Gelombang, Listrik, dan Magnet

GETARAN, GELOMBANG, DAN BUNYI

1.     Getaran

a.      Pengertian getaran

Getraran adalah:gerak bolak-balik benda  secara teratur melalui titik keseimbangan.Salah satu cirri getaran adalah adanya mplitude ( simpang terbesar suatu getaran ).

b.      Periode dan frekuensi getaran

Setiap benda yang bergetar selalu memiliki frekuensi dan periode getar. Apakah yang  di maksud dengan frekuensi getaran? Dan apakah yang di maksud dengan periode getaran? Bagaimana hubungan antara frekuensi dan periode getaran?

Periode adalah waktu yang di perlukan benda untuk melakukan satu kali getaran.Periode dinyatakan dalam satuan sekon.

Periode dapat di nyatakan dalam rumus matematika sebagai berikut.

Periode getaran (T)= waktu getar /Jumlah getaran (n)

        Ferkuensi adalah jumlah getran dalam satu sekon. Satuan ferkuensi adalh hertz (Hz)                                                                Frekuensi dapat dinyatakan dalam satuaan matematika sebagai berikut:

Frekuensi (f) = Jumlah getaran / Waktu getaran (t)

        Hubungan antara frekuensi da periode dinyatakan sebagai berikut:

F= 1/T

T =1/f

         Keterangan : f= ferekuensi         T=periode

2.     Gelombang

a.      Pengertian gelombang

Gelombang adalah getran yang merambat. Gelombang terjadi karna adanya sumber getaran. Pada perambatanya gelombang merambatkan energy gelombang,sedangakan perantaranya tidak ikut merambat.

b.      Macam-macam gelombang

·         menurut zat perantaranya

1.  Gelombang mekanik :gelombang yang perambatanya memerlukan medium, contoh :gelombang air dan gelombang bunyi.

2. Gelombang elektrik : gelombang yang dalam perambatanya tidak memerlukan medium.contoh gelombang radio dan gelombang cahaya

·         menurut arah rambat dan arah getarannya

1.      Gelombang transversal

adalah gelombang yang arah rambatanya tegak lurus terhadap arah getaranya. Gelombang transversal berbentuk bukit gelombang dan lembah gelombang yang merambat. Contoh gelombang pada tali, permukaan air dan gelombang cahaya. Gambar gelombang transversal :

                                                                 

Panjang gelombang pada gelombang transversal.Panjang gelombang adalah panjang suatu gelombang yang terdiri dari satu bukit dan satu lembah gelombang.panjang gelombang di lambangkan dengan lamda (   )dan satuanya adalah meter

2.      Gelombang longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya. Gelombang longitudinal berbentuk rapatan dan renggangan. Contohnya gelombang bunyi.

Gambar gelombang longitudinal :

Panjang gelombang lkongitudinal 

Panjang gelombang lkongitudinal adalahpanjang satu gelombang yang terdiri dari satu rapatan dan satu renggangan.

         Periode gelombang (T)

Yaitu  waktu yang di prlukan untuk menempuh satu gelombang,satuanya adalah sekon (s)

         Frekuensi gelombang((f)

Yaitu jumlah gelombang yang terbentuk dalam satu detik,satuanya adalah Hz (hertz)

         Cepatrambat gelombang (v)

Yaitu jarak yang di tempuh gelombang dalam waktu satu detik ,satuanya adalah meter/detik (m/s)

         Hubungan antara pajang gelombang,periode,frekuensi, dan cepat rambat gelomabang.

         Rumus dasar gelombang adalah:  λ = vT atau v =  λ/T Dan f = 1/T maka  v = λ f

v              = cepat rambat gelombang (m/s)

λ              = panjang gelombang (m)

T             = periode (s)

f               = frekuensi (Hz)

·         Menurut amplitudo dan fasenya :
1.  gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya sama di setiap titik yang dilalui gelombng.
2.  gelombng diam (stasioner) adalah gelombang yang amplitudo dan fasenya berubah (tidak sama) di setiap titik yang dilalui gelombang.

·         Menurut medium perantaranya :
1. .  gelombang mekanik adalah gelombang yang didalam perambatannya memerlukan medium perantara. Hampir semua gelombang merupakan gelombang mekanik.
2.  Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang didalam perambatannya tidak memerlukan medium perantara. Contoh : sinar gamma (γ), sinar X, sinar ultra violet, cahaya tampak, infra merah, gelombang radar, gelombang TV, gelombang radio.

3.     Bunyi

a.      Pengertian bunyi

bunyi adalah sesuatu yang dihasilkan dari benda yang bergetar. Benda yang menghasilkan bunyi disebut sumber bunyi. Sumber bunyi yang bergetar akan menggetarkan molekul-molekul udara yang ada disekitarnya. Dengan demikian, syarat terjadinya bunyi adalah adanya benda yang bergetar. Perambatan bunyi memerlukan medium. Kita dapat mendengar bunyi jika ada medium yang dapat merambatkan bunyi

b.      Syarat bunyi

1.       ada benda yang bergetar (sumber bunyi)

2.       ada medium yang merambatkan bunyi, dan

3.       ada penerima yang berada di dalam jangkauan sumber bunyi

Bunyi memiliki cepat rambat yang terbatas. Bunyi memerlukan waktu untuk berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Cepat rambat bunyi sebenarnya tidak terlampau besar. Cepat rambat bunyi jauh lebih kecil dibandingkan denga cepat rambat cahaya. Bahkan sekarang orang telah mampu membuat pesawat yang dapat terbang beberapa kali daripada cepat rambat bunyi. Cepat rambat bunyi sering dirumuskan sebagai berikut:

v = s / t 

v = cepat rambat bunyi (m/s), s = jarak sumber ke pengamat (m), t = selang waktu (s)

c.       Sifat bunyi

1. Merupakan gelombang longitudinal
2. Tidak bisa merambat pada ruang hampa
3. Kecepatan rambatnya dipengaruhi oleh kerapatan medium perambatannya (padat, cair, gas). Paling cepat pada medium yang kerapatannya tinggi.
4. Dapat mengalami resonansi dan pemantulan.

Bunyi dapat mengalami resonansi. Apa itu resonansi? Pengertian resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda akibat getaran benda lain, karena frekuensinya sama. Bunyi dapat mengalami pemantulan, proses pemantulan bunyi dimanfaatkan pada:

• Penentuan cepat rambat bunyi
• Pendeteksian cacat dan retak pada pipa logam
• Survei geofisika
• Pengukuran ketebalan pelat logam
• Pengukuran kedalaman tempat.

d.      jenisbunyi

1. Bunyi infrasonik: yaitu bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz, dan dapat didengar oleh anjing, jangkrik, angsa, dan kuda.
2. Bunyi audiosonik, yaitu bunyi yang frekuensinya berada antra 20 Hz-20.000 Hz dan dapat didengar manusia.
3. Bunyi untrasonik, yaitu bunyi yang frekuensinya lebih dari 20.000 Hz, dapat didengar oleh kelelawar dan lumba-lumba.
4. Nada, yaitu bunyi yang frekuensinya beraturan.
5. Desah, yaitu bunyi yang frekuensinya tidak teratur.
6. Gaung atau kerdam, yaitu bunyi pantul yang sebagian datang bersamaan dengan bunyi asli, sehingga menggangu bunyi asli.
7. Gema yaitu, bunyi pantul yang datang setelah bunyi asli, sehingga memperkuat bunyi asli.

Sifat-Sifat Cahaya

Cahaya memiliki beberapa sifat yang harus diketahui, yaitu:

1. Cahaya dapat merambat lurus
2. Cahaya dapat dipantulkan
3. Cahaya dapat menembus benda bening
4. Cahaya dapat dibiaskan
5. Cahaya dapat diuraikan

Sifat cahaya yang pertama ialah dapat merambat lurus. Hal ini memberikan keuntungan pada manusia sehingga manusia memanfaatkan sifat cahaya dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya ialah lampu senter dan lampu sorot kendaraan bermotor.

Sifat cahaya yang kedua ialah cahaya dapat dipantulkan. Ketika benda terkena cahaya, cahaya yang mengenai benda akan dipantulkan. Jenis pemantulan terbagi menjadi dua, yaitu pemantulan baur (pemantulan difus) dan pemantulan teratur.

Pemantulan teratur dan pemantulan baur. (Sumber: fismath.com)

Ketika cahaya mengenai permukaan rata, licin, dan mengilap, hasil pemantulannya akan teratur. Sedangkan, ketika cahaya mengenai permukaan yang tidak rata, kasar, dan bergelombang, hasil pemantulannya akan baur/difus. Pemantulan cahaya dapat memberi manfaat pada manusia. Contohnya ialah manusia dapat melihat pantulan bayangannya di cermin.

Kaca yang bening dapat ditembus oleh cahaya. Ketika kaca yang bening tersebut dihalangi oleh benda lain yang tidak bening, cahaya tidak dapat menembusnya.

 Cahaya menembus benda bening. (Sumber: idschool.net)

Cahaya akan dibelokkan jika merambat melalui dua zat yang kerapatannya berbeda. Contohnya seperti udara dengan air. Peristiwa pembelokkan cahaya setelah melalui suatu medium rambat disebut dengan pembiasan cahaya.

Ilustrasi pembiasan. (Sumber: dosenpendidikan.com)

Penguraian cahaya putih menjadi berbagai cahaya berwarna disebut penguraian cahaya atau dispersi. Cahaya matahari sebenarnya tersusun atas berbagai cahaya berwarna, lho. Namun, mata kita melihat cahaya matahari berwarna putih. Contoh lain dari dispersi ialah pelangi.

Pengertian Listrik Statis

Listrik statis adalah kumpulan muatan listrik dalam jumlah tertentu yang tetap (statis), ketidakseimbangan muatan listrik di dalam atau permukaan benda. Muatan listrik akan tetap ada sampai benda kehilangan dengan cara sebuah arus listrik melepaskan muatan listrik.

Disimpulkan dari hal ini bahwa listrik statis berhubungan dengan gejala kelistrikan yang diam alias tidak mengalir. Listrik statis tidak bisa mengalir dari satu tempat ke tempat lain atau hanya bisa ada sekejap pada suatu tempat, berbeda dengan Listrik Dinamis.

Konsep Dasar Listrik Statis
Kejadian seperti kenapa potongan kertas kecil bisa berinteraksi dengan penggaris yang telah digosok-gosok bisa dijelaskan dengan konsep dasar listrik statis(muatan listrik) ini. Karena berbicara mengenai listrik tentu tidak akan lepas dari muatan listrik, listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang ada dalam keadaan statis (diam).

Muatan listrik muncul karena adanya perpindahan elektron dari satu benda ke benda lain. Terdapat 2 muatan listrik yaitu muatan positif dan muatan negatif, dikatakan bermuatan positif apabila proton lebih banyak daripada jumlah elektron, dan begitupun sebaliknya. Sedangkan benda yang tidak memiliki muatan disebut netral.

Benda yang mempunyai muatan yang sejenis akan saling tolak-menolak ketika didekatkan satu sama lain, sebaliknya benda yang mempunyai muatan yang berbeda akan saling tarik-menarik. Interaksi yang terjadi antar muatan listrik bisa dijelaskan dengan Gaya Coulomb,

Medan Listrik
Suatu muatan listrik dikatakan mempunyai medan listrik. Medan listrik adalahdaerah di sekitar benda yang bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik. Atau bisa disebut medan listrik adalah suatu daerah dimana gaya listrik masih bekerja. Medan listrik merupakan efek yang timbul oleh muatan listrik dalam suatu benda.

Arah medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik bisa digambarkan dengan garis-garis gaya listrik. Sebuah muatan positif mempunyai garis gaya listrik menjauhi (keluar) dari muatan tersebut. Dan sebuah muatan negatif mempunyai garis gaya listrik mendekati (masuk) muatan negatif.

Contoh Listrik Statis

Sebetulnya sering kita jumpai contoh listrik statis dalam kehidupan sehari-hari tetapi mungkin saja tidak kita sadari. Berikut ini contohnya.

1. Saat Anda menyisir rambut, tanpa disadari terkadang rambut akan terbawa berdiri sendiri beriringan dengan gerakan sisir. Hal tersebut terjadi karena ada interaksi muatan antar sisir dengan rambut.
2. Penggaris atau sisir yang digosok-gosok ke rambut atau tangan kering akan menarik potongan kertas kecil.
3. Debu yang tertempel pada layar tv
4. Kain sutra yang digosok-gosok dengan batang kaca. Akan terjadi reaksi tarik-menarik antara dua benda tersebut. Karena elektron dari batang kaca akan berpindah ke kain sutera sehingga batang kaca akan memiliki muatan positif dan batang kaca akan memiliki muatan negatif
5. Menggosokan balon dengan tangan
6. Penggaris plastik digosok dengan kain woll. Kedua benda tersebut memiliki muatan netral, tetapi saat dua benda tersebut digesekkan maka akan ada perpindahan elektron dari kain woll ke penggaris plastik. Sehingga penggaris plastik memiliki muatan negatif dan kain woll memiliki muatan positif.
7. Ketika Anda mendekatkan tangan ke layar TV yang baru saja dimatikan. Perhatikan bulu atau rambut yang ada di tangan Anda akan berdiri.

Kemagnetan

1. PENGGOLONGAN BENDA BERDASARKAN SIFAT KEMAGNETANNYA

Magnet adalah suatu benda yang dapat menarik benda-benda yang terbuat dari besi, baja, dan logam-logam tertentu. Magnet yang pertama kali ditemukan berupa batuan. Batu magnet ini ditemukan di Magnesia (Asia kecil) dekat Yunani. Benda-benda di sekitar kita dikelompokkan menjadi tiga golongan yaitu ferromagnetik, paramagnetik, dan diamagnetik. Ferromagnetik adalah benda-benda yang dapat ditarik dengan kuat oleh magnet, misalnya besi, baja, nikel, dan kobalt. Paramagnetik adalah benda-benda yang ditarik lemah oleh magnet, misalnya platina dan alumunium. Sedangkan diamanetik adalah benda-benda yang tidak ditarik oleh magnet, misalnya seng dan bismut.

Magnet memiliki sifat-sifat antara lain: dapat menarik benda logam tertentu, gaya tarik magnet terbesar terletak pada kedua kutubnya, selalu menunjukkan arah utara dan selatan, memiliki dua kutub magnet, kutub-kutub magnet berlainan jenis tarik-menarik, dan kutub-kutub magnet yang sejenis tolak-menolak.

2. MEMBUAT MAGNET

Berdasarkan asalnya magnet ada dua macam, yaitu magnet alam (dari alam) dan magnet buatan. Cara membuat magnet:

a. Dengan cara menggosok

Magnet Gosok

Saat membuat magnet dengan cara menggosok maka hal yang perlu diperhatikan adalah penggosokan harus searah (teratur) tidak boleh bolak-balik.

b. Dengan arus listrik

Magnet Elektromagnetik

c. Dengan Induksi magnetik

Magnet dapat menarik benda logam tertentu karena susunan magnet elementer didalam magnet itu tersusun teratur. Bila kita bisa membuat susunan magnet elementer teratur maka kita bisa membuat magnet.

3. TEORI KEMAGNETAN BUMI

Jarum kompas selalu menunjuk arah utara dan selatan disebabkan karena tertarik oleh kutub selatan dan kutub utara magnet bumi. Kutub utara jarum kompas tertarik oleh kutub selatan magnet Bumi yang berada disekitar kutub utara Bumi. Sedangkan kutub selatan jarum kompas tertarik oleh kutub utara magnet Bumi yang terdapat di sekitar kutub selatan Bumi.

Kutub utara dan kutub selatan magnet Bumi tidak berimpit dengan kutub utara dan kutub selatan Bumi. Hal ini menyebabkan kutub utara dan kutub selatan magnet jarum kompas tidak menunjukkan arah utara dan selatan geografis, sehingga membentuk sebuah sudut yang disebut sudut deklinasi (D). Sudut deklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh kutub utara-selatan jarum kompas terhadap arah utara dan selatan geografis.

Pola garis-garis gaya magnetik yang dibentuk oleh kemagnetan bumi

Medan Magnet Bumi

Di daerah yang tepat di atas garis katulistiwa, posisi jarum kompas dalam keadaan seimbang. Namun jika kompas dibawa ke kutub Bumi, posisi jarum kompas akan condong ke atas atau ke bawah. Ketika dibawa mendekati kutub utara Bumi, kutub utara jarum kompas condong ke bawah karena tertarik oleh kutub selatan magnet Bumi. Sedangkan ketika dibawa mendekati kutub selatan Bumi, kutub selatan jarum kompas akan condong ke bawah karena tertarik oleh kutub utara magnet Bumi. Kemiringan jarum kompas tersebut membentuk sudut inklinasi. Sudut Inklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh jarum kompas terhadap permukaan Bumi.

4. MEDAN MAGNETIK

Besi dapat tertarik oleh magnet karena adanya gaya magnetik. Gaya tarik magnet terhadap besi ini semakin jauh semakin kecil, dan pada suatu saat nol. Selama besi masih dapat tertarik oleh magnet berarti besi tersebut masih berada dalam medan magnetik. Medan magnetik adalah daerah di sekitar magnet di mana benda dipengaruhi oleh gaya magnetik.

Medan Magnet

Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa pola medan magnetik tersebut berbentuk garis lengkung dari kutub utara ke kutub selatan, (Menurut kesepakatan, arah medan magnetik berasal dari kutub utara menuju kutub selatan magnetik).

5. MEDAN MAGNETIK DI SEKITAR KAWAT BERARUS LISTRIK

Kumparan kawat berinti besi yang dialiri listrik dapat menarik besi dan baja. Hal ini menunjukkan bahwa kumparan kawat berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik. Medan magnetik juga dapat ditimbulkan oleh kawat penghantar lurus yang dialiri listrik. Hal pertama diselidiki oleh Hans Christian Oersted (1777-1851) dengan percobaan sebagai berikut.

Percobaan Oersted

Berdasarkan hasil percobaan tersebut terbukti bahwa arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar itu menghasilkan medan magnetik, atau di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnetik. Pada saat arus listrik yang mengalir dalam penghantar diperbesar, ternyata kutub utara jarum kompas menyimpang lebih jauh. Hal ini berarti semakin besar arus listrik yang digunakan, semakin besar medan magnet magnetik yang dihasilkan.

Arah medan magnetik di sekitar kawat penghantar lurus berarus listrik dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Jika arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I), maka arah keempat jarimu yang lain menunjukkan arah medan magnetik (B). Kaidah tangan kanan ini juga dapat digunakan untuk menentukan arah medan magnetik pada penghantar berbentuk lingkaran yang dialiri listrik.

Untuk mengetahui letak kutub utara dan kutub selatan yang terbentuk pada kumparan berarus listrik dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut.

Medan Magnet Kawat Berarus

Perhatikan arah arus listrik yang mengalir pada kumparan. Ujung kumparan yang pertama ksli mendapat arus listrik dijadikan pedoman untuk menentukan letak kutub-kutub magnet. Caranya, genggamlah ujung kumparan yang pertama kali teraliri arus listrik dengan posisi jari tangan kanan sesuai dengan letak kawat pada inti besi. Apabila kawat itu berada di depan inti besi, letakkan telapak tangan menghadap ke depan, kemudian genggamlah kumparan berinti besi itu.

Kaidah Tangan Kanan

Letak kutub utara magnet ditunjukkan oleh arah ibu jari, sedangkan arah sebaliknya menunjukkan kutub selatan. Jika kawat penghantar yang pertama kali teraliri arus listrik berada di belakang inti besi, maka hadapkan telapak tanganmu ke belakang, kemudian genggamlah kumparan kawat itu. Dengan cara yang sama kamu dapat menentukan letak kutub utara dan kutub selatan magnet.

6. ELEKTROMAGNET

Elektromagnet adalah magnet yang terjadi karena aliran listrik pada kumparan berinti besi. Elektromagnet ini memiliki beberapa kelebihan dibanding magnet permanen. Kelebihan-kelebihan tersebut antara lain:

1. Sifat kemagnetannya dapat diperbesar dengan cara memperbanyak jumlah liitan atau memperbesar arus listri
2. Sifat kemagnetannya dapat dihilangkan dengan cara memutus arus listrik, dan dapat ditimbulkan kembali dengan cara meyambung arus listrik
3. Kutub-kutub magnetnya dapat ditukar dengan cara mengubah arah arus listrik.

Peralatan sehari-hari yang berprinsip pada elektromagnet antara lain: telepon, bel listrik, alat ukur listrik, dan alat pengangkat besi.

7. GAYA LORANTZ

Gaya Lorentz terjadi apabila kawat penghantar berarus listrik berada di dalam medan magnetik. Besar gaya Lorentz bergantung pada besar medan magnetik, panjang penghantar, dan besar arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar. Besar gaya Lorentz dapat ditentukan dengan rumus:

F=BIL

dengan: F= gaya Lorentz (newton)
B= kuat medan magnet (tesla)
I =kuat arus listrik (ampere)
L= panjang kawat penghantar (meter)

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Jika ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I) dan jari telunjuk menunjukkan arah medan magnetik (B), maka jari tengah menunjukkan arah gay Lorentz (F).

Kaidah Gaya Lorentz

Peralatan dalam kehidupan sehari-hari yang memanfaatkan gaya Lorentz antara lain: bor listrik, kipas angin, blender, mikser, alat pengering rambut, mesin penyedot debu, dan mesin cuci.