Belajar materi Gelombang dalam Fisika

Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dikelompokkan menjadi dua, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik yaitu gelombang yang memerlukan medium di dalam perambatannya. Contoh gelombang mekanik antara lain: gelombang bunyi, gelombang permukaan air, dan gelombang pada tali. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Contoh gelombang elektromagnetik : cahaya, gelombang radio, gelombang TV, sinar – X, dan sinar gamma.

1. GELOMBANG MEKANIK

A. Terjadinya Gelombang

Gelombang terjadi karena adanya usikan yang merambat.Menurut konsep fisika, cerminan gelombang merupakan rambatan usikan, sedangkan mediumnya tetap. Jadi, gelombang merupakan rambatan pemindahan energi tanpa diikuti pemindahan massa medium.

Klik gambar untuk lihat animasinya

B. Pengertian Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya.

Contoh gelombang mekanik :

- Gelombang yang terjadi pada tali jika salah satu ujungnya digerak-gerakkan.

- Gelombang yang terjadi pada permukaan air jika diberikan usikan padanya ( misal dengan menjatuhkan batu di atas permukaan air kolam yang tenang ).

C. Gelombang Transversal

Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatannya tegak lurus arah getarannya ( usikannya ).

Perhatikan ilustrasi berikut ini !

Klik gambar untuk lihat animasinya

Contoh gelombang transversal :

- getaran sinar gitas yang dipetik

- getaran tali yang digoyang-goyangkan pada salah satu ujungnya

A. Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarnya ( arah usikannya )

Perhatikan ilustrasi berikut ini !

Contoh gelombang longitudinal :

- gelombang pada slinki yang diikatkan kedua ujungnya pada statif kemudian diberikan usikan pada salah satu ujungnya

- gelombang bunyi di udara

1. Panjang Gelombang

A. Pengertian Panjang Gelombang

Panjang satu gelombang sama dengan jarak yang ditempuh dalam waktu satu periode.

1) Panjang gelombang dari gelombang transversal

Perhatikan ilustrasi berikut!

Klik gambar untuk lihat animasinya

Pada gelombang transversal, satu gelombang terdiri atas 3 simpul dan 2 perut. Jarak antara dua simpul atau dua perut yang berurutan disebut setengah panjang gelombang atau ½ λ (lambda),

2) Panjang gelombang dari gelombang longitudinal

Perhatikan ilustrasi berikut !

Pada gelombang longitudinal, satu gelombang (1l) terdiri dari 1 rapatan dan 1 reggangan.

B. Cepat Rambat Gelombang

Jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam satu sekon disebut cepat rambat gelombang. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v dan satuannya m/s atau m s^-1. Hubungan antara v, f, λ, dan T adalah sebagai berikut :

Keterangan :

λ= panjang gelombang , satuannya meter ( m )

v = kecepatan rambatan gelombang, satuannya meter / sekon ( ms^-1 )

T = periode gelombang , satuannya detik atau sekon ( s )

f = frekuensi gelombang, satuannya 1/detik atau 1/sekon ( s^-1 )

2. Pemantulan Gelombang

Jika gelombang melalui suatu rintangan atau hambatan, misalnya benda padat, maka gelombang tersebut akan dipantulkan. Pemantulan ini merupakan salah satu sifat dari gelombang.

Berikut ini adalah contoh pemantulan pada gelombang tali

Pemantulan ujung terikat

Pemantulan ujung bebas

Pemantulan gelombang pada ujung tetap akan mengalami perubahan bentuk atau fase. Akan tetapi pemantulan gelombang pada ujung bebas tidak mengubah bentuk atau fasenya.

Contoh Soal :

1. Dalam 1 sekon dihasilkan gelombang seperti gambar di bawah ini

a. berapakah frekuensi gelombang tersebut?

b. Bila jarak PQ = 2 cm, maka berapakah ?

Penyelesaian :

Menurut gambar, gelombang yang terjadi sebanyak 2 gelombang. Berarti, f = 2 gelombang / sekon atau f = 2 Hz.

Pada gambar terjadi 2 gelombang ( 2λ ). Jadi 2 λ= 2 cm atau λ= 1 cm.

2. Seutas tali yang panjangnya 8 m direntangkan lalu digetarkan. Selama 2 sekon terjadi gelombang seperti pada gambar berikut! Tentukan λ, f, T, dan v.

Penyelesaian :

Dari gambar terjadi gelombang sebanyak 4 λ.

Berarti : 4λ= 8 m sehingga λ = 8/4 = 2 m

Selama 2 sekon terjadi 4 λ atau selama 1 sekon terjadi 2λ

Jadi, f = 2 gelombang / sekon atau f = 2 Hz

T = 1/f = ½ sekon sehingga v =λ f = 2 m x 2 Hz = 4 m s^-1

Teori dan Contoh Soal Momen Inersia

Konsep Momen Inersia

Apakah Momen Inersia ?

• Momen Inersia adalah hasil kali masa partikel dengan kuadrat jarak partikel dari titik poros.

     atau I = ∑ m r²

• Perbedaan nilai antara massa dan momen inersia adalah besar massa suatu benda hanya bergantung pada kandungan zat pada benda tersebut .tetapi momen inersia tidak hanya tergantung pada jumlah zat tetapi juga dipengaruhi oleh bagaimana zat tersebut terdistribusi pada benda.
• Momen Inersia juga berarti besaran pada gerak rotasi yang analog dengan massa pada gerak translasi.
• Faktor-faktor yang mempengaruhi momen inersia :

-          Poros rotasinya

-          Massa benda

-          Jarak letak rotasi

Jenis - jenis momen inersia berdasarkan bentuk benda

1. Momen inersia partikel

Dalam hal ini benda dianggap sebagai sebuah partikel karena ukurannya sangat kecil. Jika ada beberapa benda / partikel, maka dianggap sebagai sebuah sistem dan besar momen inersianya adalah jumlah momen inersia dari setiap partikel tersebut.

I = ∑ m r²

Keterangan :

I               : Momen Inersia  (Kg m²)

M             : Massa  (Kg)

r              : Jarak ke sumbu rotasi  (m)

Contoh Soal Momen Inersia :

Sebuah benda yang terdiri dari 2 bola dengan massa masing masing 5 kg dihubungkan oleh sebuah batang kaku dan ringan yang panjangnya 1 meter. Bola dapat diperlakukan sebagai partikel dan massa batang diabaikan tentukan momen inersia tersebut terhadap sumbu yang tegak lurus batang dan

a)      Melalui pusat O

b)      Melalui salah satu bola

Jawab :

a)      I = ∑ mr²

I = 5 X (0,5 m)²

I = 5 X 0,25

I = 1,25 Kg m²

b)      I = ∑ mr²

I = 5 X ( 1 m)²

I = 5 X 1

I = 5 Kg m²

1. Momen Inersia benda tegar

Rumusnya tergantung pada bentuk benda.

Contoh:

• Bila benda berupa silinder pejal maka I = ½ mr²

• Bila benda berupa bola tipis berongga maka I = 2/3 mr²

• Bila benda berupa silinder tipis berongga maka I = mr²

• Bila benda berupa bola pejal  maka I = 2/5 mr²

• Bila benda berupa batang silinder maka I = 1/12 ml²  bila diukur dari tengahnya dan I = 1/3 ml²

Keterangan :

I       : Momen Inersia (Kg m²)

m    : massa (Kg)

r       : Jarak ke sumbu rotasi (m)

l        : Panjang batang (m)

Contoh Soal :

Bola basket bermassa 750 g diputar melalui pusatnya jika jari-jari bola basket 20 cm, hitunglah momen inersia bola tersebut.

Jawab :

Momen inersia bola basket = 2/5 mr²

I   = 2/5 X 0,75 kg X( 0,2m)²

I = 1,2 X 10^-2 kg m²

Materi, Soal, dan Aplikasi Termodinamika

Apakah yang dimaksud dengan Termodinamika ?

Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari tentang kalor dan usaha mekanik pada suatu system (contoh : gas)

Salah satu penerapan konsep termodinamika dalam teknologi

Kesetimbangan kalor terjadi jika tidak ada pertukaran kalor antara kedua benda tersebut saat bersentuhan. Kondisi ini hanya dapat dicapai jika suhu kedua benda tersebut sama.

Materi, Soal, dan Aplikasi Termodinamika

B. Besaran-besaran dalam Termodinamika

Usaha (W)

Menentukan Usaha (W) dapat dilakukan dengan rumus atau dengan Grafik P-V

1.Dengan rumus

W = p∆V= p(V₂ – V₁)                     Keterangan :

W = Usaha (J)

P = Tekanan (N/m²/Pa)

∆V = perubahan V, (V₂ – V₁)

 2.Dengan Grafik P-V

W = luas daerah arsir

        Gas memuai → W (+)

       W = luas daerah arsir

       Gas menyusut → W (-)

     W = LUAS ABCD = ∆P . ∆V

 

 Gas mengalami siklus

 Hukum ke-0 Termodinamika

Jika benda A berada dalam kesetimbangan kalor dengan benda B dan benda B berada dalam kesetimbangan kalor dengan benda C, maka benda A berada dalam kesetimbangan kalor dengan benda C.

Hukum ke-1 Termodinamika

Hukum pertama termodinamika beranggapan bahwa energy bersifat kekal

Artinya :

Kalor yang diterima digunakan untuk membuat perubahan energy dalam /∆U, dimana ∆U = Ek =  3/2 kT dan untuk melakukan usaha W

 

Hukum ke-2 Termodinamika

Hukum kedua termodinamika berisi pernyataan tentang proses yang dapat / tidak dapat terjadi di alam dan tentang aliran kalor yang memiliki arah.

Hukum ini dijelaskan oleh 2 rumusan

1. Rumusan Clausius

Agar kalor dapat mengalir dari reservoir (sumber bersuhu rendah ke tinggi), diperlukan W dari luar.

2. Rumusan Kelvin – Planck

Kalor yang masuk tidak mungkin jadi usaha W seluruhnya, sebagian besar terbuang jadi Q2

Mesin Carnot

Di alam, tidak ada mesin yang berefisiensi sempurna, tetapi ada 1 mesin yang dirancang ideal. → ɳ – nya tinggi (mesin carnot). Karena ɳ tinggi → Q sebanding dengan T, sehingga Q₂/Q₁ = T₂/T₁.

Diagram P-V mesin Carnot

 

Besaran-besaran yang sering ditanyakan dalam mesin carnot adalah usaha (W), kalor yang dimasukkan (Q1), kalor yang terbuang (Q2), efisiensi mesin, suhu (T). Beberapa rumus di bawah ini adalah sebagian rumus cepat yang bisa digunakan untuk menyelesaikan soal terkait siklus carnot.

 
Contoh Soal Termodinamika

1. Proses yang dilakukan sebuah gas pada ruang tertutup ditampilkan pada grafik P-V di bawah ini:

Besar usaha yang dilakukan gas per siklus adalah ….

1. 0,12 J
2. 0,60 J
3. 1,20 J
4. 6,00 J
5. 12,0 J

2. Suatu mesin Carnot yang bekerja pada suatu reservoir suhu rendah 300 K memiliki efisiensi 50 %. Agar efisiensinya naik menjadi 80 %, reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi….

1. 400 K
2. 600 K
3. 900 K
4. 1000 K
5. 1500 K

3. Volume suatu piston berubah dari 2 m³ menjadi 6 m³ pada tekanan 1 atm. Besarnya usaha yang dilakukan sistem adalah ….

1. 100 kJ
2. 200 kJ
3. 400 kJ
4. 500 kJ
5. 600 kJ