video 1. Batu yang dilempar ke permukaan air akan menyebabkan terjadinya gelombang yang membentuk lingkaran-lingkaran yang merambat keluar, menjauh dari tempat jatuhnya. Jika terdapat tumbuhan lain atau gabus yang mengapung di permukaan air, akan terlihat gabus dan tumbuhan tersebut tidak ikut merambat menjauh, melainkan hanya bergerak naik turun secara periodik. Hal ini menunjukkan bahwa walaupun Video 1. Gelombang pada Permukaan gelombang air merambat menjauhi tempat jatuhnya Air yang Merambat keluar batu, air sendiri tidak ikut merambat. Air disini hanya 3

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 berfungsi sebagai medium perambatan gelombang, ketika gelombang merambat medium perambatannya tidak ikut merambat. Jenis-jenis gelombang dapat dibedakan menjadi tiga yaitu: 1. Berdasarkan medium perambatannya Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dikelompokkan menjadi a. Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang memerlukan medium (zat perantara) dalam proses perambatannya. Jika tidak ada medium, maka gelombang tidak akan terjadi. Gelombang yang merambat pada tali termasuk pada gelombang mekanik dengan tali sebagai mediumnya. Relating Pernahkah kamu melihat gelombang air laut seperti video disamping? Apakah gelombang air laut membutuhkan medium untuk merambat ? Video 2. Gelombang Air Laut b. Gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang tidak memerlukan medium dalam proses perambatannya. Gelombang elektromagnetik terjadi karena perambatan medan listrik tegak lurus terhadap medan magnet pada gelombang cahaya. Kita dapat menemukan banyak penggunaan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari- hari, contohnya adalah teknologi rotgen, microwave dan sinyal yang diterima smartphone. Berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya, gelombang elektromagnetik diklasifikasikan menjadi spektrum gelombang elektromagnetik. Spektrum gelombang elektromagnetik merupakan spektrum kontinu masing-masing jenis gelombang elektromagnetik yang berbeda didefinisikan dalam rentang panjang 4

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 gelombang tertentu, yang terdiri dari gelombang radio, gelombang mikro, sinar inframerah, cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar- x dan sinar gamma. Relating Dari gambar disamping terlihat bagaimana tingkat tinggi rendahnya frekuensi dan panjang gelombang pada cahaya tampak. Bagaimana hubungan frekuensi gelombang dengan panjang gelombang pada cahaya tampak? Gambar 1. Spektrum Gelombang Elektromagnetik Sumber: thinglink. com 2. Berdasarkan arah rambatannya Berdasarkan arah rambatannya, gelombang terdiri atas: a. Gelombang transversal gelombang yang arah rambatnya tegak lurus dengan arah getarnya. Contoh gelombang jenis ini adalah gelombang pada tali, gelombang permukaan air dan gempa bumi. Gambar 2. Bentuk Gelombang Transversal Sumber: Handayani (2017) Pada gambar di atas adalah bentuk gelombang transversal dalam hal ini tali yang digetarkan sehingga membentuk gelombang yang memiliki arah getar dan arah rambat 5

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 yang saling tegak lurus. Terlihat bahwa arah getar gelombang pada sumbu y dan arah rambat gelombang pada sumbu x. b. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang memiliki arah rambat searah dengan arah getarnya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi dan gelombang pada slinki. Gambar 3. Bentuk Gelombang Longitudinal Sumber: Handayani (2017) Experiencing Ambillah sebuah slinki, letakkan pada lantai lalu getarkan slinki itu dan lihat apa yang terjadi? Bagaimana arah getar dan arah rambat dari gelombang longitudinal tersebut? 3. Berdasarkan Amplitudonya Berdasarkan amplitudonya gelombang terdiri atas a. Gelombang berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang dilalui gelombang. Contoh gelombang berjalan adalah ombak dan gelombang pada tali. 6

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 b. Gelombang stasioner, yaitu gelombang yang amplitudonya berubah. Contoh gelombang stasioner pada senar gitar yang dipetik seperti video disamping. Pada gelombang stasioner amplitudo ujung terikat memiliki dua kali amplitudo karena memiliki gelombang datang dan gelombang pantul. Video 3. Gitar yang dipetik 2 Besaran-Besaran Gelombang Gelombang merupakan getaran atau usikan yang merambat. Rambatan dari usikan itu merupakan rambatan energi, sedangkan partikel-partikel dari medium tidak ikut merambat. Adapun besaran-besaran yang berhubungan dengan gelombang sebagai berikut. 1. Simpangan dan Amplitudo Gelombang x Gambar 4. Amplitudo gelombang Sumber: Haryadi (2017) Simpangan gelombang (y) didefinisikan sebagai jarak vertikal sebuah titik dari posisi setimbangnya, posisi setimbang gelombang adalah garis sepanjang sumbu X, simpangan maksimum disebut dengan Amplitudo (A). 2. Panjang Gelombang Untuk memahami pengertian panjang gelombang transversal, perhatikan gambar 5 berikut. 7

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Gambar 5. Panjang Gelombang Sumber: wikipedia.org Jarak antara dua puncak gelombang, dua lembah gelombang atau sembarang dua titik berdekatan yang memiliki fase yang sama disebut panjang gelombang. Pada gelombang longitudinal panjang gelombang berupa rapatan. 3. Periode Gelombang Periode gelombang (T), yaitu waktu yang diperlukan untuk menempuh satu panjang gelombang (λ). Pada gambar 2 diatas yang dimaksud T adalah waktu yang diperlukan gelombang untuk membentuk satu gelombang dari titik o– e, b-f dan c-g. Periode dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ................................................ (1) dengan; T = periode gelombang (s) t = waktu yang diperlukan gelombang untuk merambat(s) n= jumlah gelombang 4. Frekuensi Gelombang Frekuensi gelombang (f), yaitu banyaknya gelombang setiap detik (dari titik o- e) yang terbentuk dalam 1 detik. ������ = ! atau ������ = # ........................................... (2) \" \" 8

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 dengan; f = frekuensi gelombang (Hz) t = waktu yang diperlukan gelombang untuk merambat (s) n = jumlah gelombang 5. Cepat rambat gelombang Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu detik. ������ = ������ ������ = ������ ........................................... (3) ������ dengan; T= periode gelombang (s) λ= panjang gelombang (m) v= cepat rambat gelombang (m/s) Jika jarak yang ditempuh suatu gelombang (L) dengan jumlah gelombang (n) maka panjang gelombang (λ) adalah ������ = ������ ������������������������ ������ = ������ ������ ....................................... (4) ������ dengan; L = jarak yang ditempuh gelombang (m) λ = panjang gelombang (m) n = jumlah gelombang Contoh Soal Seorang anak menggerakan tali sehingga terbentuk gelombang seperti gambar berikut. Jika waktu yang digunakan untuk menempuh dari P sampai X lamanya 10 sekon maka cepat rambat gelombang adalah… 9

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Diketahui : Panjang gelombang ������ = $ = %& = 1,5 ������ ! ' ( #) + Periode gelombang ������ = ! = ' = 5 ������ Frekuensi gelombang ������ = # = # = 0,2 ������������ \" , + Ditanya : cepat rambat gelombang (v)...? Jawab: ������ = ������ ������ ������ = (1,5 ������)( 0,2 ������������) ������ = 0,3 ������/������ LATIHAN Sebuah gabus berada dipuncak-puncak gelombang. Keduanya naik turun diatas permukaan air laut sebanyak 20 kali dalam waktu 4 detik mengikuti gelombang air laut. Jika jarak kedua gabus 100 cm dan diantaranya terdapat dua lembah dan satu bukit. Tentukan frekuensi gelombang dan cepat rambat gelombang berturut-turut! 3 Sifat- Sifat Gelombang Sebelum membahas sifat- sifat gelombang, terlebih dahulu kita harus mengetahui muka gelombang karena hal ini akan banyak digunakan pada pembahasan sifat- sifat gelombang. Muka gelombang merupakan sebuah garis atau permukaan pada suatu lintasan gelombang yang sedang merambat, tempat semua partikel pada garis atau permukaan tersebut memiliki fase gelombang yang sama. Muka gelombang terdiri atas dua macam yaitu muka gelombang lurus dan muka gelombang lingkaran. Pada medium yang homogen seperti udara dengan kerapatan yang konstan, gelombang akan merambat dengan garis lurus searah berkas. Pada jarak yang sangat jauh dari sumber titik gelombang, suatu bagian kecil muka gelombang dapat dianggap sebagai sebuah bidang dengan berkas-berkas (sinar) gelombang berupa garis-garis paralel yang tegak lurus terhadap muka gelombang yang disebut dengan gelombang bidang. 10

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Gambar 6. Muka Gelombang Sumber: Foster (2017) Analogi dua dimensi untuk gelombang bidang adalah gelombang garis. Gelombang garis merupakan suatu bagian kecil muka gelombang lingkaran (sirkular) yang berada pada jarak yang sangat jauh dari sumber. Gelombang garis dapat dihasilkan dalam tangki riak oleh suatu papan datar yang berisolasi naik- turun dalam air untuk menghasilkan muka gelombang berupa garis lurus. Gelombang dapat didispersikan, dipantulkan (refleksi), dibiaskan (refraksi), dihamburkan (difraksi) dan dipolarisasi. Kelima gejala gelombang tersebut dapat dipelajari menggunakan tangki riak (ripple tank). Cooperating Diskusikanlah dengan teman kelompokmu bagaimana cara kerja tangki riak serta fungsi komponen- komponen pada tangki riak, lalu lukislah muka gelombang yang dihasilkan tangki riak tersebut Gambar 7. Tangki Riak Sumber: Fisikaabc.com 11

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 A. Pemantulan (Refleksi) Ketika sebuah gelombang menabrak sebuah penghalang atau sampai di ujung suatu medium yang dirambatinya maka sebagian gelombang tersebut akan di pantulkan. Contohnya saat gelombang air yang terpantul dari batu karang atau sisi kolam. Video 4. Pemantulan Air Perhatikanlah pemantulan sebuah gelombang yang merambat pada tali seperti yang ditunjukkan pada gambar 6.10 berikut. (a) (b) Gambar 8. Pemantulan Gelombang Sumber: Handayani (2017) 12

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Jika ujung tali dibuat tetap, pulsa gelombang dipantulkan kembali secara terbalik, seperti pada gambar 8a Jika ujung tali dibuat bebas (longgar) pulsa gelombang akan dipantulkan dengan sisi kanan keatas, seperti gambar 8b. Untuk pemantulan gelombang bidang seperti yang ditunjukkan pada gambar 9, sudut yang dibuat oleh gelombang datang terhadap permukaan pantulan sama dengan sudut yang dibuat oleh gelombang pantul. Dengan kata lain, sudut pantul sama dengan sudut datang yang dikenal sebagai hukum pemantulan. Hukum pemantulan berlaku untuk semua jenis gelombang. Gambar 9. Pemantulan Gelombang Sumber: Foster (2017) Bunyi hukum pemantulan sebagai berikut: 1. Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terletak pada bidang yang sama. 2. Sudut datang (������- ) sama dengan sudut pantul (������. ). Sudut datang didefinisikan sebagai sudut yang dibuat oleh sinar datang terhadap garis yang tegak lurus terhadap permukaan pantulan (atau sudut yang dibuat muka gelombang dengan tangen permukaan pantulan). Adapun sudut pantul adalah sudut yang dibuat oleh sinar pantul terhadap garis yang tegak lurus pada permukaan pantulan. Relating Pada ruang pertunjukan (konser) mengapa lapisan pemantul ditempatkan dibelakang orkestra sedangkan panel-panel pamantulnya digantungkan pada langit- langit ruang pertunjukkan? 13

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Experiencing 1. Tujuan Percobaan Melakukan percobaan tentang salah satu karakteristik gelombang mekanik berikut presentasi hasilnya 2. Alat dan Bahan a. Catu Daya b. Tangki Gelombang c. Kabel Penghubung Merah dan Hitam d. Pipet Tetes 3. Prosedur Kerja a. Melakukan percobaan gelombang datar dengan menggunakan pembangkit riak datar (Gambar 10) dan gelombang akan dibangkitkan satu demi satu dengan menggerakkan pembangkit riak dengan tangan. Gelombang datar ialah gelombang yang muka-muka gelombangnya berbentuk lurus. Gambar 10. Gelombang datar dengan pembangkit riak datar b. Mengamati gelombang berjalan yang terjadi. Pemantulan c. Menghalangi gelombang berjalan itu dengan penghalang lurus, penghalang dipasang sejajar dengan arah muka gelombang dan menjawab pertanyaan berikut : 1) Terjadikah pemantulan? bagaimana arah pemantulannya? d. Mengubah arah penghalang misalnya seperti pada Gambar 11 dan mengarahkan gelombang datar malar ke penghalang. 14

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Gambar 11. Tangki Gelombang dengan penghalang dimiringkan e. Mengamati dan mensketsa gelombang pantulnya lalu menjawab pertanyaan berikut: 1) Lebih kurang hampir sama atau sangat berbedakah panjang gelombang pantul dengan panjang gelombang datang ? 2) Bagaimana arah muka gelombang jika dibandingkan dengan arah pemantul? f. Mendiskusikan jawaban dari pertanyaan di atas dengan anggota kelompok. g. Mengganti penghalang lurus dengan penghalang melingkar (melengkung), permukaan cekungnya mengarah ke sumber gelombang seperti pada Gambar 12. Gambar 12. Tangki gelombang dengan penghalang melingkar h. Mengamati bentuk gelombang pantulnya, lalu menskets muka-muka gelombang dan arah-arah gelombang pantulnya pada Gambar 6. Kemudian menjawab pertanyaan berikut : 1) Berbentuk apa muka-muka gelombang pantulnya ? 2) Bagaimana arah gelombang pantulnya? i. Mendiskusikan jawaban dari pertanyaan di atas dengan anggota kelompok. j. Mengubah kedudukan penghalang lengkung tadi menjadi penghalang cembung seperti pada Gambar 13. 15

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Gambar 13. Tangki gelombang dengan penghalang cembung k. Mengamati gelombang pantulnya, lalu menskets muka-muka gelombang dan arah-arah gelombang pantulnya pada Gambar 13 Kemudian menjawab pertanyaan berikut : 1) Bagaimana arah gelombang pantul ? l. Mendiskusikan jawaban dari pertanyaan di atas dengan anggota kelompok 4. Hasil Pengamatan ……………………………………………………………………………………...… …………………………………………………………………………………...….... ………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………...…………… ………………………………………………………………………...……………… 5. Tabel Pengamatan Gambarkan muka gelombang penghalang lurus yang posisinya menjadi miring Gambarkan muka gelombang penghalang melingkar (melengkung) Gambarkan muka gelombang menggunakan penghalang cembung? 16

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 6. Pertanyaan 1) Bagaimana pemantulan gelombang lurus dengan menggunakan penghalang lurus yang diubah posisinya menjadi miring? ……………………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………………... …...………………………………………………………………………………… 2) Bagaimana pemantulan gelombang lurus dengan menggunakan penghalang melingkar (melengkung)? ……………………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………………... …...………………………………………………………………………………… 3) Bagaimana pemantulan gelombang lurus dengan menggunakan penghalang cembung? ……………………………………………………………………………………... ……………………………………………………………………………………... …...………………………………………………………………………………… ………....…………………………………………………………………………... 7. Kesimpulan Tuliskan kesimpulan yang ananda peroleh dari percobaan yang sudah dilakukan! 17

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 B. Pembiasan Gelombang (Refraksi) Gelombang yang datang pada suatu permukaan batas yang memisahkan dua daerah dengan laju gelombang berbeda, sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan (ditransmisikan). Misalnya, ketika suatu gelombang air menumbuk permukaan zat. Berkas yang terpantul akan membentuk garis normal permukaan yang besarnya sama dengan sudut berkas datang. Sebaliknya, berkas yang ditransmisikan akan dibelokkan atau menjauh dari garis normal, bergantung apakah laju gelombang dalam medium kedua lebih kecil atau lebih besar daripada laju gelombang dalam medium datang (medium pertama). Pembelokan berkas gelombang yang diteruskan (ditransmisikan) disebut pembiasan (refraksi). Applying Pada gambar disamping terlihat bahwa ketika pena dimasukkan kedalam gelas yang berisikan air maka pena tersebut akan terlihat seperti patah. Mengapa hal ini terjadi? Gambar 14. Pena dimasukkan ke dalam gelas Pembiasan atau refraksi terjadi ketika gelombang-gelombang berubah kecepatannya. Gelombang air melambat ketika memasuki air dangkal. Jika gelombang mendekati batas antara air dalam dengan air dangkal pada sebuah sudut, efeknya adalah gelombang akan mengubah arahnya. Panjang gelombanya juga menjadi berkurang, gelombang-gelombang pun menjadi dekat satu sama lain. 18

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Gambar 15. Gelombang Air Mengalir Pada Air Dalam dan Air Dangkal Sumber: Foster (2017) Applying Gelombang-gelombang laut biasanya, secara kasar, paralel terhadap pantai. Ketika gelombang-gelombang bergerak menuju pantai yang landai, air menjadi lebih dangkal, dan gelombang melambat. Ketika gelombang lewat dari air dalam ke air dangkal maka terjadi penurunan kecepatan gelombang dan panjang gelombang, frekuensi gelombang konstan Gambar 16. Gelombang Air Laut dan perbandingan kecepatan gelombang Sumber: Foster (2017) pada air dalam terhadap kecepatan gelombang pada air dangkal sama dengan panjang gelombangnya (jika kecepatan menjadi setengah kali, panjang gelombangnya juga menjadi setengah kali panjang mula-mula) Pada peristiwa pembiasan gelombang, ada dua kemungkinan yang akan terjadi dengan arah gelombang bias. Kemungkinan tersebut dapat ditinjau berdasarkan Hukum II Snellius tentang pembiasan berbunyi : “Apabila gelombang itu merambat dalam medium yang kurang rapat (seperti udara) dan sampai pada medium yang lebih rapat (seperti air atau kaca), maka arah gelombang itu akan dibelokkan mendekati garis normal (garis yang tegak lurus pada permukaan bidang batas). 19

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Gambar 17. Pembiasan Gelombang Mendekati Garis Normal Sumber: Ilmuhitung.com Dan begitu juga sebaliknya apabila gelombang itu merambat dalam medium yang rapat (Seperti air dan kaca) dan sampai pada medium yang kurang rapat (seperti udara), maka arah gelombang itu akan dibelokkan menjauhi garis normal. Gambar 18. Skema Penurunan Hukum Pembiasan Gelombang Sumber: Slideplayer.info Pada gambar 18 kecepatan gelombang pada medium 2 lebih kecil dari pada medium 1. Dalam hal ini, arah gelombang membelok sehingga perambatannya lebih hampir tegak lurus terhadap batas. ������' adalah sudut pembiasan (������.), lebih kecil dari pada sudut datang ������# (������-). Gelombang yang datang dari medium 1 ke medium 2 mengalami perlambatan. Muka gelombang A, pada waktu yang sama t di mana A1 merambat sejauh ������# = ������#������ terlihat bahwa A2 merambat sejauh ������' = ������'������. Kedua segitiga yang digambarkan memiliki sisi sama yaitu a. Sehingga: ������������������ ������# = /! = 1!( 0 0 20

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 ������������������ ������' = ������' = ������'������ ������ ������ Dari kedua persamaan tersebut diperoleh: ������������������ ������' = ������' ....................................... (5) Sin ������# ������# Perbandingan 1\" menyatakan indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1sehingga: 1! ������ = !! ....................................... (6) !\" Dari persamaan (5) dan (6) akan diperoleh: ������������������ ������' = ������ Sin ������# ������������������ ������' = ������# Sin ������# ������' Atau Hukum Snellius ������# sin ������# = ������' sin ������' ....................................... (7) Jika ������\" = #$% &! maka ������' = #$% &\" #$% &\" #$% &! Transfering Gelombang gempa bumi mengalami pembiasan di dalam lapisan bumi selagi merambat melalui lapisan-lapisan batuan dengan massa jenis yang berbeda (sehingga kecepatan juga berbeda) sama seperti gelombang air. Contoh Soal Sebuah gelombang merambat dari medium 1 ke medium 2 dengan sudut datang sebesar 45o. Kecepatan gelombang di medium 2 sama dengan ¾ kali kecepatan gelombang di medium 1. Berapa sudut biasnya? Diket: i = 45o 21

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 V1 = v V2 = ¾ v Ditanya: r? Jawab: ������������������ ������ = ������# Sin ������ ������' ������������������ 45° = ������ Sin ������ 3 ������ 4 Sin ������ = 3 ������������������ 45° 4 Sin ������ = 0,5303 ������ = 32° Jadi, besar sudut biasnya sama dengan 32° Relating Sinyal radio AM biasanya dapat didengar di belakang bukit, tetapi sinyal radio FM tidak dapat didengar di daerah perbukitan. Sinyal radio AM dibelokkan lebih dari sinyal FM. Jelaskan fenomena ini pada kolom dibawah! (Diketahui panjang gelombang AM biasanya antara 20 sampai 600 m dan panjang gelombang FM sekitar 3 m 22

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Gambar 19. Difraksi Gelombang C. Difraksi Gelombang Ketika berjalan-jalan ke laut, cobalah perhatikan riak air pada gelombang air laut tersebut. Ketika gelombang air yang sedang merambat melewati suatu celah maka akan terbentuk muka gelombang baru seperti tampak pada gambar 19. Jika sebuah gelombang permukaan air tiba pada suatu celah sempit, maka gelombang ini akan mengalami lenturan/pembelokan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di daerah belakang celah tersebut. Gejala ini disebut difraksi. Video 5. Difraksi Gelombang Jumlah difraksi tergantung pada ukuran lubang (celah) dan panjang gelombang dari gelombang. Supaya difraksi dapat diamati, lebar celah dan panjang gelombang dari gelombang harus memiliki orde yang sama atau hampir sama. Jika panjang gelombang yang jauh lebih besar atau lebih kecil dari lebar celah, jumlah difraksi yang diamati tidak akan diproduksi. D. Interferensi Gelombang Interferensi adalah fenomena di mana dua atau lebih gelombang saling tumpang tindih pada suatu titik tertentu dalam ruang. Interferensi sebagian besar dibahas untuk gelombang koheren. Dua buah gelombang dikatakan koheren bila kedua gelombang memiliki frekuensi 23

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 sama dan beda fase yang konstan.Contohnya pada kolam yang dilempar batu secara bersamaan sehingga masing masing membetuk gelombang, dan gelombang ini akan bertemu sehingga terjadi interferensi seperti video berikut. Video 6. Interferensi Video 6 diatas dapat dijelaskan seperti ilustrasi berikut Video 7. Interferensi Pada Dua Sumber Gelombang Ketika dua gelombang koheren dengan amplitudo yang sama mengganggu satu sama lain (tumpang tindih di suatu titik), maka amplitudo yang dihasilkan pada titik tersebut dapat bervariasi dari nol sampai dua kali amplitudo. Prinsip utama di balik menggambarkan gangguan adalah prinsip superposisi. Interferensi dua gelombang dapat berupa interferensi konstruktif (saling menguatkan) atau interferensi destruktif (saling melemahkan). Dari video di atas, sebuah titik a berada pada sumbu x. Jarak dari sumber gelombang S1 ke a dan sumber geombang S2 ke a adalah sama, maka gelombang-gelombang dari kedua 24

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 sumber itu memerlukan waktu yang sama untuk berjalan ke a. Sehingga gelombang yang meninggalkan S1 dan S2 yang sefase akan tiba di a dalam keadaan sefase. Kedua gelombang itu saling menambahkan, dan amplitudo total di a adalah dua kali amplitudo dari setiap gelombang individu. Hal yang hampir sama terjadi pada titik b, jarak dari S2 ke titik b adalah dua panjang gelombang lebih besar daripada jarak dari S1 ke b. Sebuah puncak gelombang dari S1 tiba di b tepat dua siklus lebih awal dari sebuah puncak yang dipancarkan pada waktu yang sama dari S2 dan sekali lagi kedua gelombang itu tiba sefase. Bila dua atau lebih gelombang tiba sefase di sebuah titik, maka ampitudo gelombang resultan adalah jumlah dari amplitudo gelombang-gelombang individu, gelombang-gelombang individu itu saling memperkuat. Hal ini dinamakan interferensi konstruktif. Ketika gelombang-gelombang dari kedua sumber itu tiba di titik c, berbeda fase sebanyak setengah siklus. Amplitudo resultan itu adalah selisih di antara kedua amplitudo incividu tersebut. Jika amplitudo-amplitudo individu sama, maka amplitudo total ini adalah nol. Keadaan saling meniadakan dari gelombang-gelombang individu itu yang disebut interferensi destruktif. Gambar 20. Interferensi Konstruktif dan Destruktif Berdasarkan gambar di atas, interferensi konstruktif terjadi pada dua gelombang yang sefase bertemu pada suatu titik, sedangkan interferensi destruktif terjadi pada dua gelombang yang berlawanan fase. 25

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Applying Dua buah speaker yang menghasilkan bunyi yang sama. Pola interferensi untuk frekuensi rendah dapat dengan mudah dideteksi telinga manusia. Ketika seorang berjalan sejajar dengan garis yang menghubungkan kedua speaker maka suara akan terdengar. Timbul-tenggelam berulang-ulang disepanjang garis itu. Hal ini juga terjadi pada sinyal gelombang radio yang diterima oleh pesawat radio. Interferensi antara gelombang radio yang bergerak ke antena penerima gelombang dengan gelombang yang terlebih dahulu dipantulakan oleh gedung-gedung di sekitarnya bisa menyebabkan terjadinya interferensi destruktif, yang menyebabkan tergangggunya penerimaan siaran radio 26

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Evaluasi I. Soal Pilihan Ganda Kerjakan soal berikut dengan cermat dan teliti dengan mengklik link dibawah ini! https://www.liveworksheets.com/c?a=s&t=059icam9yv3&mn=nz&m=d&sr=y&l=hz&i=ufcu oxc&r=ly&db=0 II. Soal Essay 1. Perhatikan gambar berikut Tentukan: a. Jumlah gelombang pada gambar di atas b. Amplitudo gelombang c. Periode gelombang d. Panjang gelombang e. Cepat rambat gelombang f. Jumlah gelombang dalam 2 menit 2. Frekuensi sebuah gelombang sama dengan 400 Hz, sedangkan kecepatannya 320 m/s. berapa jauh gelombang ini bergerak setelah melakukan 30 getaran? 3. Sebuah gelombang merambat memiliki panjang gelombang 10 cm ketika merambat di medium A, dan panjang gelombang 15 cm ketika merambat di medium B. Jika kecepatan gelombang di medium A adalah 0,9 m/s hitung kecepatan gelombang dalam medium B! 4. Sinar datang dari udara menuju air mempunyai indeks bias %2. Jika sudut datang sinar membentuk sudut 30° terhadap garis normal. Tentukan besarnya sinus sudut bias! 27

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 5. Sebuah gelombang merambat dari meduim 1 ke medium 2 dengan sudut datang sebesar 450. Kecepatan gelombang di medium 2 sama dengan % kali kecapatan gelombang di medium 1. 2 Berapa sudut biasnya? 28

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Materi Gelombang Berjalan Dan 2 Gelombang Stasioner Tujuan Pembelajaran Melalui kegiatan pembelajaran dengan menggunakan bahan ajar berbasis TIK fisika terintegrasi pendekatan CTL, diharapkan siswa mampu: 3.7.1.1 Memahami karakteristik gelombang berjalan dan gelombang stasioner 3.7.4.4 Menganalisis jenis-jenis gelombang berjalan dan gelombang stasioner 1 Gelombang Berjalan Gelombang berjalan adalah gelombang yang memiliki amplitudo dan fase yang sama di setiap titik yang dilalui gelombang. Setiap titik yang dilalui oleh gelombang tersebut bergetar harmonis, amplitudo pada tali yang digetarkan terus menerus akan selalu tetap, oleh karenanya gelombang yang memiliki amplitude yang tetap setiap saat disebut gelombang berjalan. Applying Ambillah seutas tali salah satu ujung tali diikatkan pada suatu tiang kemudian ujung yang lain digetarkan! Tali yang digetarkan akan menunjukkan gejala gelombang. Gejala gelombang apakah yang dapat diamati? Gambar 1. Tali diikatkan ke tiang 29

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 A. Persamaan Gelombang Berjalan Simpangan getar untuk titik A pada gambar 1 akan mengikuti persamaan simpangan gerak harmonik sederhana, yaitu ������ = ������ sin ������������ = ������ sin ������ = ������ ������������������ 2������������ = ������ sin ������ ������ Gambar 2. Gelombang berjalan pada tali. Ujung seutas tali yang panjang digetarkan vertikal seperti yang ditunjukkan pada ilustrasi di atas.Gelombang merambat dari titik asal A ke arah sumbu x positif. Suatu titik P misalnya, yang terletak sejauh x di sebelah kanan titik A akan ikut bergetar beberapa saat kemudian setelah gelombang yang merambat dari titik A mencapai titik P . Waktu yang diperlukan oleh gelombang berjalan untuk merambat dari titik A ke titik P adalah 3( detik. Jadi, jika A telah bergetar selama t detik, titik P baru bergetar selama ������4 = ( ������ − 31 ) detik, sehingga persamaan simpangan gelombangnya di titik P adalah ������4 = ������ sin ������ J������ − ������������L ............................................ (2) Persamaan 1 adalah untuk gelombang yang merambat ke arah sumbu x positif. Apabila gelombang yang merambat ke arah sumbu x negatif, persamaan menjadi ������4 = ������ sin ������ J������ + ������������L .......................................... (2) ������4 = ������ sin 2������������ J������ + ������������L Dengan mendefinisikan bilangan gelombang k sebagaia ������ = '5 6 ������4 = ������ sin (2������������������ + ������������) ........................................... (3) 30

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 ������4 = ������ sin (������������ + ������������) Persamaan 3 berlaku untuk gelombang dengan titik asal A pertama kali digetarkan ke atas sehingga amplitudo A bertanda positif. Jika titik A pertama kali digetarkan ke bawah, amplitudo A bertanda negatif. Dengan demikian, secara umum persamaan simpangan getaran di suatu titik pada tali yang berjarak x dari asal getaran dapat dinyatakan oleh ������ = ± ������ sin 2������ J������������ ∓ ������������L = ������ sin 2������ J± ������������ ∓ ������������L ................... (4a) ������ = ± ������ sin (������������ ∓ ������������) = ������ sin (± ������������ ∓ ������������) ................... (4b) ................... (4c) ������ = ± ������ sin 2������������ J������ ∓ ������������L = ������ sin 2������������ J± ������ ∓ ������������L Berdasarkan uraian tersebut, dapat disimpulkan cara-cara untuk menentukan arah rambat gelombang berjalan sebagai berikut. Nyatakan persamaan gelombang berjalan dengan koefisien A bertanda positif. 1 Dalam hal ini, ada kalanya diperlukan sifat geometri sin(−������) = − sin ������ Apabila koefisien x bertanda berbeda dengan koefisien t maka gelombang 2 merambat ke arah sumbu x positif (ke kanan), tetapi apabila koefisien x bertanda sama dengan koefisien t maka gelombang merambat ke arah sumbu x negatif (ke kiri) Apabila titik asal pertama tali digetarkan ke atas maka koefisien t bertanda positif, 3 tetapi apabila titik asal pertama kali digetarkan ke bawah maka koefisien t bertanda negatif Dari persamaan umum gelombang ������ = ������ sin(������������ − ������������), dapat diperoleh kecepatan rambat gelombang sebagai berikut. ������ = ������ ������ = 2������������������ = ������������ = ������ 2������ 2������ 2������/������ Karena ������ = '5 maka dapat dituliskan 6 ������ = ������ = ������������������������������������������������������ ������ ............................................ (5) ������ ������������������������������������������������������ ������ 31

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Kecepatan getaran dititik P adalah turunan pertama simpangan di titik P terhadap waktu ������4 = ������������ = ������ [������ sin(������������ − ������������)] ������������ ������������ ������4 = ������������ cos (������������ − ������������) ............................................ (6) Percepatan getaran partikel di titik P adalah turunan pertama kecepatan getaran di titik P terhadap waktu. ������4 = ������������4 = ������ [������������ cos(������������ − ������������)] ������������ ������������ ������4 = −������'������ sin(������������ − ������������) = −������'������4 ................................ (7) Perhatikan kembali persamaan gelombang berjalan berikut. ������4 = ������ sin(������������ − ������������) = ������ sin 2������ X������������ − ������������Y Besar sudut dalam fungsi sinus 2������ J\"( − 36L disebut sudut fase q, yaitu ������4 = ������������ − ������������ = 2������ X������������ − ������������Y .................................... (8) Mengingat hubungan sudut fase q dengan fase ������ adalah ������4 = 2������������4 maka fase titik P memenuhi persamaan ������4 = X������������ − ������������Y ................................................... (9) Untuk sebuah titik O berjarak ������# dari titik asal getaran A dan titik ������# berjarak ������' dari titik asal getaran A maka beda fase antara titik O dan B adalah ∆������ = ������7 − ������7 = X���1��� − ������������#Y − X���1��� − ������' Y ������ ∆������ = ������# − ������' = ∆������ .............................................. (10) ������ ������ 32

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Contoh Soal 1 Persamaan gelombang berjalan pada seutas tali dinyatakan oleh ������ = 0,04 sin 0,2������ ( 40������ − 5������) Dengan x dan y dalam cm dan t dalam detik. Tentukanlah: a. Arah perambatan gelombang b. Amplitudo gelombang c. Frekuensi gelombang d. Bilangan gelombang e. Pajang gelombang f. Kecepatan rambat gelombang Diketahui : ������ = 0,04 sin 0,2 ������(40 ������ − 5������) ������ = 0,04 sin(8������ ������ − ������������) Jawab: Persamaan Umum gelombang berjalan ������ = ������ sin(������������ − ������������) a. Karena tanda koefisien t berbeda dengan tanda koefisien x maka gelombang merambat ke arah sumbu x positif (ke kanan). b. Amplitudo gelombang A = 0,04 cm c. ������ = 8������ , karena ������ = 2������������ maka 2������������ = 8������ atau ������ = 4 ������������ d. Bilangan gelombang ������ = ������ ������������8# e. Karena rumus bilangan gelombang ������ = '5 maka diperoleh 6 ������ = 2������ ������������������������ ������ = 2 ������������ ������ f. Kecepatan rambat gelombang dapat ditentukan dengan 2 cara, yaitu ������ = ������ ������ = (4 ������������)(2 ������������) = 8 ������������/������ ������ = 9:;<-+-;! ( = =5 = 8 ������������/������ 9:;<-+-;! 3 5 33

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Contoh Soal 2 Sebuah gelombang merambat ke arah sumbu x positif dengan kecepatan rambat ������ = 5 ������/������, frekuensi 10 Hz dan amplitudo 2 cm. Jika asal getaran telah bergetar selama ' ������������������������������ dengan % arah getaran pertama ke bawah, tentukanlah a. Persamaan umum gelombang b. Kecepatan dan percepatan partikel di titik ������ = 0,5 ������ c. Sudut fase dan fase gelombang di titik ������ = 0,5 ������ d. Beda fase antara titik pada ������ = 0,25 ������ dengan titik pada ������ = 0,75 ������ Diket: ������ = 2 ������������ ������ = 5 ������/������ ������ = 10 ������������ ������ = ' ������������������������������ % Dengan demikian, dapat ditentukan bahwa • Panjang gelombang ������ = 1 = , &/+ = 0,5 ������ < #) ?@ • Bilangan gelombang ������ = '5 = '5 = 4������������8# 6 ),, & Jawab: a. Karena arah getaran pertama ke bawah maka koefisien t bertanda negatif, dan mengingat gelombang merambat ke arah sumbu x positif maka tanda koefisien x berbeda dengan tanda koefisien t (tanda x positif) sehingga ������ = ������ sin(������������ − ������������) ������ = 2 sin(4������������ − 2������������������) ������ = 2 sin(4������������ − 20������������) b. Kecepatan getar partikel di titik ������ = 0,5 ������ pada saat ������ = ' ������������������������������ % ������ = ������������ = −20������(2) cos(4������������ − 20������������) = −40������ cos(4������������ − 20������������) ������������ ������ = −40������ cos _4������ (0,5) − 20������ X32Y` = −40 ������ cos 2������ X− 137Y ������ = −40������ cos X360° × 23Y ������ = −40������ (−0,5) ������ = −20������ ������������ 34

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Percepatan getar partikel di titik ������ = 0,5 ������ pada saat ������ = ' ������������������������������ % ������ = ������������ = 40 ������(−20������) sin(4������������ − 20������������) ������������ ������ = 800 ������' sin X4������ × 0,5 − 20������ × 23 Y = −800 ������' sin 2������ X− 137Y ������ = −800 ������' sin 240° = −400 ������' √3 ������������/������' c. Persamaan simpangan adalah ������ = 2 sin(4������������ − 20������������) = 2 sin 2������(2������ − 10������)������������ Sudut fase ������ = 2������ (2������ − 10������) = 2������ J−5 %'L = 2������ J− '%L = − 25 ������������������ % Fase ������ = B = 82/% = − ' '5 '5 % d. Untuk menentukan beda fase antara titik pada ������# = 0,25 ������ dengan titik pada ������' = 0,75 ������, dapat digunakan persamaan 10 ∆������ = ∆������ = 0,75 − 0,25 = 0,5 = 1 ������ 0,5 0,5 2 Gelombang Stasioner Relating Gambar 3. Bentuk interferensi gelombang pada air kolam Setelah mempelajari materi gelombang mekanik pada materi 1, berdasarkan dua muka gelombang dari gambar diatas. Jelaskanlah syarat terjadinya interferensi dari dua buah gelombang! 35

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Apa yang terjadi jika ada dua gelombang berjalan dengan frekuensi dan amplitudo sama tetapi arah berbeda bergabung menjadi satu? Hasil gabungan itulah yang dapat membentuk gelombang baru. Gelombang baru ini akan memiliki amplitudo yang berubah- ubah tergantung pada posisinya dan dinamakan gelombang stasioner. Gelombang stasioner adalah gelombang hasil superposisi dua gelombang berjalan yang memiliki amplitudo sama, frekuensi sama dan arah berlawanan. Pada gelombang ini tidak semua titik yang dilalui gelombang memiliki amplitudo yang sama. Ada titik-titik yang bergetar dengan amplitudo maksimum (disebut perut) dan ada titik-titik yang bergetar dengan amplitudo nol (disebut simpul). Dengan kata lain, amplitudo gelombang stasioner tidak konstan. Gelombang stasioner disebut juga sebagai gelombang diam, gelombang berdiri atau gelombang tegak. Gelombang stasioner dapat dibentuk dari pemantulan suatu gelombang. Contohnya pada gelombang tali. Tali dapat digetarkan disalah satu ujungnya dan ujung lain diletakkan pada pemantul. Berdasarkan ujung pemantulnya dapat dibagi dua yaitu ujung terikat dan ujung bebas. A Gelombang Stasioner Pada Ujung Bebas Pergeseran maksimum partikel-partikel tali akan terjadi pada ujung bebas, di mana gelombang yang datang dan gelombang pantul harus berinterferensi secara konstruktif. Pada ujung bebas tali bergetar secara bebas naik atau turun mengikuti getaran gelombang datang seperti gambar 4. Dengan demikian, pada ujung bebas tidak ada perubahan fase. Artinya, fase gelombang datang sama dengan fase gelombang pantul. Gambar 4. Bentuk gelombang datang dan gelombang pantul Sumber: Foster (2017) Untuk menurunkan persamaan gelombang stasioner pada ujung bebas perhatikan gambar 4. Persamaan gelombang datang ������C = ������ sin(������������ − ������������) 36

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Persamaan gelombang pantul ������4 = ������ sin(������������ + ������������) Perpaduan gelombang datang ������# dan gelombang pantul ������' di titik c adalah ������ = ������4 + ������C = ������ sin(������������ − ������������) + ������ sin(������������ + ������������) Mengingat aturan penjumlahan sinus sin ������ + sin ������ = 2 sin 1 (������ + ������) cos 1 (������ − ������) 2 2 Maka diperoleh ������ = 2������ sin 1 [(������������ − ������������) + (������������ + ������������)] cos 21 [(������������ − ������������) − (������������ + ������������)] 2 ������ = 2������ sin 21 (2������������) cos 1 (2������������) 2 ������ = 2������ sin (������������) ������������������(������������) .........................................(11) Jika 2������ cos ������������ = ������′ maka persamaan 11 diatas dapat ditulis ������D = ������E sin ������������. Dimana A’ = amplitudo gelombang stasioner pada tali ujung bebas, yang berarti bahwa amplitudo gelombang stasioner bergantung pada jarak suatu titik terhadap ujung pemantul (x) Dari persamaan 11, amplitudo gelombang stasioner pada ujung bebas bergantung pada jarak dari titik pantul, yaitu .................................(12) ������ = 2������ cos 2������ J ������������ L = 2������ cos ������������ Letak perut dan simpul dan perut dapat ditentukan berdasarkan persamaan 11 sebagai berikut (a) Letak perut dari ujung pemantul Perut (amplitudo terbesar) yaitu 2A terjadi jika cos '5 ������ = ±1. Dalam hal ini, 6 cos 2������ = cos(������������)������������������������ 2������ ������ = ������������ ������ ������ ������ = ������ X12 ������Y , ������������������������������������ ������ = 0,1,2, . . .. ..............................(13) 37

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 dimana x = jarak perut dari ujung bebas n = orde perut (1,2,3....) ������ = panjang gelombang stasioner Gambar 5. Gelombang stasioner pada ujung bebas Jadi, perut terjadi jika ������ = (������������������������������������������������ ������������������������������) × # ������ , yaitu pada posisi ' ������ = 0 , # ������ , ������, % ������ … dari titik pantul ' ' (b) Letak simpul dari ujung pemantul Simpul (amplitudo nol), terjadi jika cos '5 ������ = 0. Dalam hal ini 6 cos 2������ ������ = cos(2������ + 1) ���2��� ������������������������ 2������ ������ = (2������ + 1) ���2��� ������ ������ ������ = (2������ + 1) 1 ������ , ������������������������������������ ������ = 0,1,2 … .. ..........................(14) 4 dimana x = jarak simpul dari ujung bebas n = orde simpul (1,2,3....) ������ = panjang gelombang stasioner Jadi, simpul terjadi ������ = (������������������������������������������������ ������������������������������������ ) × # ������ , yaitu pada posisi 2 ������ = 0 , # ������ , % ������, , ������ … dari titik pantul 2 2 2 38

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 B Gelombang Stasioner Pada Ujung Terikat Pada ujung terikat tali tidak dapat bergetar dengan bebas (diam di tempat), karena ujung tali tidak dapat bergetar bebas mengikuti getaran gelombang datang maka akan terjadi pembalikan fase sebesar # sehingga sudut fase gelombang datang dengan gelombang pantul ' berbeda sebesar ������ ������������������. Gambar 6. Bentuk gelombang datang dan gelombang pantul Sumber: Foster (2017) Persamaan gelombang datang ������C = ������ sin ( ������������ − ������������ ) Persamaan gelombang pantul ������4 = −������ sin ( ������������ + ������������ ) Perpaduan gelombang datang (������C) dan gelombang pantul (������4) ������ = ������C + ������4 ������ = ������ sin ( ������������ − ������������ ) − ������ sin ( ������������ + ������������ ) Dengan menggunakan aturan sin ������ − sin ������ = 2 sin 21 ( ������ − ������) cos 1 (������ + ������) 2 Maka diperoleh ������ = 2 ������ sin 12 [(������������ − ������������) − ( ������������ + ������������)] cos 1 [(������������ − ������������) + ( ������������ + ������������)] 2 ������ = 2 ������ sin(������������) cos(������������) ...........................................(15) 39

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Dari persamaan 15 di atas tampak amplitudo gelombang stasioner pada ujung terikat bergantung pada jarak dari titik pantul, yaitu ������ = 2 ������ sin 2������ J ������������L = 2 ������ sin ������������ .......................................(16) Letak perut dan simpul dapat ditentukan berdasarkan persamaan 16 sebagai berikut. (a) Letak perut dari ujung pemantul Perut (amplitudo terbesar), yakni 2A terjadi jika 2������ 3 = ±1. Dalam hal ini, 6 sin 2������ ������ = sin(2������ + 1) ������ ������������������������ 2������ ������ = (2������ + 1) ������ ������ 2 ������ 2 ������ = (2������ + 1) 1 ������, ������������������������������������ ������ = 0,1,2.. .......................(17) 4 Jadi, perut terjadi jika ������ = (������������������������������������������������ ������������������������������������) × # ������ , yaitu pada posisi 2 ������ = 1 ������ , 3 ������ , 5 ������ … . ������������������������ ������������������������������ ������������������������������������. 4 4 4 (b) Letak simpul dari ujung pemantul Simpul (amplitudo nol) terjadi jika sin 2������ 3 = 0. Dalam hal ini, 6 sin 2������ ������ = sin(������������) ������������������������ 2������ ������ = ������������ ������ ������ ������ = ������ X12 ������Y , ������������������������������������ ������ = 0,1,2, …. ............................(17) Jadi, perut terjadi jika ������ = (������������������������������������������������ ������������������������������) × # ������ , yaitu pada posisi ' ������ = 0, 1 ������ , ������ , 3 ������ … . ������������������������ ������������������������������ ������������������������������������. 2 2 40

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Applying Pada sebuah gitar pada umumnya dilengkapi 6 buah senar yang mempunyai panjang yang hampir sama tetapi memiliki diameter yang berbeda-beda. Apabila masing-masing senar tersebut dipetik ternyata pada senar yang paling kecil diameternya menghasilkan nada yang frekuensinya paling tinggi dibandingkan dengan senar yang lainnya, demikian juga jika panjangnya diperpendek bila dipetik nada yang dihasilkannya pun semakin tinggi. Contoh Soal 1 Seutas yang panjangnya 75 cm digetarkan harmonik naik-turun pada salah satu ujungnya, sedangkan ujung lainnya bebas bergerak. a. Jika perut kelima berjarak 25 cm dari titik asal getaran, berapa panjang gelombang yang terjadi? b. Berapa jarak simpul ketiga dari titik asal getar? Diket: L = 75 cm n=4 Ditanya: a. ������ ? b. ������ ? 41

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Jawab: a. Panjang gelombang ������ = (75 − 25)������������ ������ = 50������������ Gunakan persamaan 13 ������ = ������ X12 ������Y 50 = 4 X21 ������Y ������ = 25 ������������ b. Jarak titik simpul ketiga ������ = 2 ������ = (2������ + 1) 1 ������ 4 ������ = (2 × 2 + 1) 1 (25) 4 ������ = 31,25 ������������ Jadi, jarak dari titik asal getaran adalah (75 − 31,25) ������������ = 43,75 ������������ Contoh Soal 2 Seutas tali yang panjangnya 250 cm direntangkan secara horizontal. Salah satu ujungnya digetarkan dengan frekuensi 2 Hz dan amplitudo 10 cm, sedangkan ujung lainnya terikat. Getaran tersebut merambat pada tali dengan kecepatan 40 cm/s. Tentukan a. Amplitudo gelombang stasioner di titik yang berjarak 132,5 cm dari titik asal getaran b. Simpangan gelombang pada titik tersebut setelah tali digetarkan selama 5 detik dan 12 detik c. Letak simpul keenam dan perut kelima dari titik asal getaran. Diket: L = 250 cm f = 2 Hz ������ = 1 = 1 = 0,5 ������������������������������ ������ 2������������ A = 10 cm 42

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 ������ = 40 ������������/������ ������ = ������ ������ = 40 (0,5) = 20 ������������ ������ = 250 − 132,5 = 117,5 ������������ Ditanya: a. A? b. t? c. x? Jawab: a. Amplitudo gelombang stasioner akibat ujung terikat di titik yang berjarak 132,5 cm dari titik asal geteran atau ������ = (250 − 132,5) cm = 117,5 cm dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 16 sebagai berikut. ������ = 2������ sin 2������ J������������L ������ = 2 (10) sin 360° X11270,5Y ������ = 20 sin 360° (5,875) ������ = 20 sin (315°) ������ = −10√2 ������������ b. Simpangan gelombang saat t = 5 detik, mengikuti persamaan gelombang berjalan ������ = ������ sin 2������ X������������ − ������������Y ������ = 10 sin 2������ X05,5 − 11270,5Y ������ = 10 sin 360° (4,125) ������ = 10 sin 45° ������ = 5√2 ������������ Simpang gelombang saat t = 12 detik, mengikuti persamaan gelombang stasioner ������ = 2������ sin 2������ J������������L cos 2������ X������������ − ������������Y ������ = ������ cos 360° cos 2������ X01,25 − 22500Y ������ = k−10√2 l cos 180° ������ = 10√2 ������������ 43

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 c. Simpul ke enam (n = 5) ������ = ������ X12 ������Y ������ = 5 X12 20Y ������ = 50 ������������ ������������������������ ������������������������������ ������������������������������������ Jarak dari titik asal getaran adalah (250 − 50)������������ = 200 ������������ Perut ke lima (n = 4) ������ = (2������ + 1) 1 ������ 4 ������ = ( 2 × 4 + 1) 41 (20) ������ = 45 ������������ ������������������������ ������������������������������ ������������������������������������ Jarak dari titik asal getaran adalah (250 − 45)������������ = 205 ������������ LATIHAN 1. Sebuah tali yang panjang, salah satu ujungnya digetarkan terus-menerus dengan amplitudo 10 cm, periode 2 s, sedangkan ujung yang lain dibuat bebas. Jika cepat rambat gelombang pada tali tersebut 18 cm/s dan pada tali terjadi gelombang stasioner, tentukanlah : a. Amplitudo gelombang stasioner pada titik P yang berjarak 12 cm dari ujung bebas, b. Letak simpul ke-2 dan perut ke-3 dari ujung bebas. 2. Sepotong tali yang panjangnya 5 meter, salah satu ujungnya terikat kuat sedangkan ujung yang lainnya digerakkan secara kontinu dengan amplitudo 10 cm dan frekuensi 4 Hz. Jika cepat rambat gelombang pada tali itu 8 m/s, tentukanlah : a. Jmplitudo titik P yang terletak 1,5 meter dari ujung terikat. b. Jarak simpul ke-3 dari ujung terikat. c. Jarak perut ke-2 dari ujung terikat. 44

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Transfering Gelombang seismik merupakan gelombang berfrekuensi sangat rendah yang menjalar menembus bumi. Pergeseran tiba-tiba dari segmen kerak bumi (lempeng tektonik) yang dibatasi oleh zona patahan dapat menghasilkan gelombang seismik. Gelombang seismik dapat dibangkitkan dalam kerak bumi paling atas oleh ledakan dan peranti buatan. Gelombang seismik ini memungkinkan para ahli geologi dan geofisika memperoleh pengetahuan tentang keadaan dalam bumi dan membantu mencari sumber-sumber minyak bumi. Ratusan ribu gempa bumi yang terjadi setiap tahun yang kebanyakan terlalu lemah untuk kita rasakan, memberikan banyak kesempatan untuk mempelajari gelombang seismik ini. Tabel berikut ini menyajikan skala intensitas dan frekuensi gempa bumi di seluruh dunia dan efe merusak yang ditimbulkannya. (a) (b) Gambar 7. (a) Gelombang P (b) Gelombang S yang merambat pada lapisan bumi Peranti yang digunakan untuk mendeteksi gelombang seismik dinamakan seismograf. Gelombang seismik terdiri atas gelombang P (primer) dan gelombang s (sekunder). Gelombang P adalah gelombang longitudinal yang mempunyai cepat rambat gelombang14 km/s dan dapat melewati padatan, cairan dan gas. Karena bergerak lebih cepat daripada gelombang S maka gelombang P adalah gelombang pertama tiba pada detektor gempa. Gelombang S adalah gelombang geseran transversal yang merambat dengan kelajuan 3,5 km/s. Gelombang S hanya dapat menjalar melalui padatan. Gelombang P dan S merambat melalui bumi dengan kelajuan yang berbeda sehingga waktu kedatangan gelombang yang terpisah pada stasiun seismograf dapat digunakan untuk menentukan lokasi episenter gempa bumi dengan ketepatan tinggi. Seismograf yang terbaca dari seluruh dunia telah memungkinkan ahli geologi untuk membangun model struktur bumi. Model ini tidak hanya menunjukkan massa jenis batuan, tetapi juga pemetaan susunan batuan, mulai dari lapisan litosfer hingga inti bumi. Selain itu, 45

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 teknik seismik refleksi banyak digunakan untuk mencari cadangan minyak dan gas bumi di daerah basin (cekungan) Skala Kekuatan Jumlah Gempa Per Efek Goncangan Pada Area Berpenduduk Gempa Bumi Tahun (Richter) < 3,4 800.000 Hanya terekam oleh seismograf 3,5-4,2 30.000 Dirasakan oleh beberapa orang 4,3-4,8 4.800 Dirasakan oleh banyak orang 4,9-5,4 1.400 Dirasakan setiap orang 5,5-6,1 500 Kerusakan bangunan kecil 6,2-6,9 100 Kerusakan banyak bangunan 7,0-7,3 15 Kerusakan serius, tembok-tembok retak 7,4-7,9 4 Kerusakan besar, banyak bangunan roboh >8,0 1 tiap 5-10 tahun Kerusakan total, gelombang-gelombang terasa di permukaan tanah dan benda-benda terlempar ke udara Gambar 8. Model struktur lapisan bumi yang diperoleh dari gelombang seismik 46

Bahan Ajar Pelajaran Fisika Fisika Kelas XI Semester 2 Experiencing A. Tujuan Praktikum 1. Menentukan cepat rambat suatu gelombang 2. Menentukan hubungan frekuensi terhadap cepat rambat gelombang 3. Menentukan isyarat gelombang pada ujung terikat,bebas dan tak hingga 4. Menyelidiki pengaruh redaman terhadap suatu gelombang B. Alat Dan Bahan 1. Laptop 2. Software Wave On A String https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-on-a-string/latest/wave-on-a-string_en.html 3. Stopwatch (dalam software) 4. Mistar (dalam software) 5. Tali (dalam software) C. Prosedur Percobaan 1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan pada praktikum Wave On A String. 2. Dengan aplikasi yang ada pada laptop ( sudah terinstal ) , lalu melakukan praktikum dengan aplikasi tersebut. 3. Percobaan pertama yaitu menetapkan nilai frekuensi dan panjang tali yang akan digunakan, amplituonya juga ditetapkan. 4. Kemudian mengukur banyaknya gelombang yang dihasilkan dengan menghentikan gelombang. Setelah itu menghitung panjang gelombang yang diperoleh dan frekuensi ukurnya. 5. Menggunakan stopwatch untuk mengukur waktu yang diperoleh untuk mendapatkan banyak gelombang . Melakukan percobaan ini sebanyak 10 kali. 6. Menghitung nilai periode dan cepat rambat gelombang yang diperoleh dari pengukuran dan perhitungan. 7. Memasukkan data yang diperoleh pada tabel 1. 8. Percobaan keduaa, sama dengan percobaan pertama, namun pada percobaan kedua ini kita mengubah nilai frekuensi yang digunakan. 9. Melakukan langkah 3 sampai 6 sebanyak 10 kali dan memasukkan data yang diperoleh pada tabel 2. 47


Like this book? You can publish your book online for free in a few minutes!
Create your own flipbook