Gelombang adalah getaran yang merambat membawa energi tanpa memindahkan materi secara permanen. Berdasarkan arah rambat dan arah getar, gelombang dibagi menjadi dua jenis utama.
PERSAMAAN UMUM GELOMBANG
v = λ · f = λ / T
v = cepat rambat gelombang (m/s)
λ = panjang gelombang (m)
f = frekuensi (Hz) | T = periode (s)
FREKUENSI
f = 1/T
jumlah getaran per detik
PERIODE
T = 1/f
waktu satu getaran penuh
PANJANG GELOMBANG
λ = v/f
jarak satu siklus penuh
AMPLITUDO
A = simpangan maks.
tidak mempengaruhi v
〰 Gelombang Transversal
Arah getaran tegak lurus terhadap arah rambatan. Contoh: gelombang pada tali, gelombang air, gelombang cahaya, gelombang elektromagnetik.
Bagian-bagian: Puncak (crest) dan Lembah (trough)
Satu λ = jarak puncak ke puncak berikutnya
≋ Gelombang Longitudinal
Arah getaran sejajar dengan arah rambatan. Contoh: gelombang bunyi, gelombang pada pegas/slinki yang didorong-tarik.
Bagian-bagian: Rapatan (compression) dan Regangan (rarefaction)
Satu λ = jarak rapatan ke rapatan berikutnya
JENIS:TAMPILKAN PARTIKEL:
35
3.0 Hz
150 m/s
λ =50.0 m
T =0.33 s
v =150 m/s
JENIS =Transversal
Animasi gelombang berjalan. Partikel berwarna menunjukkan arah getar masing-masing.
02
🔵
Bandul Matematis
Bandul adalah massa yang digantungkan pada tali tak elastis dan berosilasi akibat gravitasi. Untuk simpangan kecil (<15°), gerakannya bersifat harmonis sederhana (SHM). Periode bandul hanya bergantung pada panjang tali dan percepatan gravitasi, bukan pada massa benda maupun amplitudo.
PERIODE BANDUL
T = 2π √(L/g)
T = periode (s) | L = panjang tali (m)
g = percepatan gravitasi (9.8 m/s²)
f = 1/T (Hz)
ENERGI KINETIK MAX
Ek = ½mv²
di titik terendah lintasan
ENERGI POTENSIAL MAX
Ep = mgh
di ujung amplitudo
FREKUENSI SUDUT
ω = √(g/L)
rad/s
Seret bandul untuk ubah sudut
1.40 m
0.8 kg
T =—
f =—
θ =—
Ek =—
Ep =—
💡 Seret bola bandul untuk mengatur sudut awal • Lepas untuk memulai ayunan
03
🌀
Pegas & Slinki
Pegas adalah benda elastis yang mengikuti Hukum Hooke: gaya pemulih sebanding dengan simpangan. Sistem massa-pegas menghasilkan gerak harmonis sederhana. Slinki (spring toy) adalah demonstrasi terbaik gelombang longitudinal — saat ujungnya didorong, rapatan dan regangan merambat di sepanjang slinki.
HUKUM HOOKE
F = −k · x
F = gaya pemulih (N) | k = konstanta pegas (N/m)
x = simpangan dari posisi setimbang (m)
Tanda minus = gaya selalu ke arah setimbang
PERIODE PEGAS
T = 2π √(m/k)
m=massa (kg), k=konstanta pegas
FREKUENSI
f = (1/2π)√(k/m)
semakin kaku, semakin cepat
ENERGI PEGAS
Ep = ½kx²
energi tersimpan dalam pegas
KECEPATAN MAX
v_max = A·ω
ω = √(k/m) rad/s
MODE:
5 kg
30 N/m
50 px
T =—
f =—
ω =—
v_max =—
💡 Mode Pegas: massa-pegas vertikal. Mode Slinki: dorong-tarik menghasilkan gelombang longitudinal.
04
🔊
Gelombang Bunyi
Definisi: Bunyi adalah gelombang mekanik longitudinal yang terbentuk dari rapatan dan regangan partikel medium. Bunyi membutuhkan medium untuk merambat — tidak dapat merambat di ruang hampa (vakum).
CEPAT RAMBAT BUNYI DI UDARA
v = 331 + 0,6T (m/s)
T = suhu udara dalam °C
Pada 0°C: v = 331 m/s
Pada 25°C: v = 331 + 0,6(25) = 346 m/s
INTENSITAS BUNYI
I = P / A
P=daya (W), A=luas (m²)
TARAF INTENSITAS
TI = 10 log(I/I₀)
satuan desibel (dB), I₀ = 10⁻¹² W/m²
EFEK DOPPLER
f' = f·(v±vₒ)/(v∓vₛ)
vₒ=kecepatan pengamat, vₛ=sumber
CEPAT RAMBAT (MEDIUM)
v = √(E/ρ)
E=modulus elastisitas, ρ=densitas
🎵 Sifat Fisis Bunyi
Frekuensi → tinggi rendah nada Amplitudo → keras lemah bunyi Bentuk gelombang → warna/timbre suara
Manusia: 20 Hz – 20.000 Hz (audiosonik)
📊 Rentang Frekuensi
Infrasonik: <20 Hz (gajah, paus) Audiosonik: 20–20.000 Hz (manusia) Ultrasonik: >20.000 Hz (kelelawar, sonar)
Kelelawar: bisa sampai 120.000 Hz!
Medium
Kecepatan Bunyi
Suhu
Keterangan
Udara (kering)
343 m/s
20°C
Paling lambat
Air laut
1.522 m/s
25°C
Digunakan sonar kapal
Air tawar
1.481 m/s
20°C
—
Beton
~3.100 m/s
—
Sangat efisien
Besi / Baja
~5.000 m/s
—
Padat sangat cepat
Granit
~6.000 m/s
—
Terkeras alami
05
🎵
Resonansi
Resonansi terjadi ketika suatu benda bergetar dengan frekuensi alaminya akibat dorongan dari sumber getaran lain yang memiliki frekuensi sama. Saat resonansi, amplitudo getaran meningkat drastis — bisa memecahkan gelas kristal atau meruntuhkan jembatan!
KONDISI RESONANSI KOLOM UDARA (PIPA TERBUKA)
L = n · λ/2 → fₙ = n·v / (2L)
L = panjang kolom udara (m) | n = 1,2,3,... (harmonik)
v = cepat rambat bunyi | fₙ = frekuensi harmonik ke-n
PIPA TERTUTUP SATU UJUNG
L = (2n−1) · λ/4 → fₙ = (2n−1)·v / (4L)
Hanya menghasilkan harmonik ganjil (n = 1, 3, 5, ...)
Contoh: klarinet, organ pipa tertutup
JENIS PIPA:HARMONIK:
300 px
343 m/s
λ =—
f =—
HARMONIK =—
SIMPUL =—
PERUT =—
🏛
Jembatan Tacoma
1940 — Jembatan runtuh karena angin menyebabkan resonansi pada struktur jembatan. Contoh resonansi destruktif paling terkenal.
🍷
Gelas Kristal
Penyanyi opera terlatih dapat memecahkan gelas kristal dengan menyanyikan nada pada frekuensi alami gelas tersebut.
📻
Radio & TV
Tuner radio menggunakan resonansi sirkuit LC untuk memilih frekuensi siaran tertentu yang ingin diterima.
⚕️
MRI
Magnetic Resonance Imaging memanfaatkan resonansi magnetik inti atom hidrogen untuk menghasilkan citra tubuh.
06
🚢
Sonar — Kapal Interaktif
SONAR (Sound Navigation And Ranging) menggunakan pantulan gelombang ultrasonik untuk mengukur kedalaman laut dan mendeteksi objek di bawah permukaan air. Prinsipnya: kapal memancarkan pulsa ultrasonik, gema (echo) kembali setelah memantul dari dasar/objek, dan kedalaman dihitung dari selang waktu.
RUMUS SONAR / GEMA
d = v · t / 2
d = kedalaman / jarak objek (m)
v = cepat rambat bunyi di air laut (~1522 m/s)
t = selang waktu pulsa-gema (s)
dibagi 2 karena pulsa pergi-pulang
KECEPATAN:OBJEK:KEDALAMAN LAUT:320m
SONAR DISPLAY
KEDALAMAN TERDETEKSI
— m
WAKTU TEMPUH
— ms
OBJEK TERDETEKSI
0
MEDIUM
Air Laut
KEDALAMAN RELATIF
Klik area laut untuk menambah objek di posisi tersebut
Pulsa Sonar
Gema Pantul
Objek Terdeteksi
Dasar Laut
💡 Klik tombol TEMBAK SONAR untuk mengirim pulsa • Klik area laut untuk menambah objek (kapal selam, ikan besar, dll)