Buku siswa Buku siswa Buku siswa

BAB I

PENDAHULUAN

Rasanya baru kemari teman – teman menginjakkan kaki di Sekolah Menengah Atas dan sekarang teman – teman sudah kelas 12, sungguh tidak disangka teman – teman mampu melewati setiap rintangan atau gelombang di tingkat kelas sebelumnya. Hal itu terjadi karena teman – teman memiliki “semangat” dan “rasa ingin tahu” yang tinggi akan ilmu pengetahuan. Semoga semangat belajar dan rasa ingin tahu teman – teman semakin menggebu – gebu utamanya dalam pelajaran fisika karena materi – materi fisika yang akan dipelajari di kelas 12 ini sungguh menarik dan membuat teman – teman semakin menyadari kebesaran – kebesaran Tuhan di jagat raya kita ini.

tergambar bahwa hanya dengan pasangan yang sepadan/semestinya maka kehidupan di bumi akan berlangsung.

Selain itu, dalam sistem kerjanya, listrik selalu bergandengan dengan medan magnet dimana jika suatu kawat dialiri arus listrik maka di sekitaran kawat tersebut terdapat medan magnet. Hal tersebut mengajarkan serta mengingatkan kepada kita bahwa segala yang diciptakan itu tidak ada yang sendiri, semuanya bergandengan menyongsong waktu.

Pada BAB ini, materi yang hendak kita pelajari ialah gelombang khusus untuk gelombang stasioner dan gelombang berjalan. Masih ingatkah teman – teman akan materi gelombang yang pernah kalian dipelajari di SMP? Di SMP telah dijelaskan bahwa setiap gelombang memiliki frekuensi dan frekuensi itu berbeda untuk gelombang yang berbeda pula. Contohnya dapat kita kaitkan dengan negara kita, dimana Indonesia merupakan negara yang memiliki gelombang dengan frekuensi alamiah tersendiri. Indonesia adalah negara yang memiliki budaya sendiri yang diturunkan secara turun temurun kepada anak – cucu bangsa. Indonesia bukanlah negara yang mengadopsi budaya – budaya bangsa lain, budaya Indonesia telah terangkum dalam pancasila yang dijadikan sebagai dasar negara, dimana budaya itu jelas tergambar bahwa Indonesia adalah negara yang beragama yang senantiasa menjunjung tinggi rasa kemanusiaaan, persatuan, kesatuan, dan keadilan sosial. Jika ada warga negara Indonesia memiliki frekuensi alamiah berbeda dengan frekuensi alamiah negara Indonesia maka jadilah orang itu sebagai pemberontak - pemberontak dalam negara. Frekuensi alamiah akan dipelajari pada materi bandul yaitu bandul gandeng yang mengalami resonansi.

Dalam kaitannya dengan kearifan lokal, gelombang dapat dideskripsikan melalui satu cerita yaitu kisah sebuah kelapa yang terombang – ambing dilautan bebas.

Di kisahkan sebuah kelapa tua yang dibawa oleh seorang kakek tua untuk menyebrangi sebuah jembatan. Ketika sedang menyebrangi jembatan, kelapa itu jatuh ke sungai dan terbawa arus hingga ke laut, sempat kelapa itu berteriak minta tolong kepada sang kakek namun sang kakek tidak mendengar teriakan itu. Di laut, kelapa itu terombang – ambing oleh energi gelombang air laut yang sungguh dasyat, namun kelapa itu tidak pernah tenggelam karena ia punya keistimewaan untuk dapat mengapung di atas air laut walaupun massanya cukup besar. Kelapa itu terus bersabar dan tiba suatu waktu, energi gelombang air laut membawanya ke daratan dan setibanya di daratan kelapa itu tidak butuh waktu lama untuk tumbuh karena sebelumnya, melalui gelombang air laut ia telah dipersiapkan untuk tumbuh. Di daratan, kelapa itu tumbuh dengan subur serta berbuah lebat dan menghasilkan keturunan yang banyak dan keturunannya memperindah daerah itu. Cerita tersebut berkaitan dengan kearifan lokal Toraja yang menyatakan bahwa ia tu parri’ na lino umpamawatang batang kale, yang artinya bahwa pencobaan atau penderitaan membuat kita tegar.

Dari cerita diatas menunjukkan bahwa gelombang dapat menghasilkan energi dan energi tersebut dapat melakukan suatu usaha.

Kompetensi Dasar

1.1 Bertambah keimanannya dengan menyadari hubungan keteraturan dan kompleksitas alam dan jagat raya.

1.2 Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan keseimbangan perubahan medan listrik dan medan magnet yang saling berkaitan sehingga memungkinkan manusia mengembangkan teknologi untuk mempermudah kehidupan.

kreatif;inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari – hari sebagai implementasi sikap dalam melakukan percobaan dan diskusi.

2.2 Menghargai kerja individu dan kelompok dalam aktivitas sehari – hari sebagai wujud implementasi melakukan percobaan dan melaporkan hasil percobaan.

3.2 Menganalisis parameter gelombang tegak dan gelombang berjalan pada berbagai kasus nyata.

BAB II

MATERI

GELOMBANG BERJALAN DAN GELOMBANG

STASIONER

Pertemuan 1

A. Pengertian Gelombang

Gelombang adalah gerak cepat dan berulang – ulang yang terdiri dari puncak dan lembah, merambat melalui medium baik itu medium padat, gas maupun cair. Gelombang dapat terlihat secara kasat mata, namun tidak sedikit pula yang tidak dapat terlihat secara kasat mata. Gelombang memiliki banyak manfaat bagi manusia, dengan gelombang semua partikel – partikel di alam saling berhubungan. Dapat dibayangkan seandainya gelombang tidak ada maka semua akan hampa, sebagai contoh jika gelombang cahaya tidak ada maka dunia akan gelap dan jika gelombang bunyi tidak ada maka tidak akan pernah ada bising suara atau semua diam. Gelombang mengalir seperti air dan tidak akan pernah berhenti sehingga seandainya semua gelombang dapat dilihat dan diraba maka penuhlah alam semesta dengan sekat – sekat gelombang. Hal – hal mengenai gelombang di alam semesta merupakan salah satu kebesaran Tuhan yang patut kita syukuri, terkadang sesuatu yang tidak kita lihat dan sadari merupakan sesuatu yang sangat berperan penting dalam keberlangsungan hidup kita.

Struktur fisik gelombang dapat menyerupai atap seng yang terdiri dari bukit dan lembah, hanya saja bukit dan lembah pada atap seng tidak bergerak padahal harusnya bukit dan lembah suatu gelombang harus bergerak.

Adapun besaran fisis pada gelombang ialah: 1. Panjang gelombang ( λ )

(Sumber gambar: http://fisika-sma.us) 2. Frekuensi dan periode gelombang

Frekuensi gelombang (f) adalah banyaknya gelombang yang melewati suatu titik dalam waktu satu detik. Sedangkan periode (T) adalah waktu yang untuk membentuk satu bukit dan satu lembah gelombang. Secara matematis persamaan dari frekuensi dan periode ialah:

f=1

Cepat rambat gelombang (v) adalah besar jarak yang ditempuh satu gelombang selama satu periode. Secara matematis, cepat rambat gelombang dapa ditulis:

v=λ

T atau v=λf

Dengan: v=cepat rambat gelombang(m s) λ=panjang gelombang(m)

f=frekuensi(Hz)dan T=periode(s)

B. Gelombang Berjalan

Gelombang berjalan merupakan gelombang yang merambat dari salah satu ujung medium ke ujung medium yang lain dengan amplitude yang konstan. Gelombang berjalan dapat berupa gelombang yang terjadi pada tubuh ular ketika sedang mengejar katak dimana gelombang tubuh ular mengalirkan energi untuk mengejar katak namun partikel atau bagian tubuh ular tidak berpindah. Gelombang berjalan memiliki banyak manfaat, salah

λ λ

λ

λ

satu contohnya ialah gelombang air laut yang dapat dijadikan sebagai pembangkit listrik, sebagai pengerak peselancar dan perahu nelayan.

Misalkan seutas tali panjang digetarkan sehingga pada tali merambat gelombang tranversal, seperti pada gambar di bawah ini.

(Sumber gambar: http://fisika-sma.us)

Jika tinjaun dilakukan secara harmonis, maka persamaan simpangan getar harmonis pada gelombang di atas dapat dituliskan sebagai beikut.

y=Asinωt Dengan:

y = simpangan gelombang (m) A = amplitude gelombang (m)

ω=¿ kecepatan sudut (rad/s) t = waktu (s)

Pada persamaan, amplitudo (A) akan bernilai positif apabila garis gelombang dimulai pada lengan atas sumbu y dan akan bernilai negatif jika garis gelombang dimulai pada lengan bawah sumbu y.

y_p=simpangan gelombang

ω=kecepatan sudut getaran(rad s )

x = posisi titik P diukur dari titik asal O (m) k = konstanta gelombang

A = amplitude (m)

t = waktu titik asal bergetar (s) f = frekuensi (Hz)

Pada persamaan di atas, (±) artinya jika gelombang merambat ke arah yang negatif maka persamaan akan bernilai negatif dan begitupun sebaliknya. Jika hal itu kita kaitkan dengan kehidupan sehari – hari, maka hal itu sesuai dengan hukum alam yang menyatakan bahwa “sesuatu yang baik/positif akan menghasilkan yang baik pula” dan hal tersebut sesuai pula dengan filsafat Cina (yin-yang) yakni sesuatu yang baik dan yang tidak akan selalu berjalan bersama namun saling berlawanan.

Turunan pertama dari persamaan simpangan pada titik P akan menghasilkan kecepatan getaran di titik P:

vp= dy_p

dt =ω Acos(ωt ±kx)

Turunan dari kecepatan akan menghasilkan percepatan getaran di titik P: a_p=d

C. Sudut Fase, Fase, dan Beda Fase Pada Gelombang

Fase gelombang dapat didefinisikan sebagai bagian atau tahapan gelombang. Dari persamaan simpangan gelombang berjalan yaitu:

y_p=Asin 2π

(

t T ±

x λ

)

Maka besar sudut fase dapat diketahui yaitu: θ_p=2π

(

t

T ± x λ

)

φ_p=

(

t T±

x λ

)

Dengan demikian, hubungan antara sudut fase dan fase gelombangnya dapat ditulis sebagai berikut.

θ_p=2π φ_p

Persamaan beda fase dapat dituliskan sebagai berikut: ∆ φ=φ₁−φ₂=

(

t

1. Sebuah gelombang berjalan dengan persamaan simpangan y=0,4 sin 0,6π(20t−0,5x) dimana y dan x dalam cm dan t dalam s.

e. Kecepatan rambat gelombang Jawab:

Persamaan simpangan y=0,4 sin 0,6π(20t−0,5x) dapat disamakan dengan persamaan y_p=Asin(ωt−kx)

y=0,4 sin 0,6π(20t−0,5x) = 0,4 sin(12πt−0,3πx)

k=2π λ

0,3π=2π λ

λ= 2 0,3=

20 3 cm

e. Kecepatan rambat gelombang v=λf=

(

2

0,3cm

)

(6Hz)=40cm/s

Pertemuan kedua

A. Gelombang Tegak atau Stasioner

Gelombang tegak atau biasa disebut gelombang stasioner merupakan gelombang yang amplitudonya berubah terhadap posisi. Gelombang tersebut dapat terbentuk dari perpaduan atau superposisi dua gelomabang yang memiliki amplitudo, panjang gelombang dan frekuensi yang sama, tetapi arahnya berlawanan. Misalnya, superposisi terus-menerus antara gelombang datang dan gelombang pantul yang merambat pada gelombang tali. Pada Yes… Physics Activity

Ayo, teman – teman siapkan sebuah gabus, batu kerikil, baskom yang diisi air, dan seutas tali dengan panjang 3 meter. Buatlah gelombang pada air di baskom tersebut dengan menjatuhkan kerikil ke atasnya dan letakkan gabus diatas air tersebut. Selain itu, buatlah juga gelombang pada tali 3 meter yang telah teman – teman siapkan seperti gambar berikut:

gelombang stasioner, terdapat titik-titik yang bergetar dengan amplitudo maksimum. Titik ini dinamakan perut gelombang, sedangkan titik-titik yang bergetar dengan amplitudo minimum disebut simpul gelombang.

Gelombang stasioner memiliki peranan yang sangat besar dalam kehidupan sehari – hari, salah satu contoh gelombang stasioner ialah gelombang untuk telekomunikasi alat – alat komunikasi buatan. Berikut adalah ilustrasi gelombang stasioner.

(Sumber gambar: http://fisika-sma.us)

Pada ilustrasi grafis gelombang stasioner diatas, partikel-partikel yang dilalui gelombang bergetar naik turun dengan amplitudo berbeda, bergantung pada posisinya. Gelombang stasioner dalam kehidupan sehari – hari, dapat kita jumpai ketika kita bersosialisasi dengan lingkungan sekitar kita, jika kita menganggap lingkungan sekitar kita, orang sekitar kita itu sungguh menyenangkan berarti kita memiliki gelombang dengan frekuensi yang sama dengan keadaan sekitar kita namun ketika kita menganggap lingkungan sekitar kita kurang menyenangkan berarti gelombang yang kita miliki memiliki frekuensiyang berbeda dengan lingkungan kita. Lalu, bagamana cara kita menyamakan frekuensi gelombang kita dengan frekuensi gelombang lingkungan kita agar kita senantiasa rukun dan mudah bergaul dengan lingkungan, caranya yaitu dengan mengubah sikap kita, mengikuti frekuensi lingkungan kita.

(sumber gambar: http://fisikastudycenter.com)

Persamaan gelombang stasioner akibat pemantulan ujung bebas dapat ditulis sebagai berikut. stasioner di titik P. Dengan demikian, persamaan amplitude di titik P ialah sebagai berikut.

A_P=2Acos 2π

(

x

λ

)

=2Acoskx

Contoh :

Sebuah tali yang panjang, salah satu ujungnya digetarkan terus-menerus dengan amplitudo 10 cm, periode 2 s, sedangkan ujung yang lain dibuat bebas. Jika cepat rambat gelombang pada tali tersebut 18 cm/s dan pada tali terjadi gelombang stasioner, tentukanlah :

a. Amplitudo gelombang stasioner pada titik P yang berjarak 12 cm dari

ujung bebas

b. Letak simpul ke-2 dan perut ke-3 dari ujung bebas.

λ=v x T=18cm

2. Gelombang stasioner pada tali dengan ujung terikat

(sumber gambar: http://fisikastudycenter.com)

Persamaan gelombang stasioner akibat pemantulan ujung terikat dapat ditulis sebagai berikut. stasioner di titik P. Dengan demikian, persamaan amplitude di titik P ialah sebagai berikut.

A_P=2Asin 2π

(

x λ

)

B. Kecepatan Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner terbentuk jika gelombang pantul bersuperposisi dengan gelombang datang. Kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi dan amplitudo sama, tetapi fasenya berlawanan. Untuk membuktikan adanya gelombang stasioner maka terciptalah hukum Melde. Hukum Melde mempelajari tentang besaran-besaran yang mempengaruhi cepat rambat gelombang transversal pada tali. Melalui percobaannya (lakukan kegiatan Melde menemukan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai sebanding dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai. Secara matematis persamaan cepat rambat gelombang dapat dituliskan sebagai berikut.

v=

√

Fl

m atau v=

√

F μ Dengan : v = cepat rambat gelombang (m/s)

μ = _ml = massa kawat per satuan panjang (kg/m)

Praktikum berikut ini selain bertujuan untuk mengukur pemahaman teman – teman tentang materi gelombang stasioner juga akan mengukur keterampilan teman – teman dalam hal merancang, mengamati, dan menarik kesimpulan. Judul Percobaan : Gelombang Stasioner Massal

1. Alat dan Bahan

a. Power supplay 1 buah

b. Vibrator 1 buah

c. Meja 1 buah

d. Kabel penghubung ganda 2 buah

e. Katrol meja 3 buah

f. Beban secukupnya

g. Benang secukupnya

2. Prosedur kerja

a. Menyiapkan alat dan bahan

b. Menghubungkan kabel penghubung ganda ke power supplay yang telah terhubung ke sumber listrik PLN. Posisi power supplay dan vibrator berada ditengah meja dekat dinding.

c. Memasang 1 katrol diujung kanan, 1 katrol di ujung kiri, dan 1 katrol di depan vibrator.

d. Memasang beban pada 3 tali, kemudian menghubungkan tali ke vibrator dengan melalui ketiga katrol yang telah dipasang sebelumnya (setiap katrol dilalui 1 benang).

e. Memanipulasi beban dan jenis tali.

f. Mengamati dan menganalisis secara kualitatif akan peristiwa - peristiwa yang terjadi (melihat pengaruh beban dan jenis tali pada pembentukan jumlah gelombang).

g. Kerjasama dari tiga kelompok yang melakukan percobaan sangat dibutuhkan agar tercapai tujuan pktikum.

h. Berikan kesimpulan dari praktikum yang telah teman – teman lakukan.

BAB III

SOAL – SOAL LATIHAN

Soal berikut merupakan soal untuk mengukur pemahaman teman – teman akan materi gelombang berjalan dan gelombang stasioner. Kerjakanlah soal – soal berikut ini secara kerjasama atau kelompok dengan teman – teman sekelas maupun teman – teman luar kelas Anda!

1. Gelombang laut merupakan salah satu contoh gelombang berjalan. Tuliskan pendapat anda tentang pernyataan tersebut?

2. Tuliskan sebanyak mungkin contoh gelombang berjalan yang Anda jumpai dalam kehidupan sehari – hari. Jelaskan mengapa contoh tersebut Anda sebut sebagai gelombang berjalan?

3. Tuliskan contoh penerapan gelombang berjalan dalam kehidupan di jagat raya ini?

5. Persamaan simpangan gelombang berjalan memenuhi y=0,05 sin(16πt+4x). Berapakah besar cepat rambat geombang tersebut?

6. Gelombang pada tali merambat dengan kecepatan 6 m/s. jika jarak antara 3 puncak gelombang yang berurutan adalah 36 meter, tentukan:

a. Panjang gelombang

b. Frekuensi gelombang tersebut

7. Persamaan gelombang berjalan pada seutas tali dinyatakan dengan y=0,02 sin(20πt−0,2πx). jika x dan y dalam cm dan t dalam sekon, tentukan:

a. Amplitudo

b. Panjang gelombang c. Kelajuan perambatan d. Bilangan gelombang e. Frekuensi gelombang

8. Sebuah gelombang merambat pada tali yang memenuhi persamaan y=0,4 sin 2π(60t−0,4x) dimana y dan x dalam meter dan t dalam sekon, tentukanlah:

a. Cepat rambat gelombang

b. Beda fase antara titik A dan B pada tali yang terpisah sejauh 1 m.

9. Deskripsikanlah secara singkat dalam satu halaman kertas tentang materi gelombang berjalan yang telah Anda pahami.

10. Jelaskan dengan kata – kata Anda sendiri akan pengertian dari gelombang stasioner.

11. Tuliskan beberapa contoh gelombang stasioner dalam kehidupan sehari – hari dan tuliskan pula contoh penerapannya dalam kehidupan di jagat raya ini.

tersebut terjadi gelombang stasioner, maka tentukanlah amplitudo gelombang stasioner pada titik P yang berjarak 12 cm dari ujung bebas. 13. Sepotong tali yang panjangnya 5 meter, salah satu ujungnya terikat kuat

sedang ujung yang lainnya digerakkan secara kontinu dengan amplitudo 10 cm dan frekuensi 4 Hz. Jika cepat rambat gelombang pada tali itu 8 m/s, tentukanlah:

a. Amplitudo titik P yang terletak 1,5 meter dari ujung terikat b. Jarak simpul ke-3 dari ujung terikat

c. Jarak perut ke-2 dari ujung terikat

14. Terdapat percobaan Melde yang menggunakan tali dengan panjang 2 meter dan massanya 2,5 gr serta diberi gaya tegangan sebesar 50 N. Tentukan berapa m/s cepat rambat gelombang pada tali tersebut!

15. Seutas tali yang panjangnya 75 cm digetarkan naik turun pada salah satu ujungnya, sedangkan ujung yang lain bergerak bebas. Tentukan panjang gelombang yang terjadi jika jarak perut ke-5 dari titik asal getaran sebesar 25 cm dan tentukan pula jarak simpul ke-3 dari titik asal getaran.

16. Seutas tali digetarkan sehingga membentuk gelombang yang berfrekuensi 20 Hz dan cepat rambat gelombang 4 m/s. Tentukanlah tempat kedudukan perut dan simpul dari ujung pemantulan gelombang tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Budianto, Joko. 2009. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Pusat Perbukuan Depertemen Pendidikan Nasional

Indrajit, Dudi. 2009. Mudah dan Aktif Belajar Fisika 3 Untuk Kelas Menengah Atas/Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Jakarta: Pusat Perbukuan Depertemen Pendidikan Nasional

Suharyanto, dkk. 2009. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Pusat Perbukuan Depertemen Pendidikan Nasional

STRATEGI PEMBELAJARAN

DI SUSUN OLEH :

Aprilia Manta Patimang

(1412041002)

PRODI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM