Gelombang Mekanik: Pengertian, Jenis-jenis, Besaran, dan Contoh Soalnya

Sobat Pijar tahu tidak, gelombang mekanik adalah salah satu fenomena alam yang sering kita jumpai sehari-hari, entah itu di dalam air ketika kita berenang atau di dalam tanah ketika terjadi gempa bumi. Gelombang mekanik juga sering kita temukan dalam bidang akustik, seperti suara musik atau percakapan kita dengan orang lain.

Wah, banyak juga pengaplikasian dari gelombang mekanik ini ya, Sobat Pijar? Untuk itu, yuk simak pembahasan materi gelombang mekanik di bawah ini!

Baca juga: Gerak Harmonik Sederhana: Pengertian, Analisis, dan Contoh Soalnya

Pengertian Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik adalah suatu fenomena alam yang terjadi ketika ada getaran yang merambat melalui suatu medium seperti udara atau air. 

Gelombang mekanik terdiri dari dua jenis, yaitu gelombang longitudinal dan gelombang transversal. Gelombang longitudinal terjadi ketika partikel dalam medium bergeser sejajar dengan arah rambat gelombang, sedangkan gelombang transversal terjadi ketika partikel dalam medium bergeser tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

Agar lebih paham mengenai jenis-jenis gelombang mekanik, Sobat Pijar bisa simak pembahasan selanjutnya, ya!

Jenis-jenis Gelombang Mekanik

Gelombang Transversal

Gelombang transversal adalah salah satu jenis gelombang mekanik yang terjadi ketika partikel dalam medium bergeser tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

Contohnya, ketika kita memegang tali dan menggerakkan salah satu ujungnya ke atas dan ke bawah, maka akan terjadi gelombang transversal yang merambat di sepanjang tali. Gelombang transversal juga sering kita jumpai dalam fenomena alam, seperti pada gelombang laut yang terlihat melambai-lambai.

Fenomena gelombang transversal ini banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya dalam bidang musik, gelombang transversal digunakan untuk menghasilkan suara yang indah dari alat musik seperti gitar, biola, dan piano. Wah, dengan mendengarkan musik, Sobat Pijar secara tidak langsung sudah terpapar gelombang transversal, nih. Keren, ya?

Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal adalah salah satu jenis gelombang mekanik yang terjadi ketika partikel dalam medium bergeser sejajar dengan arah rambat gelombang.

Contohnya, ketika kita berbicara atau berteriak, maka terjadi gelombang suara yang merambat melalui medium udara. Gelombang longitudinal juga sering terjadi dalam fenomena alam, seperti pada gelombang seismik yang terjadi saat terjadi gempa bumi.

Pengetahuan tentang gelombang longitudinal sangat penting untuk dipelajari karena memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya, dalam bidang kedokteran, gelombang suara longitudinal digunakan dalam prosedur ultrasonografi untuk memeriksa kondisi organ dalam tubuh manusia.

Gelombang Refraksi

Gelombang refraksi terjadi ketika gelombang mekanik melewati perbatasan antara dua medium dengan kecepatan rambat yang berbeda, seperti misalnya ketika gelombang laut merambat dari laut dalam menuju pantai.

Pada saat gelombang mekanik melewati perbatasan antar medium dengan kecepatan rambat yang berbeda, maka gelombang tersebut akan mengalami pembiasan atau pembelokan arah. Hal ini disebabkan oleh perbedaan kecepatan rambat gelombang di dalam medium yang berbeda.

Fenomena gelombang refraksi ini memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam bidang optik pada pembuatan lensa kacamata atau teleskop. Selain itu, pengetahuan tentang gelombang refraksi juga berguna dalam bidang geologi, terutama dalam mempelajari struktur lapisan bumi.

Gelombang Refleksi

Gelombang refleksi terjadi ketika gelombang mekanik memantul kembali setelah menabrak permukaan penghalang, seperti misalnya saat kita berteriak di depan tebing yang kemudian menghasilkan pantulan suara.

Ketika gelombang mekanik mengalami refleksi, maka energi gelombang tersebut akan kembali ke arah asal dengan intensitas yang berkurang. Hal ini disebabkan oleh sebagian energi gelombang yang dipantulkan kembali ke arah asal dan sebagian lagi diserap atau dihamburkan oleh medium yang mengalami refleksi.

Fenomena gelombang refleksi ini memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam bidang akustik pada pembuatan ruang rekaman atau studio musik. Selain itu, pengetahuan tentang gelombang refleksi juga berguna dalam bidang teknik sipil, terutama dalam memperhitungkan redaman gelombang pada konstruksi bangunan.

Gelombang Interferensi

Gelombang interferensi terjadi ketika dua atau lebih gelombang mekanik berinteraksi dan saling mempengaruhi satu sama lain. Fenomena ini dapat terjadi ketika dua gelombang mekanik yang memiliki amplitudo dan frekuensi yang sama bertemu di suatu titik.

Ketika gelombang mekanik tersebut bertemu, maka terjadi interferensi konstruktif jika puncak gelombang saling bertemu dan interferensi destruktif jika puncak dan lembah gelombang saling bertemu. Hal ini mengakibatkan terjadinya perubahan amplitudo dan frekuensi pada gelombang interferensi.

Fenomena gelombang interferensi ini memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam bidang teknologi informasi pada pembuatan antena, sinyal wifi, dan juga pada pengukuran gelombang elektromagnetik. Selain itu, pengetahuan tentang gelombang interferensi juga berguna dalam bidang medis, terutama dalam diagnosis dan terapi penyakit.

Gelombang Difraksi

Gelombang difraksi terjadi ketika gelombang mekanik melewati suatu celah atau penghalang dengan ukuran yang sama atau lebih kecil dari panjang gelombang tersebut. Fenomena ini dapat terjadi pada berbagai jenis gelombang, seperti gelombang air, gelombang suara, maupun gelombang cahaya.

Ketika gelombang mekanik melewati suatu celah atau penghalang, maka gelombang tersebut akan mengalami perubahan arah dan bentuk. Hal ini disebabkan oleh fenomena interferensi gelombang, di mana terjadi penyimpangan arah gelombang pada setiap celah atau penghalang yang dilaluinya.

Fenomena gelombang difraksi ini memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam bidang akustik pada pembuatan alat musik, dan juga dalam bidang optik pada pembuatan lensa dan difraksi sinar-x. Selain itu, pengetahuan tentang gelombang difraksi juga berguna dalam bidang ilmu material, terutama dalam studi tentang kristal dan struktur molekul.

Klik banner di bawah ini untuk mempelajari lebih jauh tentang gelombang mekanik dan materi fisika lainnya!

Besaran Gelombang Mekanik

Amplitudo

Sumber: https://p2k.unkris.ac.id/

Amplitudo adalah besarnya getaran maksimal pada suatu titik pada gelombang. Dalam gelombang transversal, amplitudo diukur dari posisi keseimbangan ke puncak atau lembah gelombang, sedangkan dalam gelombang longitudinal, amplitudo diukur dari posisi keseimbangan ke titik paling jauh dari gelombang tersebut.

Rumus untuk menghitung amplitudo pada gelombang mekanik adalah :

$T = \frac{n}{t}$

Keterangan:

T= Periode (s)

t= Waktu melakukan getaran (s)

n= Banyaknya getaran

Perlu diketahui bahwa amplitudo pada gelombang mekanik sangat berpengaruh terhadap kekuatan dan intensitas gelombang tersebut. Semakin besar amplitudo, maka semakin besar pula kekuatan dan intensitas gelombang yang dihasilkan. Oleh karena itu, pengetahuan tentang amplitudo pada gelombang mekanik sangat penting dalam berbagai bidang, seperti fisika, teknik, dan industri.

Frekuensi

Sumber: https://p2k.unkris.ac.id/

Frekuensi adalah jumlah getaran atau siklus gelombang yang terjadi dalam satu detik. Satuan untuk frekuensi adalah Hertz (Hz).

Rumus untuk menghitung frekuensi pada gelombang mekanik adalah:

$f = \frac{1}{T}$

Keterangan:

f = frekuensi (dalam Hz)

T = periode (dalam detik)

Perlu diketahui bahwa semakin tinggi frekuensi suatu gelombang, maka semakin sering pula getaran atau siklus gelombang tersebut terjadi dalam satu detik. Dalam gelombang suara, frekuensi yang lebih tinggi akan menghasilkan suara yang lebih keras atau bernada tinggi, sedangkan frekuensi yang lebih rendah akan menghasilkan suara yang lebih lembut atau bernada rendah.

Pengetahuan tentang frekuensi pada gelombang mekanik memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam bidang musik, teknologi telekomunikasi, dan pengukuran kecepatan suatu benda. Oleh karena itu, penting bagi kita untuk memahami konsep frekuensi pada gelombang mekanik.

Periode

Sumber: https://p2k.unkris.ac.id/

Periode adalah waktu yang dibutuhkan oleh satu gelombang untuk melewati suatu titik tertentu pada arah rambatannya. Satuan untuk periode adalah detik (s).

Rumus untuk menghitung periode pada gelombang mekanik adalah:

$T = \frac{1}{f}$

Keterangan:

T = periode (dalam detik)

f = frekuensi (dalam Hz)

Perlu diketahui bahwa semakin tinggi frekuensi gelombang, maka semakin singkat pula periode gelombang tersebut. Dalam gelombang suara, periode yang lebih pendek akan menghasilkan suara yang lebih serak atau bernada tinggi, sedangkan periode yang lebih panjang akan menghasilkan suara yang lebih jelas atau bernada rendah.

Pengetahuan tentang periode pada gelombang mekanik memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam bidang musik, teknologi telekomunikasi, dan pengukuran kecepatan suatu benda.

Panjang Gelombang

Sumber: https://p2k.unkris.ac.id/

Panjang gelombang adalah jarak antara dua titik yang berada pada fase yang sama pada gelombang tersebut. Satuan untuk panjang gelombang adalah meter (m).

Rumus untuk menghitung panjang gelombang pada gelombang mekanik adalah:

$λ = \frac{v}{f}$

Keterangan:

λ = panjang gelombang (dalam meter)

v = kecepatan rambat gelombang (dalam m/s)

f = frekuensi (dalam Hz)

Perlu diketahui bahwa semakin tinggi frekuensi gelombang, maka semakin pendek pula panjang gelombangnya. Dalam gelombang suara, panjang gelombang yang lebih pendek akan menghasilkan suara yang lebih tinggi atau serak, sedangkan panjang gelombang yang lebih panjang akan menghasilkan suara yang lebih rendah atau jelas.

Pengetahuan tentang panjang gelombang pada gelombang mekanik memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam bidang musik, teknologi telekomunikasi, dan ilmu geofisika. 

Fase Gelombang

Fase gelombang adalah posisi suatu titik pada gelombang pada suatu waktu tertentu. Fase gelombang dapat digunakan untuk membandingkan keadaan suatu titik pada gelombang dengan keadaan suatu titik pada gelombang yang lain.

Rumus untuk menghitung fase gelombang pada gelombang mekanik adalah:

$\varphi _p = (\frac{t}{T} - \frac{x}{λ})$

Keterangan:

$\varphi _ p =$ fase gelombang

t = waktu

T = periode

λ = panjang gelombang

$x$ = jarak titik

Perlu Sobat Pijar ketahui bahwa fase awal dapat diatur sesuai dengan kebutuhan, dan biasanya diatur sedemikian rupa sehingga fase pada suatu titik pada gelombang memiliki nilai nol.

Contoh Soal Gelombang Mekanik

Berikut ini adalah contoh soal tentang gelombang mekanik beserta pembahasannya:

Contoh Soal 1

Sebuah gelombang mekanik memiliki panjang gelombang sebesar 2 m dan frekuensi 10 Hz. Tentukan kecepatan rambat gelombang tersebut!

Pembahasan:

Kita dapat menggunakan rumus untuk menghitung kecepatan rambat gelombang pada gelombang mekanik, yaitu:

$v = λ \times f$

Keterangan:

λ = 2 m

f = 10 Hz

Maka, dapat kita hitung kecepatan rambat gelombangnya sebagai berikut:

$v= 2 \times 10$

$v = 20 m/s$

Jadi, kecepatan rambat gelombang pada gelombang mekanik tersebut adalah 20 m/s.

Contoh Soal 2

Sebuah gelombang suara memiliki frekuensi 1000 Hz dan panjang gelombang 0,34 m. Tentukan periode dan kecepatan rambat gelombang tersebut!

Pembahasan:

Kita dapat menggunakan rumus untuk menghitung periode pada gelombang mekanik, yaitu:

$T = \frac{1}{f}$

Keterangan:

$f$ = 1000 Hz

Maka, dapat kita hitung periode gelombangnya sebagai berikut:

$T = \frac{1}{1000}$

$T = 0,001$ s

Selanjutnya, kita dapat menggunakan rumus untuk menghitung kecepatan rambat gelombang pada gelombang mekanik, yaitu:

$v = λ \times f$

Keterangan:

λ = 0,34 m

f = 1000 Hz

Maka, dapat kita hitung kecepatan rambat gelombangnya sebagai berikut:

$v = 0,34 \times 1000$

$v = 340$ m/s

Jadi, periode gelombang suara tersebut adalah 0,001 s dan kecepatan rambat gelombangnya adalah 340 m/s.

Baca juga: Mengenal Apa itu Konsep Impuls dan Momentum Linear

_______________________________________

Semoga pembahasannya mudah dipahami ya, Sobat Pijar! Jika ingin belajar materi tentang Gelombang Mekanik lebih lanjut, Pijar Belajar bisa membantumu, lho! Ada banyak latihan soal yang bisa kamu gunakan untuk menguji kemampuan Fisika-mu. 

Yuk, unduh Pijar Belajar sekarang juga!