Gelombang Tali

GELOMBANG TALI

Sri Anjarsari, A. Dita Tawakkal Gau, Juliyanti Ayuningrum S, Aldi Risaldi, Rahmat Agung, Suciati Nurdin, Sirumba Sondok.

Laboratorium Fisika Modern Jurusan Biologi FMIPA Universitas Negeri Makassar

Abstrak.  Telah dilakukan percobaan mengenai “Gelombang Tali”. Eksperimen ini bertujuan untuk memahami prinsip percobaan gelombang tali,memahami hubungan antara tegangan tali dengan cepat rambat gelombang pada tali dan memahami hubungan antara rapat massa tali dengan cepar rambat gelombang pada tali. Pada eksperimen ini melakukan kegiatan sebanyak dua kali yaitu menyelidiki hubungan kecepatan gelombang dengan tegangan tali dan menyelidiki hubungan antara kecepatan gelombang dengan massa persatuan panjang tali. Prosedur kerja yang pertama adalah mengukur panjang tali serta massa tali yang akan digunakan lalu mengikat salah satu ujung pada vibrator dengan ujung yang satu dipentalkan pada katrol dengan menggantungkan beban dengan massa yang berbeda-beda. Untuk mengetahui hubungan kecepatan gelombang dengan massa rapat tali variable yang digunakan adalah tali dengan jenis yang berbeda, dengan demikian dapat diketahui tali yang bagaimana yang mempunyai kecepatan rambat yang besar. Dalam eksperimen ini, alat dan bahan yang digunakan diantaranya vibrator, variabel power supply, neraca ohauss 310 gram, mistar, kabel penghubung ganda secukupnya, katrol, beban gantung. Dari hasil eksperimen ini. Dari keseluruhan hasil yang diperoleh menunjukkan hasil yang kurang maksimal hal itu karena ketidaktelitian saat mengamati, kurang pekanya pengamat saat memencet tombol stopwatch, kondisi mata pengamat yang tidak normal, kemampuan kalorimeter dalam menyimpan panas yang tidak diketahui. 

KATA KUNCI : gelombang stasioner, tegangan tali, panjang gelombang, rapat massa tali, dan cepat rambat gelombang.

PENDAHULUAN

            Eksperimen ini bertujuan untuk memahami prinsip percobaan gelombang tali,memahami hubungan antara tegangan tali dengan cepat rambat gelombang pada tali dan memahami hubungan antara rapat massa tali dengan cepar rambat gelombang pada tali. Eksperimen ini sangat penting dan bermanfaat dalam kehidupan kita, sehingga pengetahuan mengenai gelombang, cepat rambat gelombang dan jenisnya perlu dipelajari. Gelombang bunyi dan gelombang udara sering dirasakan, apakah gelombang itu dan bagaimana kecepatannya tentu menjadi tanda tanya bagi kehidupan manusia.

Gelombang tali bergantung pada inersia medium, yaitu seberapa sukar mediumdigerakkan. Mekin besar inersia medium, makin pelan penjalaran gelombang. Gelombang adalah suatu getaran yang menjalar dalam suatu medium. Yangdimaksud dengan medium disini ialah sekumpulan benda yang saling berinteraksi dimana gangguan itu menjalar. Jika kita menggoyang salah satu ujung tali dan ujung yang satunya tetap, suatu gelombang yang berkelanjutan akan merambat ke ujung yang tetapdan dipantulkan kembali, dengan terbalik. Sementara menggetarkan tali tersebut, akan ada gelombang yang merambat di kedua arah, dan gelombang yang merambat ke ujung tetap akan berinterferensi dengan gelombang pantulan yang kembali.

Bila seutas tali dengan tegangan tertentu digetarkan secara terus menerus maka akan terlihat. Suatu bentuk gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambat gelombang, gelombang ini dinamakan gelombang transversal. Jika kedua ujungnya tertutup, gelombang pada tali itu akan terpantul-pantul dan dapat menghasilkan gelombang stasioner yang tampak berupa simpul dan perut.

Kegiatan eksperimen ini diawali dengan menyiapkan tiga macam tali/benang yang berbeda besarnya lalu mengambil salah satunya untuk diukur panjangnya lalu timbang dan mengikatkan salah satu ujungnya pada vibrator, sedang ujung yang lain dipentalkan pada katrol dan diberikan beban berbeda-beda.  Kemudian menyalakan Power Supply sehingga vibrator bergetar kemudian atur panjang tali sehingga terbentuk gelombang. Hitung berapa gelombang yang terbentuk. Untuk mengamati pengaruh kecepatan rambat dengan tegangan tali hanya diperlukan jenis tali yang berbeda yang kemudian mengamati jenis tali yang membentuk gelombang paling banyak.

Pada eksperimen ini dilakukan variasi pada jenis tali yang digunakan untuk mengetahui massa persatuan panjang tali yang di hasilkan dan beban yang berbeda untuk mengetahui tegangan tali yang mempengaruhi banyaknya gelombang yang terbentuk.

TEORI

Seutas tali dengan salah satu ujungnya diikat pada suatu penggetar (vibrator) di A, sedangkan pada ujung yang lain dipentalkan pada sebuah katrol dan diberi beban yang bermassa M. Besar tegangan tali adalah besar gaya berat dari massa beban yang digantingkan. Jika vibrator digetarkan listrik dengan frekuensi f, maka energi gelombang melalui akan bergerak dari A ke B, energi gelombang ini menyebabkan tali menjadi bergelombang. Pantulan gelombang oleh simpul di B menyebabkan adanya gelombang yang arahnya berlawanan dengan gelombang datang dari sumber (titik A). Perpaduan (interferensi) gelombang datang dan gelombang pantul ini menghasilkan gelombang stasioner. Satu gelombang yang terbentuk jika terdapat tiga simpul atau dua perut. Jika frekuensi penggetar dapat diketahui dan panjang gelombang dapat dihitung maka cepat rambat gelombang pada tali dapat ditentukan. Selain itu dengan menggunakan persamaan 6.1 kecepatan rambat gelombang dapat dihitung.

Cepat rambat gelombang pada tali dapat ditentukan dengan persamaan:

                                                                                [6.1]

dan,

                                                              [6.2]

dengan: v = laju rambat gelombang tala (m/s)

               F = Gaya tegangan tali (N)

               = rapat massa tali (kg/m)

                = panjang gelombang (m)

               f = frekuensi getar vibrator (hz)

METODOLOGI EKSPERIMEN

A.                 Alat dan Bahan

Dalam melakukan praktikum gelombang tali ini, alat dan bahan yang digunakan diantaranya Vibrator(penggetar), power supply sebagai tegangan sumber, neraca ohauss 310 gram untuk menghitung massa tiap tali, Mistar untuk mengukur panjang tiap tali, kabel penghubung untuk menghubungkan rangkaian ke sumber tegangan, katrol, dan beban dengan massa yang berbeda-beda sebanyak empat beban.

B.                 Prosedur Kerja

		GAMBAR1. Susunan alat percobaan gelombang stasioner

 

C.      

D.      

Pada kegiatan pertama yaitu menyelidiki hubungan kecepatan rambat gelombang dengan tegangan tali yaitu  pertama  menimbang massa beban yang digunakan sebanyak empat macam benda yang massanya berbeda. Lalu mengambil sepotong benang atau tali, kemudian mengikat salah satu ujungnya pada vibrator dengan ujung yang staunya  mementalkannya pada katrol serta memberi beban sebesar m, kemudian menyalakan power supply. Mengatur panjang tali dengan cara menggeser vibrator sehingga terbentuk gelombang stasioner. Jika telah terbentuk, menghitung jumlah gelombang yang terjadi dan matikan power supply dan mengukur panjang tali dari vibrator hingga katrol. Mengulangi kegiatan ini hingga beberapa kali dengan mengganti beban.

Pada kegiatan kedua yaitu menyelidiki hubungan antara kecepatan rambat gelombang dengan massa rapat massa persatuan panjang tali yaitu dengan menyiapkan dua macam tali dengan besar yang berbeda. Lalu mengambil setiap tali/benang, kemudian mengukur panjangnya dan menimbang massanya. Melakukan kegiatan ini dengan tali yang berbeda. Setelah itu, hitung massa tiap persatuan panjang tali. Mengambil sepotong tali/benang pertama, mengikat salah satu ujungnya pada vibrator sedangkan ujung yang satunya dipentalkan dengan diberikan beban sebesar m. kemudian menyalakan power supply sehingga vibrator bergetar,setelah itu atur panjang tali hingga terbentuk gelombang. menghitung berapa jumlah gelombang yang terjadi dan matikan power supply,kemudian mengukur berapa panjang talinya. Mengulangi kegiatan ini denga jenis tali yang lain,tapi denga massa beban yang sama.

C.     Identifikasi Variabel

Kegiatan 1

Variabel manipulasi: panjang tali (cm), jumlah gelombang, dan massa beban (g).

Variabel respon      : cepat rambat gelombang v (cm/s) dan panjang gelombang λ (cm).

Variabel control     : massa beban (g) dan panjang tali (cm).

Kegiatan 2

Variabel manipulasi :panjang tali (cm), jumlah gelombang, massa beban (g), dan massa tali (g).

Variabel respon      : tegangan tali (g.cm/s²),  cepat rambat gelombang v (cm/s), dan rapat massa tali μ (kg/m).

Variabel control    : massa beban (g) dan panjang tali (cm).

D.     Definisi Operasional Variabel

Dalam melakukan percobaan ini menggunakan tiga variable yang setiap variable mempunyai pengertian dan peran masing-masing. Panjang tali adalah berapa panjang tali tersebut dari vibrator ke katrol, jumlah gelombang adalah jumlah gelombang yang muncul pada tali yang digetarkan, massa beban adalah massa benda yang digantung pada ujung tali yang dihubungkan dengan katrol, dan massa tali adalah massa tali yang akan digunakan dalam percobaan.

Kemudian yang termasuk dalam variable respon adalah cepat rambat gelombang (v),  adalah kelajuan beserta arah geraknya, dimana satuannya adalah m/s atau diturunkan dari besaran pokok panjang dan waktu, panjang gelombang (λ) adalah sebuah jarak antara satua berulang dari sebuah pola gelombang, Tegangan adalah perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian listrik yang diukur menggunakan voltmeter, lalu untuk mengukur arus menggunakan amperemetre, kuat arus listrik adalah sekelompok pertikel yang bermuatan yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, dan  rheostat adalah peralatan listrik yang memiliki resistansi disesuaika. Pada variabel control terdapat massa beban yaitu massa benda yang digantung pada ujung tali yang dihubungkan dengan katrol, dan panjang tali adalah berapa panjang tali tersebut dari vibrator ke katrol.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA

A.     Hasil Pengamatan

 Kegiatan 1. Hubungan tegangan tali dengan kecepatan gelombang

 Frekuensi gelombang  = 50 Hz           

 Percepatan gravitasi    = 1000 cm/s²

 Tabel 6.1. Hubungan tegangan tali dengan kecepatan gelombang

No	Massa Beban (gram)	Panjang Tali (cm)	Jumlah gelombang	Panjang Gelombang (cm)	Cepat Rambat Gelombang (cm/s)
1	31,9	157	4	39,3	19,55
2	41,9	157	3	44,9	21,80
3	51,9	157	3	52,3	23,85
4	61,9	157	2	62,8	9,10

Kegiatan 2. Hubungan Antara Kecepatan Rambat Gelombang Dengan Massa Persatuan Panjang Tali

Rapat Massa Tali 1      =          0,253   g/cm

Rapat Massa Tali 2      =          0,203 g/cm

Massa beban                =          31,9 g             

Frekuensi gelombang  =          50        Hz       

Tabel 6. 2. Hubungan antara kecepatan rambat gelombang dengan massa persatuan panjang tali

Jenis Tali	Panjang Tali (cm)	Jumlah Gelombang	Tegangan Tali (g.cm/s2)	Cepat Rambat Gelombang (cm/s)
I	126	2	31900	355,08
II	157	4	31900	396,41

Analisis Data

1.      v = λ  f  

   = 39,3 . 50 

   = 1965 cm/s²

F = m  g

   = 31.9  1000

   = 31900 g.cm/s²

2.      v = λ  f  

   = 44,9 . 50 

    =  2245 cm/s²

F = m  g

   = 41,9  1000

   = 41900 g.cm/s²

3.      v = λ  f  

   = 52,3 . 50 

    = 2615 cm/s²

F = m  g

   = 51,9  1000

   = 51900 g.cm/s²

4.      v = λ  f  

   = 62,8 . 50 

    = 3140 cm/s²

F = m  g

   = 61,9  1000

   = 61900 g.cm/s²

Kegiatan 2

1.      Perhitungan pertama

λ

maka, v λ . f

 63 . 50

 3150 cm/s²

Perhitungan kedua:

μ

F = m 31,9 g  = 31900 gr.cm/s²

maka, v

            

126086 cm/s²

2.      Perhitungan pertama:

λ

maka, v λ . f  39,25 . 50  1962,5 cm/s²

Perhitungan kedua:

μ

F = m 31,9 g  = 31900 gr.cm/s²

maka, v

            

157143 cm/s²

PEMBAHASAN

Gelombang adalah suatu getaran yang menjalar dalam suatu medium. Yang dimaksud dengan medium disini ialah sekumpulan benda yang saling berinteraksi dimana gangguan itu menjalar. Gerak gelombang dapat dipandang sebagai perpindahan energi dan momentum dari satu titik didalam ruang ke titik lain tanpa perpindahan materi. Pada gelombang mekanik, seperti gelombang pada tali atau gelombang bunyi di udara, energi dan momentum dipindahkan melalui gangguan dalam medium.

Jika kita menggerakkan salah satu ujung tali (atau pegas) dan ujung yang satunya tetap, suatu gelombang yang berkelanjutan akan merambat ke ujung yang tetap dan dipantulkan kembali, dengan terbalik. Sementara kita menggetarkan tali tersebut, akan ada gelombang yang merambat di kedua arah, dan gelombang yang merambat ke ujung tetap akan berinterferensi dengan gelombang pantulan yang kembali. Biasanya akan ada kekacauan. Tetapi jika kita menggetarkan tali dengan frekuensi yang tepat, kedua gelombang akan berinterferensi sedemikian sehingga akan dihasilkan gelombang berdiri dengan amplitudo besar.

Pada eksperimen ini, vibrator diikatkan tali yang panjang melalui katrol lalu digantungkan massa beban. Vibrator sudah memiliki ferkuensi tertentu yaitu 50 Hz. Vibrator kemudian dihidupkan dengan menghubungkan pada sumber tegangan. Pada saat itu timbul gelombang transveral yang merambat dari vibrator ke katrol dan dipantulkan oleh katrol ke vibrator. Jarak antara katrol dan vibrator diatur sedemikian rupa sehingga memudahkan praktikan dalam menentukan panjang gelombang. Panjang tali antara vibrator dan katrol, dibagi banyaknya gelombang yang terbentuk, akan menmendapatkan nilai panjang satu gelombang.

Dalam percobaan ini dilakukan percobaan dengan dua variasi yaitu variasi massa beban dan variasi jenis tali. Pada percobaan 1 (variasi massa beban), semakin besar massa beban yang digantungkan, maka akan terjadi panjang gelombang yang semakin besar. Hal ini menyebabkan cepat rambat semakin besar pula. Pada percobaan 2 Hubungan antara kecepatan gelombang dengan massa persatuan panjang tali adalah berbanding lurus, semakin panjang ukuran tali dan semakin besar massa tali yang digunakan maka kecepatan gelombang yang dihasilkan semakin besar . jika dianalisis dengan hukum Menlde, semakin besar massa beban, makan gaya ketegangan tali semakin besar.

Hasil dari percobaan ini adalah kecepatan gelombang pada percobaan pertama 1965 cm/s², dan tegangan tali yaitu 31900 g.cm/s². Dan untuk kegiatan kedua nilai rapat massa persatuan panjang tali yaitu  dengan kecepatan gelombang 126086 cm/s² pada percobaan pertama dan  rapat massa persatuan panjang tali dengan kecepatan rambat gelombang sebesar 157143 cm/s².

Data yang diperoleh menunjukkan bahwa hubungan antara tegangan dan arus listrik adalah berbanding terbalik. Jika tegangan di kaitkan dengan kuat arus dan hambatan maka hubungannya adalah jika tegangan besar kuat arus kecil maka hambatan sebanding dengan tegangan dan sebaliknya jija kuat arus besar tegangan kecil maka hambatan semakin kecil. Dari setiap penggeseran rheostat semakin mendekati maksimal maka hambatannya semakin besar dan sebaliknya jika rheostat di geser menjauhi maksimal atau mendekati maksimum maka hambatannya kecil karena arus yang mengalir dari power supply langsung menuju ke voltmeter.

Dalam melakukan eksperimen ini, masih terdapat kesalahan-kesalahan yang menyebabkan data yang diperoleh kurang tepat dengan teori, Terdapatnya perbedaan hasil pengukuran yang dianalisis dengan hukum Ohm dan grafik dengan nilai yang digunakan dalam percobaan wajar terjadi. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor. Pertama adalah objek yang digunakan dalam percobaan, tegangannya sudah tidak sesuai dengan yang tertera karena telah digunakan sebelumnya. Selain itu, praktikan tidak melakukan eksperimen pendahuluan untuk memastikan alat dan bahan dalam keadaan baik sehingga praktikan tidak mengetahui kondisi alat dan bahan sebenarnya. Kemudian pembulatan nilai data juga membuat data mengalami sedikit perbedaan dengan nilai yang digunakan. Faktor pengamat juga dapat menjadi sumber ralat, seperti kondisi mata pengamat yang tidak normal dan berkacamata serta kurang tepat dalam membaca data karena skala alat yang tertera sulit dibaca.

Sehubungan dengan  masih banyaknya kesalahan dalam eksperimen ini, untuk itu dalam eksperimen selanjutnya mengenai eksperimen joule sebaiknya lebih teliti lagi dalam melihat dan mengamati, dan diharapkan lebih fokus dan lebih maksimal sehingga hasil yang diperoleh relevan dengan kesalahan yang kecil, sesuai dengan yang diharapkan.

SIMPULAN DAN DISKUSI

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

1.      Prinsip kerja kalorimeter adalah dengan mengubah massa setiap beban yang di gantungkan pada jenis tali yang kemudian diketahui berapa banyak gelombang yang terbentuk pada saat di hubungkan ke vibrator.

2.      Hubungan antara kecepatan gelombang dengan tegangan tali adalah berbanding lurus, semakin besar massa beban yang digantungkan dimana tegangan tali semakin besar, maka akan menghasilkan panjang gelombang yang semakin besar. Hal ini menyebabkan cepat rambat semakin besar pula.

3.      Hubungan antara kecepatan gelombang dengan massa persatuan panjang tali adalah berbanding lurus, semakin panjang ukuran tali dan semakin besar massa tali yang digunakan maka kecepatan gelombang yang dihasilkan semakin besar.

DAFTAR RUJUKAN

·         Halliday, David dan Resnick, Robert. 1999. Fisika Jilid 2 Edisi Kelima (Terjemahan). Jakarta: Erlangga.

·         Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Kedua Jilid 2 (Terjemahan). Jakarta: Erlangga.