Pada materi fisika kelas 11, Anda akan belajar tentang macam-macam gelombang. Salah satu materinya, yakni gelombang stasioner. Menariknya, konsep gelombang stasioner ini dekat dengan keseharian kita. Contohnya saat bermain alat musik, seperti gitar. Pada dasarnya, saat kita memainkan alat musik seperti gitar, biola, ataupun piano, maka kita sudah bersinggungan dengan apa itu gelombang stasioner. Mengapa demikian?
Gelombang stasioner terbentuk di dalam instrumen atau alat musik. Fenomena ini terjadi saat gelombang bunyi yang dipantulkan di antara ujung dan simpul-simpul senar atau tali instrumen menciptakan pola-pola gelombang yang khas. Jika gelombang sudah mencapai ujung dawai yang terikat, gelombang akan dipantulkan kembali. Nah, gelombang itu dinamakan gelombang stasioner atau gelombang berdiri.
Secara sederhana, gelombang stasioner adalah perpaduan gelombang yang memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama besar, akan tetapi gelombangnya merambat kepada dua arah yang berlawanan.
Untuk lebih jelasnya, teruslah membaca. Kami membantu Anda untuk memahami pengertian gelombang stasioner, rumus gelombang stasioner dan persamaan gelombang stasioner, beserta contoh soal gelombang stasioner. Jika Anda mengalami kesulitan memahami materi berikut, bergabunglah pada kursus privat Superprof.
Periksa di sini jika ingin mempelajari polarisasi cahaya
Apa itu gelombang stasioner?
Gelombang stasioner terjadi ketika gelombang datang dan gelombang yang dipantulkan berpadu. Perpaduan ini menciptakan pola gelombang yang tetap diam atau "berdiri" di tempat tertentu, sehingga disebut juga gelombang berdiri. Atau juga dapat diartikan sebagai hasil dari penggabungan dua gelombang yang memiliki frekuensi, kecepatan propagasi, dan amplitudo yang identik, tetapi bergerak dalam arah yang berlawanan.
Menurut Elisa, dkk dalam buku Konsep Gelombang & Penerapannya dalam Kehidupan, gelombang stasioner adalah gelombang hasil perpaduan gelombang datang dan gelombang pantul yang mempunyai amplitudo dan frekuensi yang sama .
Gelombang stasioner tetap bergetar seiring waktu, namun amplitudonya tidak berpindah melalui ruang.
Pada setiap titik dalam ruang, puncak gelombang tetap konstan terhadap waktu, sementara titik-titik lainnya bergetar dalam fase yang sesuai.
Lokasi dengan nilai amplitudo maksimum disebut sebagai perut, sementara lokasi dengan nilai amplitudo mutlak disebut simpul. Fenomena gelombang stasioner pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831.
Gelombang stasioner dapat terjadi saat medium bergerak berlawanan arah dengan gelombang, atau melalui interferensi dua gelombang yang bergerak berlawanan.
Pola gelombang stasioner ini memengaruhi nada yang dihasilkan oleh senar gitar dan menciptakan resonansi yang memberikan karakteristik khas pada instrumen musik tersebut. Konsep gelombang stasioner juga diterapkan pada instrumen musik lainnya, seperti organ pipa, maupun berbagai bidang lain, seperti gelombang suara dalam ruangan, dan banyak lagi.
Jenis-jenis gelombang stasioner
Gelombang stasioner dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu gelombang stasioner dengan ujung terikat dan gelombang stasioner dengan ujung bebas.
Gelombang Stasioner Ujung Bebas
Gelombang stasioner ujung bebas adalah ketika ujung dari media yang digunakan untuk merambatkan gelombang bebas dan tidak terikat. Contoh gelombang stasioner ujung bebas adalah gelombang di tali yang satu ujungnya diikat pada suatu benda dan ujungnya yang lain digantung bebas. Ketika gelombang bergerak, gelombang pantul akan terjadi pada ujung tali yang digantung bebas, sehingga terbentuklah simpul dan perut. Gelombang ini juga memiliki panjang gelombang yang tertentu yang bergantung pada panjang tali. Gelombang stasioner ujung bebas sering ditemukan dalam aplikasi praktis, seperti pada instrumen musik seperti biola dan gitar.
Rumus gelombang stasioner ujung bebas:
yp=2 A cos (kx) sin (ωt)
yp=Ap sin (ωt)
Ap=2 A cos (kx)
Keterangan:
Ap = amplitudo gelombang stasioner (m)
Yp = simpangan gelombang stasioner (m)
ω = kecepatan sudut gelombang (rad/s)
t = lama gelombang bergetar (s)
k = bilangan gelombang
x = jarak titik menuju sumber getar (m)
Cek di sini untuk mengetahui apa itu fluida dinamis
Gelombang Stasioner Ujung Terikat
Gelombang stasioner dengan ujung terikat terjadi ketika gelombang datang dan gelombang pantul berada dalam fase yang berbeda.
Fase yang berbeda ini menghasilkan karakteristik khusus pada gelombang stasioner ini. Pada ujung terikat, gelombang pantul bergerak dari simpangan minimum ke simpangan maksimum.
Ini berarti bahwa di ujung yang terikat, gelombang datang menciptakan simpangan maksimum, dan gelombang pantul menghasilkan simpangan minimum.
Selain itu, letak simpul pada gelombang stasioner dengan ujung terikat terletak pada 1/4 dan 3/4 dari panjang gelombang dari ujung yang terikat.
Letak perutnya terletak pada 1/2 dari panjang gelombang dari ujung yang terikat. Fenomena ini menciptakan pola yang berbeda dalam gelombang stasioner dibandingkan dengan yang memiliki ujung bebas.
Rumus gelombang stasioner ujung terikat:
yp=2 A sin (kx) cos (ωt)
yp=Ap cos (ωt)
Ap=2 A sin (kx)
Keterangan:
Ap = amplitudo gelombang stasioner (m)
Yp = simpangan gelombang stasioner (m)
ω = kecepatan sudut gelombang (rad/s)
t = lama gelombang bergetar (s)
k = bilangan gelombang
x = jarak titik menuju sumber getar (m)
Rumus gelombang stasioner
Pada umumnya rumus persamaan gelombang stasioner dapat dituliskan sebagai berikut:
y = 2A sin kx cos ωt
y = Ap sin cos ωt
dengan Amplitudo Stasionernya
2A sin kx
Keterangan:
Ap adalah Amplitudo Gelombang Stasioner (m)
k adalah Bilangan Gelombang
λ adalah Panjang Gelombang (m)
Untuk lebih memahami penggunaan rumus gelombang stasioner, cobalah kerjakan beberapa latihan soal.
Cek di sini untuk cara mencari panjang gelombang
Contoh gelombang stasioner dalam kehidupan sehari-hari
- Senar pada Alat Musik
Gelombang stasioner sering terjadi pada senar alat musik seperti gitar, biola, atau piano.
Ketika senar dipetik atau dipukul, gelombang berjalan maju dan mundur di sepanjang senar.
Simpul dan perut pada senar menciptakan suara yang kita dengar.
Panjang senar dan tegangan yang diberikan pada senar memengaruhi frekuensi dan nada yang dihasilkan.
- Gelombang di Tali Pakaian
Saat Anda mencuci baju dan menggantungnya untuk mengering, tali pakaian tersebut dapat membentuk gelombang stasioner. Simpul dan perut muncul pada tali pakaian Anda karena pengaruh angin dan gravitasi.
Hasilnya adalah terbentuknya pola gelombang pada tali yang bergantung.
- Gelombang Suara dalam Tabung
Pada instrumen musik seperti pipa organa atau alat musik tiup, gelombang suara di dalam tabung menciptakan gelombang stasioner.
Ketika pemain mengubah panjang tabung dengan menutup atau membuka lubangnya, frekuensi nada yang dihasilkan berubah.
Ini adalah contoh penting dalam menghasilkan berbagai nada dalam musik.
Contoh soal gelombang stasioner dan pembahasannya
Belajar fisika dan memahami rumusnya perlu dengan melatih diri mengerjakan beberapa latihan soal. Dengan ini, Anda dapat mengukur kemampuan dan pemahaman terkait materi tersebut. Berikut beberapa contoh soal gelombang stasioner beserta pembahasannya.
SOAL 1
Ujung sebuah tali yang panjangnya 1 meter digetarkan sehingga dalam waktu 2 sekon terdapat 2 gelombang. tentukanlah persamaan gelombang tersebut apabila amplitudo getaran ujung tali 20 cm.
Pembahasan:
Diketahui:
l = 4λ →λ = ¼ = 0,25 m
t = 4λ → T = 2/4 = 0,5 s
Ditanyakan:
y = ….?
Jawab:
Y = A sin (ωtkx)
= 0,2 sin [(2π/0,5)t(2π/0,25)x]
= 0,2 sin (4πt8πx)
=0,2 sin 4π (tx)
SOAL 2
Sepotong senar yang panjangnya 5 meter, salah satu ujungnya terikat kuat sedangkan ujung yang lainnya dapat digerakkan secara kontinu dengan amplitudo 10 cm dan frekuensi 4 Hz. Jika cepat rambat gelombang pada senar itu 8 m/s. Carilah amplitudo titik P yang terletak 1,5 meter dari ujung terikat!
Penyelesaian :
Besarnya amplitudo di titik P yang berjarak 1,5 m dari ujung terikat adalah
Ap = 2A sin kx
= 2A sin π 1,5
= 2 x 10 sin 1,5 π
= 20 sin 270 derajat
= 20 (-1)
= -20 cm
Jadi, besarnya amplitudo di titik P yang berjarak 1,5 m dari ujung terikat yaitu = -20 cm.
Bergabunglah pada kursus privat Superprof untuk membantu Anda belajar lebih mudah dan menyenangkan.
Apa Anda menyukai artikel ini? Berikan penilaian Anda
Loading...
