Gelombang Stasioner pada Ujung Bebas

Fisika SMAMA XII 14 Apabila ujung bebas telah bergetar selama t sekon, maka persamaan gelombang datang pada titik C dinyatakan Y d = A sin Zt - kx dan persamaan gelombang pantul yang sampai di titik C dinyatakan Y p = A sin Zt + kx. Persamaan gelombang stasioner dapat diperoleh dengan menjumlahkan persamaan gelombang datang dan gelombang pantul yang sampai di titik C, yaitu sebagai berikut : Y C = Y d + Y p = A sin Zt - kx + A sin Zt + kx = A {sin Zt - kx + sin Zt + kx} = 2A sin { Zt - kx + Zt + kx}cos {Zt - kx - Zt + kx} = 2A sin Zt cos kx atau Y C = 2A cos kx sin Zt .... 1.7 Jika 2 A cos kx = A’ maka persamaan dapat ditulis Y C = A’ sin Zt. Di mana A’ = amplitudo gelombang stasioner pada dawai ujung bebas, yang berarti bahwa amplitudo gelombang stasioner tergantung pada jarak suatu titik terhadap ujung pemantul x. Gambar 1.11 Gelombang stasioner ujung bebas Maka letak simpul-simpul gelombang stasioner pada ujung bebas jika A’ = 0, A’ akan sama dengan nol jika cos kx = 0, jadi nilai kx = dan seterusnya. Gambar 1.10a Gelombang datang Gambar 1.10b Gelombang pantul 15 Fisika SMAMA XII Jadi secara berurutan letak-letak simpul dari ujung bebas dapat ditentukan sebagai berikut : a. Simpul pertama kx 1 = S b. Simpul kedua kx 2 = c. Simpul ketiga kx 3 = d. Simpul keempat kx 4 = dan seterusnya. Dari data tersebut letak simpul-simpul gelombang stasioner pada ujung bebas dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut : x = 2n – 1 O .... 1.8 di mana x = jarak simpul dari ujung bebas n = 1, 2, 3… dan seterusnya orde simpul O = panjang gelombang stasioner Perut gelombang terjadi jika A’ mencapai harga maksimum, A’ akan maksimum jika cos kx = 1, jadi nilai kx = 0, S, 2S, 3S, 4S dan seterusnya. Letak kedudukan perut gelombang dari ujung bebas dapat dinyatakan sebagai berikut : a. Perut pertama kx 1 = 0 x 1 = 0 b. Perut kedua kx 2 = S c. Perut ketiga kx 3 = 2 S Fisika SMAMA XII 16 d. Perut keempat kx 4 = 3 S e. Perut kelima kx 5 = 4 S dan seterusnya. Dari data tersebut letak kedudukan perut-perut gelombang stasioner dari ujung bebas dapat dinyatakan dalam persamaan : x = n – 1 O .... 1.9 di mana x = jarak perut gelombang dari ujung bebas n = 1, 2, 3, …… dan seterusnya orde perut 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 cms 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. Penyelesaian : Diketahui : A = 10 cm T = 2s v = 18 cms O = v × T = 18 cms × 2s = 36 cm k = Ditanyakan : a. A P = ...? x = 12 cm b. letak simpul ke-2 = ...? letak perut ke-3 = ...? Contoh Soal 17 Fisika SMAMA XII Jawab : a. Besarnya amplitudo di titik P yang berjarak 20 cm dari ujung bebas adalah : A P = 2 A cos kx = 2 A cos 12 = 2 × 10 cos = 20 cos 180 o = 20 cos 120 o = 20 × = -10 cm Besarnya amplitudo diambil harga mutlakpositifnya yaitu 10 cm. b. Letak simpul ke-2 Letak perut ke-3 X S2 = 2n – 1 X P3 = n – 1 O = 2.2 – 1 × 36 = 3 – 1 × 36 = × 36 = 2 × 18 = 27 cm = 36 cm Soal Latihan : 1. Sebuah tali yang panjang salah satu ujungnya digetarkan secara kontinu dengan amplitudo 20 cm dan periodenya 4 s, sehingga pada tali tersebut terbentuk gelombang stasioner. Jika cepat rambat gelombang pada tali tersebut 20 ms. tentukanlah : a. persamaan gelombang stasioner pada tali tersebut, b. jarak antara tiga simpul yang berurutan, c. letak perut ke-4. 2. Jika jarak simpul ke-3 dari ujung bebas adalah 50 cm, tentukanlah jarak perut ke-5 dari ujung bebas Fisika SMAMA XII 18 Life Skills : Kecakapan Akademik 3. Jika jarak 3 perut yang berurutan pada gelombang stasioner adalah 60 cm, tentukanlah letak perut ke-2 dan simpul 3 dari ujung bebas Sebuah tali yang panjangnya 250 cm salah satu ujungnya digetarkan secara kontinu dengan amplitudo 10 cm dan periodenya 2 s. Jika cepat rambat gelombang pada tali 25 ms dan pada tali tersebut terjadi gelombang stasioner, tentukanlah : a. bentuk persamaan gelombang stasioner pada tali tersebut, b. letak perut ke-3 dari titik asal getaran, c. letak simpul ke-2 dari titik asal getaran. Hasilnya dikumpulkan kepada guru kalian

2. Gelombang Stasioner pada Ujung Terikat

Coba sekali lagi lakukan kegiatan di depan, akan tetapi mengikatnya tali pada tiang dibuat kuat sehingga tali tersebut tidak dapat bergerak. Selanjutnya kalian buat usikan pada tali itu yang menimbulkan rambatan satu gelombang dan coba perhatikan bagaimana pemantulan gelombangnya. Hasil pengamatanmu akan sesuai dengan Gambar 1.12a dan 1.12b. Pada ujung tetap ternyata hasil pemantulan gelombang terjadi loncatan fase sebesar sehingga gelombang yang tadi- nya datang berwujud bukit gelombang dipantulkan berupa lembah gelombang. Apabila ujung bebas telah bergetar selama t sekon maka persamaan gelombang datang pada titik C dinyatakan Y d = A sin Zt - kx dan persamaan gelombang pantul yang sampai di titik C dinyatakan Y p = A sin Zt + kx = - A sin Zt + kx. Persamaan gelombang stasioner dapat diperoleh dengan menjumlahkan persamaan gelombang datang dan gelombang pantul yang sampai di titik C yaitu sebagai berikut. Gambar 1.12a Gelombang datang Gambar 1.12b Gelombang pantul 19 Fisika SMAMA XII Y C = Y d + Y p = A sin Zt - kx - A sin Zt + kx = A {sin Zt - kx - sin Zt + kx} = 2A cos { Zt - kx + Zt + kx} sin {Zt - kx - Zt + kx} = 2A cos Zt sin kx atau Y C = 2A sin kx cos Zt .... 1.10 Jika 2A sin kx = A’ maka persamaan dapat ditulis Y P = A’ cos Zt, di mana A’ = amplitudo gelombang stasioner pada dawai ujung terikat. Oleh karena itu, letak simpul-simpul gelombang stasioner pada ujung terikat jika A’ = 0, A’ akan sama dengan nol jika sin kx = 0, jadi nilai kx = 0, S, 2S, 3S, 4S dan seterusnya. Jadi secara berurutan letak-letak simpul dari ujung terikat dapat ditentukan sebagai berikut. a. Simpul pertama kx 1 = 0 x 1 = 0 b. Simpul kedua kx 2 = S c. Simpul ketiga kx 3 = 2 S d. Simpul keempat kx 4 = 3 S e. Simpul kelima kx 5 = 4 S dan seterusnya. Gambar 1.13 Gelombang stasioner ujung terikat