GO1 CEPAT RAMBAT GELOMBANG TRANSVERSAL

CEPAT RAMBAT GELOMBANG TRANSVERSAL (GO1)

Desy Novitasari., M. Hifni Fansi., Abidatul Khairiyah., Rivca Anissa., Ramona Ariani., Putrie Aprilia Lestari. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Brigjend Hasan Basri Komplek Kayu Tangi Dua Jalur Utama Kost Diana, Banjarmasin 70124 Indonesia e-mail: desy.sarinovita@gmail.com

Abstrak—Percobaan cepat rambat gelombang transversal bertujuan untuk menentukan cepat rambat gelombang transversal pada tali. Metodenya adalah merangkai alat, mengeser-geser vibrator, dan mengukur panjang gelombang. Kegiatan I diperoleh hasil dengan persamaan 6 sebesar (39,5; 43,5;44,5) m/s dan persamaan 7 sebesar {(3,50 ± 0,44)×10¹m/s, (4,10 ± 0,52)×10¹m/s, dan (4,60 ± 0,59)×10¹m/s}. Kegiatan II diperoleh hasil sebesar (44; 36,25)m/s. Dan {(4,80 ± 0,27)×10¹m/s dan (3,50 ± 0,44)×10¹m/s}. Perbedaan hasil antara persamaan 6 dan 7 dikarenakan ketidaktelitian membaca alat ukur, kondisi alat, dan kesulitan melihat gelombang yang mantap.

                Kata Kunci—Difraksi, gelombang transversal, cepat rambat gelombang, vibrator.

I.                    PENDAHULUAN

Gelombang merupakan suatu getaran yang merambat, dalam perambatannya gelombang membawa energi. Dengan kata lain, gelombang merupakan getaran yang merambat dan getaran sendiri merupakan sumber gelombang. Jadi, gelombang adalah getaran yang merambat dan gelombang yang bergerak akan merambatkan energi (tenaga). Seperti gelombang yang merambat sepanjang tali yang terentang lurus bila tali digerakkan naik turun. Jika kita menggetarkan ujung tali yang terentang, maka gelombang akan merambat sepanjang tali tersebut. Gelombang pada tali ini salah satu contoh gelombang mekanik yaitu gelombang yang perantaranya memerlukan medium. Dan berdasarkan arah rambatan dan getarannya gelombang pada tali ini termasuk pada gelombang transversal yaitu gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan arah getarannya.

Berdasarkan latar belakang diatas dapat diambil suatu rumusan masalah yaitu “Bagaimana hubungan massa beban dengan panjang gelombang, dan bagaimana hubungan jenis tali dengan panjang tali  ?”

Adapun tujuan dari percobaan kali ini yaitu “menentukan cepat rambat gelombang transversal pada tali.”

II.                  KAJIAN TEORI

                Apabila tali sangat panjang, kita dapat mengambilnya menjadi panjang tak hingga, kita dapat membentuk sebuah gelombang berjalan dari sebarang frekuensi. Namun, apabila tali yang diregangkan itu hanya memiliki panjang terhingga, mungkin karena tali terapit keras pada kedua ujungnya, kita hanya dapat membentuk gelombang berdiri pada tali itu.^[1]

Gelombang secara umum memiliki karakteristik atau sifat – sifat sebagai berikut :

a.     Dapat  dipantulkan (refleksi)

b.     Dapat dibiaskan (refraksi)

c.          Dapat dipadukan (interferensi)

d.         Dapat dilenturkan (difraksi)

e.     Dapat dipolarisasikan (diserap oleh getaran)^[2]

Suatu kawat diberi beban berupa suatu benda. Berat benda ini akan memberikan gaya tarik T pada kawat Massa kawat persatuan panjang M, dapat diukur. Jika ujung yang lain digetarkan, maka mula – mula pada kawat akan menjalar gelombang dengan kecepatan

                       ...................................(1)     

                Jika sumber getaran mempunyai frekuensi f, maka frekuensi sudut gelombang tali adalah

                     ....................................(2)

Dan panjang gelombangnya dapat dihitung dari hubungan^[3]

                       ....................................(3)

Hukum melde mempelajari  tentang besaran – besaran  yang mempengaruhi cepat rambat gelombang transversal pada tali. Melalui percobaannya, medle menemukan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai sebanding dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai. Percobaan medle digunakan untuk menyelidiki cepat rambat gelombang transversal dalam dawai. Perhatikan gambar dibawah ini.

Gambar 1. Percobaan Melde

Pada salah satu ujung tangkai garpu tala diikatkan erat-erat sehelai kawat halus lagi kuat. Kawat halus tersebut di tumpu pada sebuah katrol dan ujung kawat diberi beban, misalnya sebesar gram. Garpu tala digetarkan dengan elektromagnet secara terus menerus, hingga amplitudo yang ditimbulkan oleh garpu tala konstan. Untuk menggetarkan ujung kawat A dapat pula dipakai alat vibrator.^[4]

Gambar 2. Gelombang Transversal

Puncak gelombang adalah titik-titik tertinggi pada gelombang (misal b dan f)

Dasar gelombang adalah titik-titik terendah pada gelombang (misal d dan h)

Bukit gelombang adalah lingkungan abc atau cgf sedangkan lembah gelombang adalah cekungan cdc atau ghi.

Amplitudo adalah nilai mutlak simpangan terbesar yang dapat dicapai partikel (bb₁ dan bb₂).

Panjang gelombang (l) adalah jarak antara dua puncak berurutan (misal bf) atau jarak antara dua dasar berurutan (misal dh).

Periode (T) adalah waktu yang diperlukan untuk menempati dua puncak yang berurutan atau selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua dasar yang berurutan.^[5]

                Pada gelombang transversal, satu gelombang penuh terdiri atas satu lembah dan satu bukit. Satu gelombang penuh terbentuk jika pada medium (slinki atau tali) diberi satu getaran (t = T). Jarak waktu yang ditempuh dalam waktu satu periode T dinamakan panjang gelombang l. Misalkan cepat rambat adalah v, dengan menggunakan rumus.

Jarak      diperoleh :

         atau                ..................................(4.1)

Dengan

Berdasarkan persamaan di atas, frekuensi   , sehingga diperoleh hubungan :^[6]

                     ......................................(4.2)

III. METODE PERCOBAAN

               

                Pada percobaan cepat rambat gelombang transversal diperlukan peralatan seperti Bidang datar berkatrol, vibrator, mistar ukur, power supplay, beban gantung, neraca ohauss digital, kabel penghubung, tali nilon, dan tali benang.

Gambar 3. Peralatan percobaan

                Pada percobaan kali ini telah dibuat rumusan hipotesis jika massa benda diperbesar maka cepat rambat gelombangnya akan semakin besar. Dan semakin besar massa jenis tali juga semakin besar cepat rambat gelombangnya.

                Pada percobaan kali ini dilakukan kegiatan I dan kegiatan II, yaitu pada Kegiatan I dengan menyelidiki hubungan kecepatan gelombang dengan tali dan pada kegiatan II dengan menyelidiki hubungan kecepatan gelombang dengan massa persatuan panjang tali. Pada kegiatan I menggunakan identifikasi dan definisi operasional variabel yaitu variabel manipulasi massa beban (m_b), yaitu dengan mengubah-ubah massa beban (m_b) dengan menimbangnya menggunakan neraca ohauss digital sebesar 50 gram, 70 gram, dan 90 gram. Variabel kontrolnya adalah massa jenis tali, percepatan gravitasi,  vibrator, power supplay, dan bidang datar berkatrol, yaitu dengan menggunakan massa jenis tali (tali benang), percepatan gravitasi sebesar 9,8 m/s², vibrator, kabel penghubung,  power supplay, dan bidang datar berkatrol yang sama selama percobaan. Dan dengan variabel respon  panjang gelombang  yaitu mengukur panjang tali dari vibrator ke katrol menggunakan alat ukur meteran. Dan pada kegiatan II  menggunakan identifikasi dan definisi operasional variabel yaitu variabel manipulasi massa jenis tali (m_t), yaitu dengan mengubah-ubah tali yang digunakan (tali nilon dan tali benang). Dengan variabel kontrolnya menggunakan massa beban, tegangan, jumlah kabel penghubung, power supplay, bidang datar berkatrol, vibrator,dan  percepatan gravitasi, yaitu selama percobaan menggunakan massa beban sebesar 50 gram,tegangan, jumlah kabel penghubung, power supplay, bidang datar berkatrol, vibrator, dan percepatan gravitasi 9,8 m/s² yang sama selama percobaan. Dan dengan variabel responnya panjang tali, yaitu mengukuru panjang tali dari vibrator ke katrol menggunakan meteran.

                Adapun prosedur kerja dari percobaan kali ini, yaitu pada kegiatan I menyelidiki hubungan kecepatan gelombang dengan tegangan tali. Pertama-tama mengambil spotong benang sepanjang 1 meter yang diukur menggunakan meteran, kemudian menimbang beban sebesar 50 gram, 70 gram, dan 90 gram menggunakan neraca ohauss digital. Langkah selanjutnya adalah merangkai alat seperti pada gambar 4, yaitu dengan mengikatkan salah satu ujung  benang pada vibrator, dan mengikatkan beban pada ujung satunya yang kemudian digantung pada katrol.

Gamabar 4. Rancangan percobaan

Kemudian menyalakan power supplay sehingga vibrator bergetar. Untuk memperoleh gelombang yang mantap, yaitu dengan mengeser-geserkan vibrator pada posisi maju atau mundur. Setelah diperoleh gelombang yang mantap, tekan tombol off pada power supplay, kemudian mengukur panjang gelombang dari vibrator ke katrol menggunakan meteran. Kemudian menentukan banyaknya simpul. Dan mencatat hasil percobaan pada tabel 1. Mengulangi langkah-langkah tersebut diatas dengan menggunakan massa beban yang berbeda.

                Adapun prosedur kerja pada kegiatan I yaitu menyelidiki hubungan kecepatan gelomabang dengan massa persatuan panjang tali. Pertama-tama menyiapakan dua macam tali dengan massa jenis yang berbeda yaitu tali nilon berukuran 3 meter dan tali benang berukuran 1 meter, kemudian menimbang massa tali menggunakan neraca ohauss digital, dan mencatat hasil pengukuran pada tabel 2. Kemudian merangkai peralatan seperti pada gambar 4, dengan menggunakan tali benang terlebih dahulu, yang kemudian digantungkan beban sebesar 50 gram. Berikutnya adalah sama seperti percobaan pada kegiatan I, dan setelah mengukur panjang tali dari vibrator ke katrol, mencatat hasil pengukuran percobaan pada tabel 3. Kemudian melakukan kembali percobaan dengan menggunakan tali nilon.

                Setelah memperoleh tabel data, kemudian menghitung kecepatan gelombang menggunakan persamaan 1 dan persamaan 3 pada kajian teori. Menghitung ketidakpastian cepat rambat gelombang menggunakan persamaan berikut ini.

       .............................(5)

IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

                Pada percobaan cepat rambat gelombang transversal pengukuran menggunakan neraca ohauss digital dengan ketelitian 0,1×10^-3 gram dan meteran dengan ketelitian 0,05×10^-2 meter. Pada percobaan ini telah diketahui frekuensi sebesar 50 Hz dan percepatan gravitasi sebesar 9,8 m/s². Dan berdasarkan hasil percobaan telah diperoleh data sebagai berikut.

Tabel 1. Percobaan pada Kegiatan I

Frekuensi = 50 Hz

Percepatan gravitasi = 9,8 m/s

No	(mb±0,1)×10-3 kilogram	(L±0,05)×10-2 meter	Jumlah Simpul	(l±0,05)×10-2 meter
1	50,0	79,00	3	79,00
2	70,0	87,00	3	87,00
3	90,0	89,00	3	89,00

Tabel 2. Percobaan pada Kegiatan II

Jenis Tali	(L±0,05)×10-2 meter	(mt±0,1)×10-3 kilogram
Tali Nilon	300,00	0,8
Tali Benang	100,00	0,4

Tabel 3. Percobaan pada Kegiatan II

Massa beban = 50×10^-3 kilogram

Jenis Tali	(L±0,05)×10-2 meter	Jumlah Simpul
Tali Nilon	88,00	2
Tali Benag	72,50	2

Berdasarkan tabel data hasil percobaan cepat rambat gelombang transversal tersebut di atas pada kegiatan I yaitu menyelidiki hubungan kecepatan gelombang dengan tegangan tali. Pada kegiatan I ini massa jenis tali yang digunakan adalah tetap yaitu tali benang dengan massa tali 0,4×10^-3 kilogram dan panjang tali sebesar 1 meter. Pada percobaan pertama menggunakan massa beban sebesar (50,0 ± 0,1)×10^-3 kilogram, percobaan kedua dengan massa beban sebesar  (70,0 ± 0,1)×10^-3 kilogram, dan percobaan ketiga dengan massa beban sebesar  (90,0±0,1)×10^-3 kilogram    dengan 3 simpul diperoleh panjang gelombang secara berurutan sebesar (79,00 ± 0,05)×10^-2 meter, (87,00 ± 0,05)×10^-2 meter, dan (89,00 ± 0,05)×10^-2 meter. Berdasarkan hasil tersebut, cepat rambat gelombang transversal dapat diperoleh melalui dua persamaan, yaitu sebagai berikut.

              .....................(6)

Dimana  v = cepat rambat gelombang (m/s)

    l = panjang gelombang (m)

                           f = frekuensi (Hz)          

Dan

               .....................(7)

Dimana m_b = massa beban (kg)

                              g = percepatan gravitasi (m/s²)

             L = panjang tali (m)        

          m_t = massa tali (kg)

Berdasarkan persamaan tersebut dengan menggunakan persamaan 6 telah diperoleh cepat rambat gelombang pada ketiga percobaan secara berurutan sebesar 39,5 m/s; 43,5 m/s; dan 44,5 m/s. Dapat dilihat dari hasil perhitungang tersebut diatas massa beban sangat berpengaruh pada kecepatan rambat gelombang transversal pada tali yang dikarenakan beban tersebut akan menarik tali sehingga tali menjadi kencang. Dan tegangan pada tali juga akan semakin besar jika massa beban yang digantung pada tali semakin besar. Semakin besar tegangan tali yang terjadi karena pengaruh pemantulan gelombang yang disebabkan oleh titik terikat pada vibrator dan pada beban gantung yang menyebabkan amplitudo (simpangan maksimum) pantulan jauh lebih besar dari amplitudo sumber dan karena itulah terjadi simpul-simpul pada tali saat vibrator bergetar. Semakin besar massa beban maka resonansi akan semakin sedikit, hal ini dapat dilihat pada tali/senar gitar diman semakin besar tegangan senar maka suara yang ditimbulkan oleh senar akan semakin kecil karena kurangnya resonansi pada tali.

                Berdasarkan hasil tersebut, dapat dinyatakan bahwa semakin besar massa beban maka semakin besar tegangan tali dan semakin besar  pula cepat rambat gelombangnya.

 sehingga 

Maka, 

                Jika menggunakan persamaan 7 telah diperoleh hasil perhitungan cepat rambat gelombang transversal sebanyak tiga kali percobaan. Pada percobaan pertama diperoleh nilai cepat rambat gelombang sebesar (3,50 ± 0,44)×10¹m/s, dengan kesalahan relatif sebesar 12,5 % sehingga diperoleh derajat kepercayaan sebesar 87,5 %. Pada percobaan kedua diperoleh nilai cepat rambat gelombang sebesar (4,10 ± 0,52)×10¹m/s, dengan kesalahan relatifnya sebesar 12,6 % sehingga diperoleh derajat kepercayaannya sebesar 87,4 %. Dan pada percobaan ketiga diperoleh nilai cepat rambat gelombang sebesar (4,60 ± 0,59)×10¹m/s dengan kesalahan relatifnya sebesar 12,6 % sehingga diperoleh derajat kepercayaannya sebesar 87,4 %. Dapat dinyatakan pula bahwa rumusan hipotesis yang telah dibuat itu benar.

                Jika dibandingkan, nilai perhitungan menggunakan persamaan 6 dan persamaan 7 hasilnya berbeda, seharusnya nilai yang diperoleh sama meskipun menggunakan persamaan yang berbeda. Berdasarkan hasil tersebut dinyatakan bahwa percobaan kali ini masih belum berhasil, seharusnya nilai cepat rambat gelombang yang dihasilkan adalah sama nilainya. Perbedaan hasil ini dapat dikarenakan berbagai faktor yaitu kesalahan pengamat dalam membaca alat ukur saat percobaan, atau juga dikarenakan kemungkinan vibrator yang digunakan tidak bekerja dengan baik sehingga mempengaruhi panjang pelombang yang diperoleh. Dapat dikatakan demikian karena dari beberapa kali percobaan kesalahan relatif yang diperoleh lebih dari 10 %.

                Pada kegiatan II yaitu menyelidiki hubungan kecepatan gelombang dengan massa persatuan panjang tali.

Pada kegiatan II ini menggunakan massa beban yang tetap yaitu sebesar (50,0±0,1)×10^-3kilogram, dengan dua kali percobaan menggunakan massa jenis tali yang berbeda yaitu tali nilon dan tali benang. Percobaan pertama dilakukan dengan mengunakan tali nilon dengan panjang tali sebesar (300,00±0,05)×10^-2 meter dan massa tali sebesar (0,8±0,1) ×10^-3kilogram, dengan panjang gelombang sebesar (88,00±0,05)10^-2meter, dan dengan frekuensi 50 Hz. Diperoleh cepat rambat gelombang dengan menggunakan persamaan 6 sebesar 44 m/s dan dengan menggunakan persamaan 7 sebesar (4,80 ± 0,27)×10¹m/s, dengan kesalahan relatifnya 6,4% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 93,6%. Dan pada percobaan kedua menggunakan tali benang sepanjang (100,00±0,05)10^-2 meter dan massa tali sebesar (0,4±0,1)10^-3 kilogram, dengan panjang gelombang sebesar (72,50±0,05)10^-2meter dan frekuensi gelombang sebesar 50 Hz. Dengan menggunakan persamaan 6 diperoleh nilai cepat rambat gelombang sebesar 36,25 m/s. Dan dengan menggunakan persamaan 7 telah diperoleh kecepatan gelombang sebesar (3,50 ± 0,44)×10¹m/s, dengan kesalahan relatif sebesar 12,5% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 87,5 %. Sama seperti pada kegiatan I, terdapat perbedaan hasil antara persamaan 6 dan persamaan 7. Perbedaan tersebut terjadi karena ketidaktelitian dalam membaca alat ukur, dan kemungkinan vibrator yang tidak bergetar secara baik, ataupun sulitnya dalam melihat gelombang stationer pada tali sudah sempurna (jelas) atau tidak.

Selain massa benda yang berbanding lurus dengan cepat rambat gelombang transversal, faktor lain yang memengaruhi adalah massa tali dan panjang tali. “semakin besar massa tali maka makin kecil cepat rambat gelombangnya” dan “semakin panjang tali yang digunakan semakin besar cepat rambat gelombang.” Secara matematis dapat dinyatakan bahwa cepat rambat gelombang pada tali sebanding dengan akar panjang tali, atau dapat dituliskan :

Dan cepat rambat gelombang berbanding terbalik dengan akar massa tali atau dapat dituliskan :

Dan telah diketahui bahwa hasil bagi massa tali dan panjang tali tersebut merupakan massa jenis tali itu sendiri.

V. SIMPULAN

                Berdasarkan hasil percobaan pada kegiatan 1 telah diperoleh hasil perhitungan cepat rambat gelombang menggunakan persamaan 6  dalam tiga kali percobaan secara berurutan sebesar 39,5 m/s; 43,5 m/s; dan 44,5 m/s. Dan dengan menggunakan persamaan 7 sebesar (3,50 ± 0,44)×10¹m/s, (4,10 ± 0,52)×10¹m/s, dan (4,60 ± 0,59)×10¹m/s. Perbedaan hasil antara perhitungan menggunakan dua buah rumus tersebut dikarenakan kesalahan saat membaca alat ukur dan alat yang digunakan bekerja kurang baik, serta sulitnya melihat gelombang yang mantap.

            Pada kegiatan II menggunakan dua jenis tali yaitu tali gelombang menggunakan persamaan 6 sebesar 44 m/s dan 36,25 m/s. Dan dengan menggunakan persamaan 7 sebesar (4,80 ± 0,27)×10¹m/s dan (3,50 ± 0,44)×10¹m/s. Perbedaan tersebut juga terjadi karena ketidaktelitian dalam membaca alat ukur, dan kemungkinan vibrator yang tidak bergetar secara baik, ataupun sulitnya dalam melihat gelombang stationer pada tali sudah sempurna (jelas) atau tidak.

                Dalam menentukan cepat rambat gelombang transversal dipengaruhi panjang gelombang (l), massa benda (m_b) panjang tali (L) dan massa tali (m_t).

                Semakin besar massa beban, semakin besar cepat  rambat gelombang     

                Semakin besar panjang gelombang, makin besar cepat rambat gelombang   

                Semakin panjang tali, semakin besar cepat rambat gelombang   

                Semakin besar massa tali, semakin kecil cepat rambat gelombang yang dihasilkan      .

UCAPAN TERIMAKASIH

     Saya mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum cepat rambat gelombang ransversal (GO1) yaitu Putrie Aprilia  Lestari yang memberikan bimbingan saat melalukan praktikum. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Halliday, Resnick. Dasar-Dasar Fisika Versi Diperluas. Tangerang : Binarupa Aksara Publisher.

[2]   Abadi, Rinawan dan Risdiyani Chasanah. 2010. Fisika Untuk SMA/MA. Jakarta : Intan Pariwara.

[3]   Sutrisno. 1979. Fisika Dasar Jilid II. Bandung : ITB.

[4]   Fisikon.com. 2015. Percobaan Hukum Melde. Di ambil dari http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=23:hukum-melde&catid=1:gelombang-mekanik&Itemid=68. Pada hari sabtu tanggal 4 april 2015.

[5]   Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA kelas XII. Jakarta : Erlangga.

[6]    Supiyanto. 2006. Fisika 2 untuk SMA kelas XI. Jakarta : Phibeta