Di sekolah, kamu sudah mempelajari tentang pengertian gelombang beserta contoh-contohnya. Namun, apakah kamu pernah mendengar gelombang stasioner? Kira-kira apa perbedaan antara gelombang ini dengan gelombang yang lain? Ada berapa macam gelombang yang ada? Simak artikel berikut ini!
Daftar ISI
Pengertian Gelombang
Sebelum masuk ke penjelasan inti dan spesifik terkait gelombang stasioner, alangkah baiknya kamu mengetahui pengertian gelombang secara umum terlebih dahulu.
Pada umumnya, gelombang merupakan getaran yang merambat. Contoh mudahnya, coba kamu amati gelombang air laut di pantai akibat hembusan angin. Gelombang tersebut dapat memindahkan energi tertentu dari satu tempat ke tempat yang lain.
Selain itu, apakah kamu tahu bagaimana cara astronot berkomunikasi dengan satu sama lain ketika berada di luar angkasa? Mereka memanfaatkan gelombang radio untuk bisa berkomunikasi.
Kenapa bisa seperti itu? Luar angkasa adalah ruang hampa udara, yang berarti astronot tidak akan bisa mendengar suara satu sama lain. Oleh karena itu, mereka menggunakan gelombang radio karena termasuk ke dalam gelombang elektromagnetik yang tidak memerlukan medium untuk merambat.
Menarik, ya? Sekarang, bagaimana kalau gelombang stasioner? Apakah sama atau berbeda? Kira-kira apa saja contohnya?
Mari kita lanjut ke pembahasan lebih spesifik mengenai gelombang stasioner dan contoh-contohnya berikut ini.
Pengertian Gelombang Stasioner
Dalam ilmu fisika, gelombang adalah salah satu cabang ilmu yang menarik perhatian para ilmuwan dan peneliti, begitu pula dengan gelombang stasioner. Pada dasarnya, gelombang stasioner terjadi saat dua gelombang bergerak ke arah yang berlawanan dan saling tumpang tindih sehingga membentuk pola tetap yang tidak bergerak.
Pada gelombang ini, terdapat titik-titik yang disebut dengan simpul yang tampak diam, dan titik-titik lainnya yang disebut dengan perut akan bergerak secara maksimum. Fenomena ini dapat kamu temukan pada berbagai macam gelombang, seperti gelombang suara, gelombang tali, gelombang air, dan gelombang elektromagnetik.
Prinsip
Gelombang ini terbentuk oleh superposisi dua gelombang dengan sifat yang sama, tapi bergerak ke arah yang berlawanan. Proses pembentukan gelombang ini melibatkan interferensi dan refleksi dari gelombang tersebut.
Saat gua gelombang bertemu, gelombang-gelombang ini akan saling tumpang tindih dan menghasilkan penjumlahan amplitudo pada titik-titik tertentu. Jika simpangan gelombang pada titik tumpang tindih ini berlawanan arah dan amplitudonya sama besar, maka terbentuklah gelombang stasioner dengan simpul di titik-titik tersebut.
Jika kamu masih bingung, coba perhatikan contoh-contoh dari jenis gelombang ini pada pembahasan berikutnya.
Contoh-Contohnya
Terdapat beberapa benda yang menghasilkan gelombang stasioner pada kehidupan kita sehari-hari. Contoh-contohnya adalah sebagai berikut:
1. Gelombang pada Tali
Tali adalah satu contoh yang paling umum dari terbentuknya gelombang stasioner, yaitu pada tali yang diikatkan pada kedua ujungnya.
Ketika tali ini digetarkan pada frekuensi tertentu, maka akan terbentuk gelombang yang bergerak maju dan mundur di kedua arah.
Ketika gelombang-gelombang ini bertemu di tengah-tengah tali, maka mereka akan membentuk gelombang stasioner dengan simpul di titik tengah dan perut di ujung tali.
2. Gelombang Suara dalam Tabung Terbuka
Apakah kamu tahu bahwa gelombang suara ternyata juga dapat mengalami gelombang stasioner? Benar, hal ini terjadi ketika gelombang suara mengalami refleksi di dalam tabung terbuka, gelombang-gelombang ini dapat membentuk pola stasioner dengan simpul pada titik tertentu di dalam tabung.
3. Gelombang Air pada Permukaan yang Terbatas
Contoh gelombang air pada permukaan yang terbatas adalah permukaan kolam renang atau bak mandi. Kedua contoh tersebut juga dapat membentuk gelombang stasioner. Ketika gelombang air mencapai ujung bak dan terjadi refleksi, maka mereka dapat membentuk pola stasioner dengan simpul dan perut pada titik tertentu.
Aplikasinya dalam Kehidupan
Terdapat beberapa aplikasi gelombang stasioner di berbagai bidang di kehidupan sehari-hari kita. Apa saja itu?
1. Musik
Gelombang stasioner memiliki peran penting dalam dunia musik, seperti membentuk harmoni dan nada pada berbagai instrumen musik. Contohnya, senar-senar pada gitar yang dipetik akan mengalami gelombang serta membentuk simpul dan perut yang berbeda, sehingga menghasilkan berbagai nada yang berbeda juga.
2. Pengetahuan dan Teknologi
Dalam dunia ilmu pengetahuan dan teknologi, salah satu aplikasi lainnya adalah mikrofon. Ketika suara mengenai membran mikrofon, gelombang suara akan mengalami gelombang stasioner, yang kemudian berubah menjadi sinyal listrik yang kemudian masuk ke sistem audio.
Selain itu, gelombang ini juga memiliki peran dalam berbagai penelitian dan eksperimen untuk memahami sifat gelombang dan perilakunya dalam kondisi tertentu.
3. Telekomunikasi
Dalam bidang telekomunikasi juga terdapat gelombang, seperti pada antena gelombang mikro dan dalam perangkat akustik seperti loudspeaker.
4. Industri dan Teknik
Dalam industri dan teknik, pemahaman tentang gelombang ini juga dapat membantu untuk optimalisasi desain dan kinerja di berbagai struktur dan sistem. Contohnya, dalam rekayasa bangunan, kamu juga harus memperhitungkan gelombang ini agar struktur bangunan aman dari getaran berlebih atau bahkan runtuh.
Apakah Pemahaman Gelombang Stasioner Penting?
Tentu saja penting. Pemahaman tentang gelombang ini memiliki implikasi yang luas dalam berbagai bidang. Seperti penjelasan sebelumnya, dalam dunia musik, pemahaman tentang gelombang memungkinkan adanya pengembangan instrumen musik dan pemahaman yang lebih mendalam lagi terkait harmoni dan nada.
Dalam teknologi, pemahaman tentang gelombang ini juga dapat membantu pengembangan perangkat dan sistem yang lebih efisien.
Lalu dalam ilmu pengetahuan pun pemahaman ini juga sangat penting untuk memahami fenomena alam dan menerapkannya dalam penelitian atau eksperimen.
Rumus
Setelah mengetahui pengertian dan berbagai macam fenomena gelombang yang terjadi di lingkungan sekitar kita, sekarang waktunya kamu untuk tahu bagaimana rumus dari gelombang stasioner.
Pada dasarnya, gelombang stasioner merupakan hasil penggabungan antara dua gelombang yang berbeda dan gelombang yang sering berubah-ubah. Gelombang ini terbagi menjadi dua. Jenis yang pertama adalah gelombang stasioner ujung tetap dan yang kedua adalah ujung bebas.
Secara matematis, rumus persamaannya adalah sebagai berikut.
y = 2A sin kx cos ωt
Y = Ap sin cos ωt
Keterangan:
y = Simpangan gelombang stasioner (m);
A = Amplitudo pada tiap-tiap gelombang berjalan;
x = jarak sebuah titik dari ujung yang diikat;
ω = frekuensi sudut (rad/s), dan nilainya sama dengan 2π f;
k = bilangan/tetapan gelombang dan nilainya sama dengan 2π/λ;
λ = panjang gelombang (m);
Ap = amplitudo gelombang (m).
Catatan tambahan:
2A sin kx adalah amplitudo gelombang stasioner atau Ap.
Contoh Soal dan Pembahasan
Jika kamu masih bingung, mari kita kerjakan latihan soal berikut. Jangan khawatir karena akan ada pembahasan serta jawabannya.
Contoh soal:
Sepotong senar memiliki panjang sebesar 5 meter dan memiliki ujung yang terikat kuat. Sementara itu, ujung yang lain bergerak secara berkelanjutan dengan amplitudo 10 cm dan frekuensi 4 Hz. Jika cepat rambat gelombang pada sepotong senar tersebut adalah 8 m/s, hitunglah amplitudo titik B yang terletak 1,5 meter dari ujung yang terikat!
Pembahasan:
Amplitudo di titik B yang terletak 1,5 meter dari ujung terikat dapat kamu hitung dengan menggunakan rumus berikut:
Ap = 2A sin kx
Ap = 2A sin π 1,5
Ap = 2 . 10 . sin 1,5 . π
Ap = 20 . sin 270o
Ap = 20 (-1)
Ap = -20 cm
Jadi, amplitudo di titik B yang terletak 1,5 meter dari ujung terikat senar tersebut adalah -20 cm.
Contoh Soal 2
Sebuah gitar memiliki senar yang memiliki panjang 3 meter dan memiliki ujung yang terikat kuat. Sementara itu, ujung yang lain dapat bergerak secara berkelanjutan dengan amplitudo sebesar 12 cm dan frekuensi 6 Hz.
Jika cepat rambat gelombang pada sepotong senar tersebut adalah 9 m/s, hitunglah amplitudo yang berada di titik B yang terletak 1,5 meter dari ujung yang terikat!
Pembahasan:
Amplitudo di titik B yang terletak 1,5 meter dari ujung terikat dapat kamu hitung dengan menggunakan rumus berikut:
Ap = 2A sin kx
Ap = 2A sin π 1,5
Ap = 2 . 12 . sin 1,5 . π
Ap = 24 . sin 270o
Ap = 24 (-1)
Ap = -24 cm
Jadi, amplitudo di titik B yang terletak 1,5 meter dari ujung terikat senar tersebut adalah -24 cm.
Kesimpulan
Singkatnya, gelombang stasioner adalah fenomena yang terjadi ketika dua gelombang yang memiliki frekuensi dan amplitudo sama bergerak dalam arah yang berlawanan, saling tumpang tindih, serta membentuk pola tetap yang tampak diam. Dalam artian lain, gelombang ini membentuk pola yang tidak bergerak secara keseluruhan.
Selain itu, kamu juga telah mempelajari bagaimana pemahaman mengenai gelombang stasioner yang sangat penting untuk perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi masyarakat modern.
