Fenomena dan Teknologi terkait Gelombang

Fenomena sekitar dan Teknologi terkait Gelombang

Ø  Pengertian

Gelombang adalah suatu gangguan yang menjalar dengan kecepatan yang tertentu. Sumber gangguan umumnya berupa suatu sistem osilasi. Gerak gelombang dapat dipandang sebagai perpindahan energi dan momentum tanpa perpindahan materi. Gelombang terjadi karena adanya usikan yang merambat.Menurut konsep fisika, cerminan gelombang merupakan rambatan usikan, sedangkan mediumnya tetap. Jadi, gelombang merupakan rambatan pemindahan energi tanpa diikuti pemindahan massa medium.

Ø  Sifat Gelombang

a. Dipantulkan (Refleksi)

Tentunya sahabat sudah sangat mengerti tentang pemantulan ini, jadi secara garis besar saya rasa kita sudah sepaham.

Dalam pemantulan gelombang berlaku hukum pemantulan gelombang, yaitu :

• Besar sudut datangnya gelombang sama dengan sudut pantul gelombang.
• Gelombang datang, gelombang pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.

b. Dibiaskan (refraksi)

Pembiasan gelombang adalah pembelokan arah rambat gelombang karena melalui medium yang berbeda kerapatannya.

c. Dipadukan (interferensi)

Perpaduan gelombang terjadi apabila terdapat gelombang dengan frekuensi dan beda fase saling bertemu. Hasil interferensi gelombang akan ada 2, yaitu konstruktif (saling menguatkan) dan destruktif (saling melemahkan). Interferensi Konstruktif terjadi saat 2 gelombang bertemu pada fase yang sama, sedangkan interferensi destruktif terjadi saat 2 gelombang bertemu pada fase yang berlawanan.

d. Dibelokkan/disebarkan (Difraksi)

Difraksi gelombang adalah pembelokkan/penyebaran gelombang jika gelombang tersebut melalui celah. Geja difraksi akan semakin tampak jelas apabila celah yang dilewati semakin sempit. 

e. Dispersi Gelombang

Dispersi adalah penyebaran bentuk gelombang ketika merambat melalui suatu medium. Dispersi tidak akan terjadi pada gelombang bunyi yang merambat melalui udara atau ruang hampa. Medium yang dapat mempertahankan bentuk gelombang tersebut disebut medium nondispersi.

f. Dispolarisasi (diserap arah getarnya)

Polarisasi adalah peristiwa terserapnya sebagian arah getar gelombang sehingga hanya tinggal memiliki satu arah saja. Polarisasi hanya akan terjadi pada gelombang transversal, karena arah gelombang sesuai dengan arah polarisasi, dan sebaliknya, akan terserap jika arah gelombang tidak sesuai dengan arah polarisasi celah tersebut.

Ø  Jenis Gelombang

Di alam ini banyak sekali terjadi gelombang. Contohnya ada gelombang air, gelombang tali, cahaya, bunyi, dan gelombang radio. Apakah semua gelombang itu sama? Ternyata semua gelombang itu dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis sesuai sifat kemiripannya contohnya dapat dibagi dengan dasar berikut.

·      Gelombang Berdasarkan Arah Rambat Dan Arah Getar

Berdasarkan arah rambat dan arah getarnya, gelombang dapat dibagi menjadi dua.

1. Pertama, gelombang transversal yaitu gelombang yang arah rambat tegak lurus pada arah getarnya. Contohnya gelombang air, tali dan cahaya. Sewaktu gelombang mekanik berjalan melalui medium, partikel yang membentuk medium mengalami berbagai macam perpindahan (pergeseran), yang bergantung pada sifat gelombangnya. Misalnya yang terjadi pada gelombang dawai, jika ujung dawai atau tali yang mengalami tegangan kita goyang sedikit ke arah atas, maka goyangan itu berjalan sepanjang dawai tersebut. Bagian-bagian dawai yang berurutan mengalami gerak yang sama dengan yang kita berikan kepada ujung dawai itu, tetapi setelahnya secara berurutan. Karena pergeseran medium itu tegak lurus atau transversal terhadap arah perjalanan gelombang sepanjang medium itu, maka gelombang ini disebut gelombang transversal

2. gelombang longitudinal yaitu gelombang yang arah rambat dan arah getarnya sejajar. Misalnya piston, jika kita menggerakkan piston itu satu kali bolak balik, maka fluktuasi tekanan akan berjalan sepanjang medium itu. Pada waktu ini, gerakan partikel-partikel medium itu adalah gerakan bolak-balik sepanjang arah yang sama seperti arah perjalanan gelombang. Contohnya gelombang pegas dan bunyi.

·      Gelombang Berdasarkan Media Perambatannya

Berdasarkan mediumnya, gelombang juga dapat dibagi menjadi dua.

1.    Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang membutuhkan media (zat perantara) dalam merambat. Artinya jika tidak ada medium, maka gelombang tidak akan terjadi. Contohnya adalah Gelombang Bunyi yang zat perantaranya udara, jadi jika tidak ada udara bunyi tidak akan terdengar.Contoh lain yaitu gelombang tali dan bunyi, dan gelombang pada permukaan air. Apa yang terjadi jika ada dua orang astronot yang bercakap-cakap diruang hampa? Jawabnya tentu tidak bisa secara langsung dari percakapan antar bunyi dari mulutnya.

2.    Gelombang Elektromagnetik, yaitu gelombang yang tidak membutuhkan media dalam merambat. Artinya gelombang ini bisa merambat dalam keadaan bagaimanapun tanpa memerlukan medium. Contohnya adalah gelombang cahaya yang terus ada dan tidak memerlukan zat perantara. Contoh lainnya gelombang radio dan sinar-X.

·      Gelombang Berdasarkan Amplitudonya

Berdasarkan amplitudonya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua jenis juga.

1. Gelombang Berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya tetap. berjalan.
2. Gelombang Stasioner, yaitu gelombang yang amplitudonya berubah sesuai posisinya.

Gelombang bergerak melintasi jarak yang jauh, tetapi medium (cair, padat, atau gas) hanya bisa bergerak terbatas. Dengan demikian, walaupun gelombang bukan merupakan materi, pola gelombang dapat merambat pada materi. Sebuah gelombang terdiri dari osilasi yang bergerak tanpa membawa materi bersamanya. Gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat lain. Pada kasus gelombang laut, energi diberikan ke gelombang air, misalnya oleh angin di laut lepas. Kemudian energi dibawa oleh gelombang ke pantai.

Gelombang periodik merupakan gerak gelombang secara teratur dan berulang-ulang yang mempunyai sumber berupa gangguan yang kontinu dan berosilasi, berupa getaran atau osilasi. Gelombang air bisa dihasilkan oleh benda penggetar apapun yang diletakkan di permukaan, seperti tangan, atau air itu sendiri dibuat bergetar ketika angin bertiup melintasinya, dan bisa juga karena sebuah batu yang dilempar ke dalamnya.

Ø  Fenomena Gelombang dan Penerapan Gelombang dalam Teknologi

Contoh Fenomena Gelombang

·         Fenomena gelombang air

Ketika kita melihat fenomena gelombang laut, ternyata, air gelombang tidak bergerak maju, melainkan melingkar. Sehingga air hanya bergerak naik-turun begitu gelombang melintas. Tepi pantai menahan dasar gelombang, sehingga puncak gelombang bergerak lebih cepat untuk memecah di tepi pantai. Dengan demikian, terjadinya gerak gelombang laut dapat dirumuskan sebagai berikut. Pertama, air mencapai dasar lingkaran pada lembah gelombang. Kemudian, air mencapai bagian atas lingkaran pada puncak gelombang. Lalu, puncak gelombang memecah di tepi pantai. Gelombang air bergerak dengan kecepatan yang bisa diketahui. Tetapi, setiap partikel pada air itu sendiri, hanya berosilasi terhadap titik setimbang.

Pada gelombang yang merambat  di atas permukaan air, air bergerak naik  dan turun pada saat gelombang merambat, tetapi partikel air pada umumnya tidak bergerak maju bersama  dengan gelombang. Gelombang seperti ini disebut gelombang transversal, karena gangguannya tegak lurus terhadap arah rambat, seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah, gelombang elektro magnetik termasuk jenis gelombang ini, karena medan listrik  dan medan magnet berubah secara periodik dengan arah tegak lurus satu sama lain. Dan juga tegak lurus terhadap arah rambat.

·         Selalu adanya gelombang pada laut

Prinsip terjadinya :

Gelombang adalah energi yang merambat, bentuk-bentuk energi dapat berupa macam-macam, seperti halnya dengan tejadinya gelombang pada laut, gelombang terjadi karena adanya energi yang menyertainya. Atomosfer bumi selalu berubah-ubah, perbedaan tekanan antara satu daerah dengan yang lainnya berbeda, hal inilah yang dapat mengakibatkan terjadinya angin. Angin di atas lautan mentransfer energinya ke perairan yang menyebakan terjadinya gelombang. Ketika gelombang memasuki zona pantai maka gelombang akan membentuk ombak besar karena perbedaan ketinggian dari dasar laut.

Ketika kita melihat fenomena gelombang laut, ternyata, air gelombang tidak bergerak maju, melainkan melingkar. Sehingga air hanya bergerak naik-turun begitu gelombang melintas. Tepi pantai menahan dasar gelombang, sehingga puncak gelombang bergerak lebih cepat untuk memecah di tepi pantai. Dengan demikian, terjadinya gerak gelombang laut dapat dirumuskan sebagai berikut. Pertama, air mencapai dasar lingkaran pada lembah gelombang. Kemudian, air mencapai bagian atas lingkaran pada puncak gelombang. Lalu, puncak gelombang memecah di tepi pantai. Gelombang air bergerak dengan kecepatan yang bisa diketahui. Tetapi, setiap partikel pada air itu sendiri, hanya berosilasi terhadap titik setimbang.

·         Fenomena Gelombang bunyi

Pada gelombang bunyi, udara secara bergantian mengalami perapatan  dan perenggangan karena adanya pergeseran pada arah gerak. Gelombang seperti ini disebut  gelombang longitudinal. Rapatan adalah daerah sepanjang gelombang longitudinal  yang memiliki tekanan  dan kerapatan molekul-molekulnya lebih tinggi  dibandingkan saat tidak ada gelombang yang melewati daerah tersebut. Sementara itu, daerah dengan tekanan dan kerapatan molekul-molekulnya lebih rendah dibandingkan saat tidak ada gelombang yang melewatinya disebut  renggangan. Gelombang longitudinal ini  ditunjukkan oleh gambar berikut.

·         Fenomena gelombang tali

Semua gelombang memindahkan energinya tidak secara permanen melainkan melalui medium perambatan gelombang tersebut. Gelombang disebut juga dengan gelombang berjalan atau gelombang merambat disebabkan adanya perpindahan energi  dari satu tempat ke tempat lain karena getaran. Pada gelombang transversal, misalnya gelombang tali, seperti yang  ditunjukkan gambar dibawah, memperlihatkan gelombang merambat ke kanan sepanjang tali. Tiap partikel tali berosilasi bolak-balik pada permukaan meja.

Tangan yang berosilasi memindahkan energi ke tali, yang kemudian membawanya sepanjang tali  dan  dipindahkan ke ujung lain. Grafik perpindahan gelombang tali tersebut dapat  diamati pada gambar berikut.

Contoh nyata adanya gelombang dalam kehidupan sehari-hari, yaitu terbentuknya ombak yang ada di laut, gelombang yang terdapat pada bendera saat diterpa angin, gempa bumi, dan sebagainya. Pada kasus gempa bumi, gelombang merambat melalui lapisan bumi dan membawa energi yang besar.

·         Terjadinya pelangi

Prinsip terjadinya : Cahaya yang berasal dari matahari adalah cahaya yang bersifat polikromatik yaitu cahaya yang terdiri dari beberapa panjang gelombang. Oleh karenanya cahaya polikromatik ini dapat dipisah menjadi beberapa cahaya monokromatik yakni cahaya yang terdiri dari 1 panjang gelombang saja yang dapat secara jelas dilihat oleh mata seperti merah. Proses yang dapat membuatnya menjadi demikian dapat secara jelas dilihat pada pelangi. Beberapa saat setelah hujan turun yaitu ketika hujan turun rintik-rintik, partikel-partikel air memenuhi atmosfer, dan cahaya matahari yang masuk ke bumi terbiasakan oleh partikel air tersebut, masing-masing panjang gelombang terbiaskan/terbelokkan dengan sudut yang berbeda, hal ini disebabkan karena masing-masing warna yang terbiaskan mempunyai frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda.

·         Perbedaan kondisi di dalam atmosfer bumi dan di luar atmosfer bumi / luar angkasa

Prinsip terjadinya : Ada perbedaan kondisi yang mencolok antara bumi dengan luar angkasa, yakni ada atau tidaknya medium yaitu udara. Dalam batas antara atmosfer dengan permukaan bumi terdapat udara sebagai medium paling dominan sedangkan pada luar angkasa tidak ada medium. Hal ini menyebabkan beberapa fenomena yang berlainan. Pertama jika kita memandang ke atas tampak langit berwarna biru yang disebabkan karena udara mengabsorbsi cahaya dan menghamburkan spektrum warna yang berbeda dengan asalnya yaitu biru sedangkan di luar angkasa lingkungan di sekitarnya berwarna hitam karena tidak adanya udara yang dapat menghamburkan cahaya sehingga cahaya yang terlihat hanya berasal dari sumbernya saja. Kedua apabila kita berbicara di dalam atmosfer bumi maka suara kita akan terdengar karena adanya medium yaitu udara, karena bunyi termasuk gelombang logitudinal yang membutuhkan medium dalam perambatannya sedangkan apabila kita bersuara di luar angkasa/ruang hampa tidak akan terdengar karena tidak adanya medium, jalan satu-satunya untuk berkomunikasi adalah melalui radio yang termasuk gelombang transversal

• Dapat membedakan suara yang terdengar (spesifik)

Prinsip terjadinya : Meski suara manusia memiliki pita suara yang bentuk dan jenisnya sama, setiap frekuensi menghasilkan nada yang berbeda-beda. Sebagian suara yang kita dengar tidak hanya 1 frekuensi tertentu, bisa jadi beberapa frekuensi sekaligus. Suara berasal dari getaran. Manusia dapat mendengar suara yang frekuensinya antara 20 Hertz hingga 20.000 Hertz. Artinya, benda bergetar sebanyak 20 hingga 20.000 kali setiap detik. Terlepas dari rentangan frekuensi tersebut, manusia tidak akan mampu mendengar. Contoh sederhananya adalah getaran pada sebuah bambu. Nada pada bambu yang bergetar akan terjadi resonansi, sehingga ada frekuensi-frekuensi lainnya yang ikut bergetar. Resonansi itu akan berbeda untuk setiap benda. Perbedaan tersebut biasanya disebut dengan "warna suara", begitupula dengan manusia.

Contoh Penerapan Gelombang

·         Satelit Buatan

Satelit buatan adalah seperangkat alat elektronik yang diorbitkan pada orbit tertentu di luar angkasa. Satelit buatan ini mengorbit mengelilingi bumi seperti halnya satelit alami bumi yaitu bulan. Satelit digunakan manusia khususnya dalam bidang telekomunikasi dan meteorologi. Dalam bidang telekomunikasi yaitu digunakan untuk menerima dan menyebarkan gelombang televisi dari suatu tempat di bumi kemudian menyebarkannya ke bagian bumi lain sehingga informasi dapat disampaikan saat itu juga. Misalkan, kamu melihat tayangan sepak bola liga Italia secara langsung. Rekaman pertandingan tersebut diubah menjadi gelombang elektromagnetik dan dipancarkan. Gelombang ini diterima oleh satelit dan disebarkan kembali ke bumi sehingga belahan bumi lain dapat menerima gelombang ini. Di belahan bumi tersebut gelombang elektromagnetik ini diubah kembali menjadi bentuk gambar dan suara.

Proses penjalaran gelombang dari bumi ke satelit yaitu sebagai berikut. Sebuah pemancar radio memancarkan gelombang dalam segala arah. Gelombang radio menjalar ke atas dan dipantulkan oleh ionosfer kembali ke bumi karena gelombang-gelombang ini dapat diterima dari seluruh horizon. Beberapa gelombang dapat mengenai tanah dan dipantulkan kembali. Gelombang mikro tidak dipantulkan oleh ionosfer melainkan diteruskan ke satelit. Gelombang yang diterima oleh satelit ini digunakan untuk mentransmisikan informasi ke stasiun-stasiun penerima di bumi.

·         Sel Surya

Sel surya digunakan manusia untuk menampung gelombang sinar Matahari sehingga manusia memperoleh bentuk energi baru. Kamu pasti telah mengetahui bahwa sinar Matahari juga merupakan gelombang. Sinar Matahari ini dapat digunakan sebagai sumber energi baru, misalnya pembangkit listrik, digunakan untuk mobil bertenaga surya, bahkan digunakan sebagai sumber energi pesawat bertenaga surya.

Para ahli telah banyak yang meneliti pemanfaatan energi Matahari ini. Bahkan telah dibuat mobil-mobil tenaga surya yang menggunakan energi Matahari untuk menggerakkannya. 

·         Eksplorasi Minyak dan Gas Bumi

Mungkin kamu bertanya-tanya bagaimana orang dapat menemukan sumber minyak bumi di dalam perut bumi, padahal kulit bumi (mantel) sangat tebal dan terdiri atas batuan yang sangat padat. Satu lagi konsep gelombang dimanfaatkan manusia. Pada pembahasan sebelumnya kamu telah mengetahui bahwa gelombang mekanik menjalar membutuhkan medium dan gelombang dapat dipantulkan.

Para ahli geofisika melakukan penelitian terhadap perut bumi dengan memberikan gelombang mekanik pada bumi. Gelombang tersebut akan dijalarkan oleh bumi ke segala arah. Jika gelombang tersebut mengenai batuan yang mempunyai sifat elastisitas berbeda, gelombang tersebut sebagian akan dipantulkan dan sebagian akan diteruskan.

Gelombang yang dipantulkan ke permukaan bumi ini diterima oleh receiver dan waktu penjalaran gelombang ini dicatat. Dari serangkaian data waktu pemantulan, para ahli geofisika dapat memperkirakan jenis batuan yang dilalui gelombang dan memperkirakan adanya sumber minyak bumi, gas, atau mineral.

Jika kamu melanjutkan studi di perguruan tinggi jurusan Geofisika, kamu akan mempelajari teknik ini secara lebih mendalam dan kamu akan merasa kagum bagaimana Sains menjadi ujung tombak dalam sebuah eksplorasi minyak bumi, mineral, atau gas.

·         Sonar

Sebagian wilayah negara Indonesia adalah laut. Tidak heran jika Indonesia kaya akan ikan. Selain di pantai, ikan ditangkap para nelayan di perairan yang jauh dari pantai menggunakan kapal. Tidak setiap daerah di laut dihuni oleh ikan. Ada beberapa bagian laut yang banyak ikannya dan ada bagian laut yang sedikit ikannya. Bagaimana caranya supaya penangkapan ikan di laut menjadi efektif?

Kapal-kapal laut biasanya menggunakan sonar untuk menemukan daerah di laut yang banyak ikannya. Prinsip kerja sonar ini berdasarkan pada konsep pemantulan gelombang. Dari permukaan, gelombang bunyi dijalarkan ke dalam laut. Gelombang suara ini menyebar ke kedalaman laut. Jika sebelum tiba di dasar laut, gelombang suara ini mengenai gerombolan ikan, gelombang suara ini sebagian akan dipantulkan kembali ke permukaan. Gelombang pantul ini akan diterima oleh alat dan langsung digambarkan dalam monitor. Nelayan dapat melihat gerombolan ikan di bawah kapal mereka. Dengan demikian, nelayan dapat menurunkan jaringnya untuk menangkap ikan-ikan tersebut. Penggunaan sonar ini akan lebih menguntungkan dan membuat suatu pelayaran akan lebih efektif.

·         Hidropon

Hidropon adalah  transduser energi suara ke energi listrik yang digunakan di dalam air atau zat cair. Jadi terjadi pergantian energi suara ke energi listrik. Untuk mengukur kedalaman dasar laut, teknik gema suara digunakan dengan cara merambatkan gelombang suara dari bawah kapal yang dipantulkan dengan alat perekam(hidropon) yang diletakkan di dasar lautan. Jika dasar laut bertekstur kasar maka pemantulan gelombang akan cepat, akan tetapi bila dasar lautan bertekstur lembek, apakah mempengaruhi kecepatan gelombang atau tidak? Hal ini perlu dikaji lebih lanjut. Jika terbukti tekstur tanah mempengaruhi kecepatan gelombang maka kemungkinan, hasil pengukuran kedalaman laut di tanah liat dan batuan yang seharusnya berkedalaman sama,bisa jadi dalam pengukuran menjadi berbeda.

            Alat hidropon juga kemungkinan bisa digunakan untuk mencari gunung api bawah laut ataupun palung laut. Jika seharusnya dititik A memiliki laut yang dalam, tetapi dalam pengukuran menjadi dangkal kemungkinan di titik tersebut terdapat gunung api bawah laut. Namun sebaliknya jika dititik B seharusnya berlaut dangkal, tetapi dalam pengukuran hidropon tercatat hasil yang dalam, berarti kemungkinan di daerah tersebut terdapat palung laut yang dalam.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2015. Pengertian, Sifat, dan Macam Macam Gelombang. http://www.softilmu.com/2014/08/pengertian-dan-macam-macam-gelombang.html. Diakses 17 Februari 2017.

Anonim. 2016. Pengertian Gelombang SMA Kelas XII. http://fisikazone.com/pengertian-gelombang-sma-kelas-xii/. Diakses 16 Februari 2017.

Anonim. 2012. Gelombang Mekanik (Mechanical wave). https://artikelnesia.com. /2012/08/31/gelombang-mekanik/. Diakses 16 Februari 2016.

Dharmawan, Arya. 2015. Gelombang Mekanik. http://nuttigekennis.blogspot.co.id/2015/01/gelombang-mekanik.html. Diakses 16 Februari 2017.

Kristanta, Arif. 2009. Gelombang. https://arifkristanta.wordpress.com/belajar-online/gelombang/. Diakses 15 Februari 2017.

Taufik, Ramlan.____. Gelombang dan Optik. Bandung. JICA.