Gelombang Mekanik: Pengertian, Sifat, Rumus, Contoh Soal

Dalam kehidupan sehari-hari, manusia selalu berhubungan dengan gelombang. Jenis gelombang dibedakan berdasarkan arah rambat dan arah getar, mediumnya, dan amplitudo gelombang. Berdasarkan medium rambatannya, gelombang dibedakan menjadi gelombang mekanik dan elektromagnetik.

Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium perambatan agar bisa merambat dari sumber getaran. Ada banyak contoh gelombang dalam kehidupan sehari-hari yang termasuk ke dalam gelombang mekanik seperti gelombang bunyi, gelombang tali dan gelombang air.

Pengertian Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik merupakan jenis gelombang yang dibedakan berdasarkan medium perambatannya. Gelombang mekanik adalah getaran yang merambatkan energinya melalui medium perambatan tertentu baik itu zat cair, zat padat dan zat udara.

Contoh gelombang mekanik adalah gelombang bunyi yang merambat melalui medium udara hingga bisa terdengar ke telinga manusia. Oleh karena itu, gelombang mekanik tidak dapat merambat apabila tidak terdapat medium sama sekali.

Contohnya adalah astronot di luar angkasa apabila berbicara maka suaranya tidak akan terdengar oleh rekannya karena tidak terdapat medium perambatan. Luar angkasa merupakan ruang hampa udara sehingga tidak memiliki medium rambat.

Gelombang yang bergerak memindahkan energi saat merambat dari sumber ke tujuan disebut sebagai gelombang berjalan.

Selain dibedakan berdasarkan medium rambatan, gelombang dapat dibedakan berdasarkan arah getaran dan arah rambatannya, yakni gelombang longitudinal dan gelombang transversal.

Gelombang Transversal

Gelombang transversal merupakan jenis gelombang yang arah getarannya tegak lurus terhadap arah rambatannya. Arah getaran gelombang transversal adalah ke atas serta ke bawah, sementara arah rambatan gelombang transversal adalah ke sisi kanan atau kiri.

Contoh gelombang transversal adalah gelombang air, gelombang listrik serta gelombang elektromagnetik. Di bawah ini ditunjukkan gambar gelombang transversal.

Gambar 1. Gelombang Transversal

Gelombang transversal mempunyai titik puncak gelombang yakni titik yang dicapai gelombang saat menyentuh simpangan maksimum ke arah atas.

Sementara ketika gelombang transversal menyentuh simpangan maksimum di sisi bawah, maka titik yang dicapai di bawah ini disebut sebagai titik lembah gelombang. Jarak yang terbentuk dari garis normal terhadap puncak dan lembah gelombang disebut sebagai amplitudo.

Panjang satu gelombang transversal adalah jarak antara dua titik yang mempunyai fase gelombang sama, misalnya jarak dari dua buah puncak gelombang. Di bawah ini ditunjukkan gambar panjang satu gelombang transversal, amplitudo dan sebagainya.

Gambar 2. Komponen gelombang transversal

Gelombang Longitudinal

Gelombang longitudinal merupakan jenis gelombang yang mempunyai arah rambat sejajar dengan arah getarannya. Contoh mudah melihat skema gelombang longitudinal adalah pada getaran pegas. Di bawah ini merupakan gambar dari gelombang longitudinal.

Gambar 3. Gelombang longitudinal pada pegas

Arah getaran gelombang longitudinal adalah ke sisi kanan dan kiri sementara arah rambatannya adalah ke sisi kanan sesuai gambar di atas. Komponen pada gelombang longitudinal terdiri dari regangan dan rapatan.

Sementara panjang satu gelombang longitudinal merupakan jarak antara dua buah regangan atau jarak antara dua rapatan atau bisa juga dikatakan panjang satu gelombang terdiri dari satu rapatan dan satu regangan. Berikut adalah gambar komponen gelombang longitudinal.

Gambar 4. Komponen dari gelombang longitudinal

Karakteristik Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik memiliki beberapa karakteristik khusus sebagai berikut:

  • Gelombang mekanik memerlukan medium untuk bisa merambat
  • Gelombang mekanik mempunyai komponen frekuensi gelombang
  • Gelombang mekanik mempunyai kecepatan rambat gelombang
  • Gelombang mekanik mempunyai panjang gelombang yang merupakan jarak antara dua titik yang mempunyai fase gelombang sama

Rumus Gelombang Mekanik

Rumus Panjang Gelombang

Panjang gelombang merupakan jarak yang ditempuh oleh suatu gelombang dalam kurun waktu satu periode atau satu detik. Baik gelombang longitudinal dan gelombang transversal, panjang satu gelombang terdiri dari jarak antara dua buah titik yang mempunyai fase gelombang sama.

Panjang gelombang dituliskan dengan lambang λ (lambda). Satuan panjang gelombang dalam Sistem Internasional (SI) adalah meter (m).

Panjang gelombang (λ) bisa dihitung dengan membagi jarak gelombang terhadap jumlah gelombang yang ditempuh.

Keterangan:

x = jarak panjang gelombang (m)
n = jumlah gelombang yang terbentuk

atau

λ = v x T

Keterangan:

v = cepat rambat gelombang (m/s)
T = periode gelombang (s)

Rumus Periode Gelombang

Periode merupakan waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang penuh. Periode dalam gelombang dilambangkan dengan huruf T. Satuan periode gelombang dalam Sistem Internasional (SI) adalah sekon atau detik.

Keterangan:

n = jumlah gelombang
t = waktu (s)

Rumus Frekuensi Gelombang

Frekuensi merupakan jumlah gelombang yang terbentuk oleh suatu gelombang selama kurun waktu satu detik. Frekuensi dilambangkan menggunakan huruf f. Berdasarkan Sistem Internasional (SI), satuan frekuensi menggunakan satuan Hertz (Hz).

Keterangan:

n = jumlah gelombang
t = waktu (s)

Hubungan antara frekuensi gelombang dan periode gelombang dapat digambarkan menggunakan persamaan di bawah ini:

Rumus Cepat Rambat Gelombang

Cepat rambat gelombang menunjukkan jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam kurun waktu satu detik. Cepat rambat gelombang dirumuskan dengan membagi panjang gelombang terhadap periode gelombang. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan simbol v.

Dalam Satuan Internasional (SI), satuan cepat rambat gelombang adalah m/s. Berikut rumus cepat rambat gelombang:

Sifat Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik mempunyai beberapa sifat yang menjadi sifat umum dari gelombang. Berikut adalah sifat dari gelombang mekanik:

  • Gelombang mekanik bersifat bisa dipantulkan (refleksi)
  • Gelombang mekanik bersifat bisa dibiaskan (refraksi)
  • Gelombang mekanik bersifat bisa dibelokkan (Difraksi)

Contoh Latihan Soal

  • Soal 1

Suatu gelombang merambat melalui seutas tali dengan frekuensi sebesar 14 Hz. Apabila jarak yang ditempuh oleh gelombang tersebut dalam satu periode adalah 10 cm, tentukan berapakah cepat rambat dari gelombang seutas tali tersebut?

Pembahasan

Diketahui:

f = 14 Hz
λ = 10 cm = 0,1 m

Jawab:

Untuk menghitung cepat rambat gelombang menggunakan rumus di bawah ini:

v = λ x f

v = 0,1 m x 14 Hz

v = 1,4 m/s

  • Soal 2

Permukaan air menghasilkan gelombang yang merambat dengan panjang gelombang sebesar 5 m. Apabila waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang sebesar 0,25 s. Tentukan:

a. Frekuensi gelombang
b. Cepat rambat gelombang

Pembahasan

Diketahui:

T = 0,25 s
λ = 5 m

Jawab:

a. Frekuensi gelombang:

b. Cepat rambat gelombang:

Gelombang merupakan getaran yang merambat dengan membawa energi. Gelombang bisa merambat melalui medium yang disebut sebagai gelombang mekanik. Berbagai jenis gelombang mekanik sangat berguna dalam kehidupan sehari-hari yakni gelombang bunyi, gelombang air laut dan lainnya.

Kembali ke Materi Fisika