Bab 9. Getaran, Gelombang dan Bunyi dalam Kehidupan Sehari-Hari (Materi 1: Getaran dan Gelombang)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.11 Menganalisis konsep getaran, gelombang, dan bunyi dalam kehidupan sehari-hari termasuk sistem pendengaran manusia dan sistem sonar pada hewan.

Keterampilan

4.11 Menyajikan hasil percobaan tentang getaran, gelombang, dan bunyi.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Mendeskripsikan pengertian getaran dengan benar.

2. Menganalisis besaran-besaran yang terjadi pada getaran dengan benar.

3. Mengidentifikasi jenis-jenis gelombang dengan benar.

4. Menganalisis besaran-besaran yang terjadi pada gelombang dengan benar.

5. Menerapkan perhitungan besaran getaran dan gelombang dalam kehidupan sehari-hari dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

      Semua benda akan bergetar apabila diberi gangguan. Benda yang bergetar ada yang dapat terlihat secara kasat mata karena simpangan yang diberikan besar, ada pula yang tidak dapat dilihat karena simpangannya kecil. Benda dapat dikatakan bergetar jika benda bergerak bolak-balik secara teratur melalui titik kesetimbangan. Apakah orang yang berjalan bolak-balik dapat disebut dengan bergetar? Tentu saja tidak. Orang yang berjalan bolak balik belum tentu melalui titik kesetimbangan. Agar memahami tentang getaran, perhatikan materi berikut.

A. Getaran

1. Konsep Getaran

• Getaran adalah gerak bolak-bolak yang terjadi secara periodik/berulang melalui titik keseimbangan. 
• Contoh dari getaran yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari :
• senar gitar yang dipetik
• ayunan
• bandul jam dinding
• penggaris plastik yang dijepit
• pegas yang diberi beban
• Perhatikan gambar penggaris, bandul dan pegas berikut ini !

Penggaris

• Amplitudo = simpangan terjauh/maksimum dari titik keseimbangan = jarak O ke A atau O ke B
• Titik keseimbangan = titik O (titik pada saat benda diam)
• 1 getaran = A-O-B-O-A ; B-O-A-O-B
• 3/4 getaran = A-O-B-O ; B-O-A-O
• 1/2 getaran = A-O-B ; B-O-A
• 1/4 getaran = A-O ; O-B ; B-O ; O-A

Bandul

• Amplitudo = simpangan terjauh/maksimum dari titik keseimbangan = jarak B ke A atau B ke C
• Titik keseimbangan = titik B (titik pada saat benda diam)
• 1 getaran = A-B-C-B-A ; C-B-A-B-C
• 3/4 getaran = A-B-C-B ; C-B-A-B
• 1/2 getaran = A-B-C ; C-B-A
• 1/4 getaran = A-B ; B-C ; C-B ; B-A

Pegas

• Amplitudo = simpangan terjauh/maksimum dari titik keseimbangan = jarak L ke M atau L ke K
• Titik keseimbangan = titik L (titik pada saat benda diam)
• 1 getaran  = K-L-M-L-K ; M-L-K-L-M
• 3/4 getaran = K-L-M-L ; M-L-K-L
• 1/2 getaran = K-L-M ; M-L-K
• 1/4 getaran = K-L ; L-M ; M-L ; L-K

2. Besaran pada Getaran

a. Periode

• Waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran. 
• Satuan periode adalah sekon (s) atau detik. 
• Contoh : Periode getaran 5 sekon artinya untuk melakukan satu getaran memerlukan waktu 5 sekon.
• Periode getaran dapat dirumuskan :
  

b. Frekuensi 

• Banyaknya getaran yang terjadi dalam 1 satuan waktu (sekon). 
• Satuan frekuensi adalah hertz (Hz). 
• Contoh : Frekuensi getaran 5 Hz artinya banyaknya getaran yang terjadi tiap sekon adalah 5 getaran atau terdapat 5 getaran dalam waktu 1 sekon.
• Frekuensi getaran dirumuskan : 
  

c. Hubungan Periode dan Frekuensi

• Periode merupakan kebalikan dari frekuensi, begitu juga sebaliknya.

Keterangan:

T = periode (s)

f = frekuensi ( Hz)

t = waktu bergetar (s)

n = jumlah getaran

Contoh Soal :

1. Sebuah benda bergerak dalam selang waktu 60 sekon dan membuat 6000 getaran. Tentukanlah besar frekuensi dan periodenya. 

Diketahui: 

t = 60 sekon 

n = 6000 getaran

Ditanyakan: f dan T 

Jawab:

a. Frekuensi : f = n/t = 6000/60 = 100 Hz

b. Periode : T = 1/f = 1/100 = 0,01 sekon

2. Perhatikan gambar bandul berikut ini!

Waktu yang diperlukan untuk bergetar dari A – B – C – B – A adalah 2 sekon dengan jarak A – C = 6 cm. Tentukan :

a. Frekuensi getaran bandul

b. Amplitudo getaran bandul 

Penyelesaian:

Diketahui : 

Jumlah getaran (n) A-B-C-B-A = 1 getaran, sehingga periode (T) getaran tersebut adalah 2 sekon.

Jarak A-C = 6 cm

Ditanyakan :

a. f

b. A

Jawab :

a. Frekuensi : f = 1/T = 1/2 = 0,5 Hz

b. Amplitudo = A = jarak A-B = 1/2 . Jarak A-C = 1/2 . 6 = 3 cm

3. Perhatikan gambar!

Sebuah bandul digetarkan secara periodik. Jika bandul bergetar dari A-B-C-B memerlukan waktu 3 detik dan diketahui jarak A ke C adalah 8 cm, maka tentukan :

a. periode getaran

b. frekuensi getaran

c. amplitudo getaran

Penyelesaian:

Diketahui : 

Jumlah getaran (n) A-B-C-B = 3/4 getaran

Jarak A-C = 8 cm

t = 3 sekon

Ditanyakan :

a. T

b. f

c. A

Jawab :

a. Periode : T = t/n = 3/ 3/4 = 3 . 4/3 = 4 sekon

b. Frekuensi : f = 1/T = 1/4 = 0,25 Hz

c. Amplitudo = A = jarak A-B  = 1/2 . Jarak A-C = 1/2 . 8 = 4 cm

4. Sebuah bandul diayunkan sehingga bergerak bolak-balik seperti gambar berikut ini!

Bandul menempuh jarak A-B-C-D-E-D-C-B-A sejauh 40 cm dalam waktu 2 sekon.

Tentukan :

a. frekuensi bandul 

b. waktu yang diperlukan bandul bergerak dari A ke C

c. jarak C-E

Penyelesaian :

Diketahui :

Jumlah getaran (n) A-B-C-D-E-D-C-B-A = 1 getaran, sehingga periode (T) getaran tersebut adalah 2 sekon.

Jarak A-B-C-D-E-D-C-B-A = 40 cm

Ditanyakan :

a. f

b. t  A-C

c. jarak C-E

Jawab :

a. Frekuensi : f = 1/T = 1/2 = 0,5 Hz

b. Jumlah getaran (n) A-C = 1/4 getaran

    t = T . n = 2 . 1/4 = 1/2 = 0,5 sekon

c. Jarak C-E = 1/4 . jarak A-B-C-D-E-D-C-B-A = 1/4 . 40 = 10 cm

5. Perhatikan gambar berikut!

Tentukan ayunan yang memiliki periode terbesar dan terkecil berturut-turut !

Penyelesaian:

Berdasarkan rumus :

Nilai periode dan frekuensi pada ayunan bandul hanya dipengaruhi oleh panjang tali dan gravitasi. Keempat ayunan diayunkan pada tempat yang sama (gaya gravitasinya otomatis sama). Sehingga, besar gravitasi dapat kita hiraukan pada kasus ini. Selanjutnya adalah analisis melalui panjang tali yang digunakan.

• Cara menentukan periode pada ayunan bandul:
• Periode terbesar: tali ayunan bandul yang paling panjang
• Periode terkecil: tali ayunan bandul yang paling pendek
• Cara menentukan frekuensi pada ayunan bandul:
• Frekuensi terbesar : tali ayunan bandul yang paling pendek
• Frekuensi terkecil : tali ayunan bandul yang paling panjang

Jadi, periode terbesar adalah yang talinya paling panjang (gambar 2), sedangkan periode terkecil adalah yang talinya paling pendek (gambar 4).

B. Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat.

a. Jenis Gelombang

1). Berdasarkan mediumnya :

• Gelombang mekanik : gelombang yang memerlukan medium dalam merambat. Medium gelombang dapat berupa zat padat, cair, gas. Contoh : gelombang bunyi, gelombang pada tali, gelombang air.
• Gelombang elektromagnetik : gelombang yang tidak memerlukan medium dalam merambat. Contoh : gelombang radio, TV, gelombang cahaya.

2) Berdasarkan arah getarnya :

• Gelombang transversal : gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatannya. Gelombang transversal terdiri dari bukit dan lembah. Contoh : gelombang pada tali, gelombang cahaya.

Keterangan :

• Amplitudo = b-b', d-d'
• Simpul gelombang = a, c, e, g 
• Perut gelombang = b, d, f
• Puncak gelombang = b, f
• Dasar gelombang = d
• Bukit gelombang = a-b-c, e-f-g
• Lembah gelombang = c-d-e

1 gelombang = 1 panjang gelombang = 1 λ

• 1 λ
• 1 bukit + 1 lembah = a-b-c-d-e, c-d-e-f-g
• jarak antara 2 puncak berdekatan/berurutan = b-c-d-e-f
• 1/2 λ
• 1 bukit atau 1 lembah = a-b-c, c-d-e, e-f-g
• jarak antara 2 simpul berdekatan/berurutan = a-b-c, c-d-e, e-f-g
• jarak antara 2 perut berdekatan/berurutan = b-c-d, d-e-f
• 1/4 λ
• 1/2 bukit atau 1/2 lembah = a-b, b-c, c-d, e-f, f-g
• jarak antara 2 simpul dan perut berdekatan/berurutan = a-b, b-c, c-d, e-f, f-g                                                                                    
• Gelombang longitudinal : gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatannya. Contoh : gelombang bunyi, gelombang slinki.
  

• 1 λ = 1 rapatan + 1 regangan 
• 1/2 λ =1 rapatan atau 1 regangan

2. Besaran pada Gelombang

a. Periode (T)

• Waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang (1 λ )
• Satuan periode adalah sekon (s) atau detik.
• Contoh : Periode gelombang 5 sekon artinya untuk menempuh satu gelombang memerlukan waktu 5 sekon.
• Periode gelombang dapat dirumuskan :
  

b. Frekuensi (f)

• Banyaknya gelombang yang terjadi dalam 1 satuan waktu (sekon). 
• Satuan frekuensi adalah hertz (Hz). 
• Frekuensi gelombang 5 Hz artinya banyaknya gelombang yang terjadi tiap sekon adalah 5 gelombang atau terdapat 5 gelombang dalam waktu 1 sekon.
• Frekuensi gelombang dirumuskan : 
  

c. Hubungan Periode dan Frekuensi

• Periode merupakan kebalikan dari frekuensi, begitu juga sebaliknya.

d. Panjang Gelombang (λ)

e. Cepat Rambat Gelombang (v)

• Cepat rambat gelombang sebanding dengan frekuensi gelombang.
• Cepat rambat gelombang berbanding terbalik dengan periode gelombang.
• Cepat rambat gelombang sebanding dengan panjang gelombang.

Keterangan:

T = periode (s)

f = frekuensi ( Hz)

t = waktu untuk merambat (s)

n = jumlah gelombang

λ = panjang gelombang (m)

v =cepat rambat gelombang (m/s)

L = panjang lintasan/panjang tali (m)

Contoh Soal :

1. Perhatikan gambar gelombang transversal di bawah ini !

Jika A ke B ditempuh dalam waktu 4 sekon. tentukan :

a. periode gelombang

b. frekuensi gelombang

c. cepat rambat gelombang

Penyelesaian :

           

            

2. Perhatikan gambar rambatan gelombang di bawah ini!

Tentukan cepat rambat gelombang di atas!

Penyelesaian :

Diketahui :

n = 1,5 gelombang

t = 3 s

L = 12 m

Ditanyakan : v = ….?

Jawab :

• Mencari panjang gelombang :

            λ = L/n = 12/1,5 = 8 m

• Mencari frekuensi gelombang :

            f = n/t

              = 1,5/3 

              = 0,5 Hz

• Mencari cepat rambat gelombang :

            v = λ . f

               = 8 . 0,5 

               = 4 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang tersebut adalah 4 m/s.

3. Suatu tali digetarkan hingga membentuk dua bukit serta satu lembah sepanjang 12 cm. Apabila frekuensi gelombang tersebut adalah 4 Hz, maka tentukan besar cepat rambat gelombangnya !

Penyelesaian:

Diketahui:

Terjadi 2 bukit serta 1 lembah yang artinya membentuk sebanyak 1,5 gelombang.

L = 12 cm

n = 1,5 gelombang

f = 4 Hz

Ditanyakan : v = ….?

Jawab :

• Mencari panjang gelombang :

            λ = L/n = 12/1,5 = 8 m

• Mencari cepat rambat gelombang :

            v = λ . f

               = 8 . 4

               = 32 cm/s

Jadi, cepat rambat gelombang tersebut adalah 32 cm/s.

4. Dua buah gabus berada di puncak-puncak gelombang. Keduanya bergerak naik turun di atas permukaan air laut sebanyak 20 kali dalam waktu 4 detik mengikuti gelombang air laut. Jika jarak kedua gabus 100 cm dan di antaranya terdapat dua lembah dan satu bukit maka tentukan frekuensi gelombang dan cepat rambat gelombang !

Penyelesaian:

Diketahui :

Untuk menjawab soal di atas, langkah pertama gambarkan posisi gabus seperti pada gambar di bawah.

Dari gambar ilustrasi di atas diperoleh :

2λ = 100 cm

λ = 50 cm

atau

L= 100 cm

n = 2 gelombang

λ = L/n = 100/2 = 50 cm

Kedua gabus bergerak naik turun sebanyak 20 kali dalam waktu 4 detik, maka diperoleh :

n = 20

t = 4 s

Ditanyakan : 

a. f

b. v

Jawab :

a. Frekuensi gelombang :

    

         = 5 Hz

b. Cepat rambat gelombang :

     v = λ . f

        = 50 . 5 

        = 250 cm/s

5. Dua gabus mengapung di permukaan laut. Kedua gabus tersebut turun-naik bersama permukaan air dengan frekuensi 300 gelombang per menit. Jika sebuah gabus berada di puncak gelombang, yang lainnya berada di dasar gelombang, sedangkan di antara keduanya terdapat satu bukit gelombang. Jika cepat rambat gelombang 60 cm/s, berapakah jarak antara kedua gabus itu?

Penyelesaian :

Diketahui :

n = 300

t = 1 menit = 60 sekon

v = 50 cm/s

Ditanya :  L = ...?
Jawab :

Untuk menjawab soal di atas, langkah pertama gambarkan posisi gabus seperti pada gambar di bawah.

Dari gambar di atas, dapat diketahui bahwa jumlah gelombang (n) = 1,5 gelombang

• Frekuensi gelombang :

            

• Panjang gelombang :

            

• Jarak antara kedua gabus :

            

Jadi, jarak antara kedua gabus adalah 18 cm.

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan:

1. Perhatikan gambar berikut!

Sebuah bandul ditarik ke samping sehingga bandul bergerak bolak-balik. Jika jarak K – M = 10 cm, dan bandul melakukan 5 kali getaran dalam waktu 5 sekon, maka tentukan:

a. frekuensi getaran

b. periode getaran

c. ampitudo bandul 

2. Perhatikan gambar di bawah ini!


Hitunglah:
a. Jumlah gelombang
b. Panjang gelombang
c. Frekuensi gelombang
d. Periode gelombang
e. Cepat rambat gelombang

3. Gelombang merambat pada tali. Selama waktu 0,5 detik tercipta 3 bukit serta 3 lembah gelombang. Apabila jarak antara dua puncak gelombang adalah 60 cm, maka tentukan cepat rambat gelombang tersebut!

4. Pada gelombang air laut ada dua gabus yang terpisah satu sama lain sejauh 200 cm. Keduanya naik turun dengan frekuensi sebesar 4 Hz. Jika salah satu gabus ada di puncak, maka yang satunya ada di puncak yang lain, sementara di antara kedua gabus tersebut ada satu bukit gelombang, maka tentukan panjang gelombang dan cepat rambat gelombang!

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~