Sebuah gelombang merambat menurut grafik di bawah ini:
Tentukan:
A. Frekuensi gelombang
B. Frekuensi sudut
C. Bilangan gelombang
D. Persamaan gelombang berjalan
Frekuensi = f = 0,2 detik
Frekuensi sudut = ω = 2πf = 0,4π
Bilangan gelombang = k = \(\dfrac{2 \pi}{\lambda} = \dfrac{2 \pi}{10} = 0,2 \pi\)
Persamaan gelombang:
\begin{equation*}
y = 2 \sin (0,4 \pi t - 0,2 \pi x)
\end{equation*}
Sebuah gelombang merambat dengan amplitudo 10 cm, frekuensi 0,5 Hz dan cepat rambat 4 m/s. Gelombang merambat dari kiri ke kanan, dan mula-mula bergerak ke atas. Pada awal gerakannya, simpangan gelombang pada jarak 5 cm.
A. Bentuklah persamaan gelombang berjalan yang menyatakan posisi simpangan pada jarak x meter setelah sumber getar bergetar t sekon
B. Tentukan simpangan, kecepatan getar dan percepatan getar suatu lokasi yang berjarak 4 meter dari sumber getar, setelah sumber getar bergetar selama 1 detik
C. Tentukan sudut fase suatu lokasi yang berjarak 2 meter dari sumber getar, setelah sumber getar bergetar selama 0,5 detik
D. Tentukan beda fase dari dua lokasi yang berjarak 20 m
E. Tentukan beda fase suatu lokasi dengan selisih waktu 4 detik
A. Persamaan gelombang
Panjang gelombang
\begin{equation*}
\begin{split}
v & = \lambda \:.\: f \\\\
4 & = \lambda \:.\: 0,5 \\\\
\lambda & = 8 \text{ m}
\end{split}
\end{equation*}
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = A \sin (\omega t - kx + \theta_o) \\\\
y & = A \sin (2 \pi f t - \frac{2 \pi}{\lambda} x + \theta_o) \\\\
y & = 10 \sin (2 \pi \:.\: 0,5 \:.\: t - \frac{2 \pi}{8} x + \theta_o) \\\\
y & = 10 \sin (\pi t - \frac{\pi}{4} x + \theta_o) \text{ cm}
\end{split}
\end{equation*}
Menentukan \(\theta_o\)
Simpangan mula-mula yo = 5 cm (to = 0, xo = 0)
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 10 \sin (\pi t - \frac{\pi}{4} x + \theta_o) \\\\
5 & = 10 \sin \theta_o \\\\
\frac{1}{2} & = \sin \theta_o \\\\
\theta_o & = 30^{\text{o}} \\\\
\theta_o & = \frac{\pi}{6}
\end{split}
\end{equation*}
Persamaan gelombang
\begin{equation*}
y = 10 \sin (\pi t - \frac{\pi}{4} x + \frac{\pi}{6}) \text{ cm}
\end{equation*}
B. Simpangan, kecepatan dan percepatan pada x = 4 m dan t = 1 detik
Simpangan
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 10 \sin (\pi t - \frac{\pi}{4} x + \frac{\pi}{6}) \\\\
y & = 10 \sin (\pi (1) - \frac{\pi}{4} (4) + \frac{\pi}{6}) \\\\
y & = 10 \sin \frac{\pi}{6} \\\\
y & = 10 \:.\: \frac{1}{2} \\\\
y & = 5 \text{ cm}
\end{split}
\end{equation*}
Kecepatan getar
\begin{equation*}
\begin{split}
v_y & = \frac{dy}{dt} = \omega A \cos (\omega t - kx + \theta_o) \\\\
v_y & = 10 \pi \cos (\pi t - \frac{\pi}{4} x + \frac{\pi}{6}) \\\\
v_y & = 10 \pi \cos (\pi (1) - \frac{\pi}{4} (4) + \frac{\pi}{6}) \\\\
v_y & = 10 \pi \:.\: \cos \frac{\pi}{6} \\\\
v_y & = 10 \pi \:.\: \frac{1}{2} \sqrt{3} \\\\
v_y & = 5 \sqrt{3} \text{ cm/s}
\end{split}
\end{equation*}
Percepatan getar
\begin{equation*}
\begin{split}
a_y & = - \omega^2 y \\\\
a_y & = \pi^2 \:.\: 5 \\\\
a_y & = 5 \pi^2 \text{ cm/s}^2
\end{split}
\end{equation*}
C. Sudut fase pada x = 2 m dan t = 0,5 detik
\begin{equation*}
\begin{split}
\theta & = \pi t - \frac{\pi}{4} x + \frac{\pi}{6} \\\\
\theta & = \pi (0,5) - \frac{\pi}{4} (2) + \frac{\pi}{6} \\\\
\theta & = \frac{\pi}{6} \\
\end{split}
\end{equation*}
D. Beda fase dari dua lokasi yang berjarak 20 m
\begin{equation*}
\begin{split}
\Delta \varphi & = \frac{\Delta x}{\lambda} \\\\
\Delta \varphi & = \frac{20}{8} \\\\
\Delta \varphi & = 2\frac{1}{2} \\\\
\Delta \varphi & = \frac{1}{2}
\end{split}
\end{equation*}
E. Beda fase suatu lokasi dengan selisih waktu 4 detik
\begin{equation*}
\begin{split}
\Delta \varphi & = \frac{\Delta t}{T} \\\\
\Delta \varphi & = \frac{4}{2} \\\\
\Delta \varphi & = 2
\end{split}
\end{equation*}
Sebuah gelombang merambat menurut persamaan \(y = 2 \sin \pi \left(\frac{1}{3}x - \frac{1}{2}t + \frac{1}{4}\right)\) cm, x dan t dalam meter dan detik. Tentukan:
A. Amplitudo, frekuensi dan cepat rambat gelombang
B. Beda sudut fase antara dua tempat yang berjarak 48 m
A. Frekuensi, amplitudo dan cepat rambat gelombang
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 2 \sin \pi \left(\frac{1}{3}x - \frac{1}{2}t + \frac{1}{4}\right) \\\\
y & = 2 \sin \left(\frac{1}{3} \pi x - \frac{1}{2} \pi t + \frac{1}{4} \pi \right) \\\\
A & = 2 \text{ cm} \\\\
\omega & = \frac{1}{2} \pi \\\\
2 \pi f & = \frac{1}{2} \pi \\\\
f & = \frac{1}{4} \text{ Hz} \\\\
k & = \frac{2 \pi}{\lambda} \\\\
\frac{1}{3} \pi & = \frac{2 \pi}{\lambda} \\\\
\lambda & = 6 \text{ m} \\\\
v & = \lambda \:.\: f \\\\
v & = 6 \:.\: \frac{1}{4} \\\\
v & = 1,5 \text{ m/s}
\end{split}
\end{equation*}
B. Beda fase antara dua tempat yang berjarak 48 m
\begin{equation*}
\begin{split}
\Delta \varphi & = \frac{\Delta x}{\lambda} \\\\
\Delta \varphi & = \frac{48}{6} \\\\
\Delta \varphi & = 8 \\\\
\Delta \varphi & = 0
\end{split}
\end{equation*}
Kedua tempat sefase
Seutas tali membentuk gelombang berjalan merambat ke kanan dengan cepat rambat 60 m/s dan frekuensi 100 Hz. Tentukan:
A. Jarak dua titik yang dilalui gelombang jika beda fase kedua titik 1/3.
B. Beda fase pada satu titik yang dilalui gelombang jika selisih waktu 0,012 detik.
Panjang gelombang
\begin{equation*}
\begin{split}
v & = \lambda \:.\: f \\\\
60 & = \lambda \:.\: 100 \\\\
\lambda & = 0,6 \text{ m}
\end{split}
\end{equation*}
A. Jarak dua titik jika beda fasenya 1/3
\begin{equation*}
\begin{split}
\Delta \varphi & = \frac{\Delta x}{\lambda} \\\\
\frac{1}{3} & = \frac{\Delta x}{0,6} \\\\
\Delta x & = 0,2 \text{ m}
\end{split}
\end{equation*}
B. Beda fase pada satu titik jika selisih waktu 0,012 detik
\begin{equation*}
\begin{split}
\Delta \varphi & = \frac{\Delta t}{T} \\\\
\Delta \varphi & = \frac{0,012}{0,01} \\\\
\Delta \varphi & = 1,2 \\\\
\Delta \varphi & = 0,2
\end{split}
\end{equation*}
Sebuah tali digetarkan pada salah satu ujungnya dan diikat pada ujung yang lain. Getaran menghasilkan frekuensi 2 Hz dan panjang gelombang 2 meter dengan amplitudo gelombang 50 cm. Tentukan:
A. Bentuklah persamaan gelombang stasioner dari gelombang di atas
B. Tentukan amplitudo gelombang stasioner pada jarak 2 meter dari posisi ujung terikat
C. Tentukan simpangan suatu titik yang berjarak 0,25 meter dari ujung terikat setelah gelombang stasioner terbentuk selama 4 detik
D. Tentukan jarak antara dua simpul yang berdekatan
E. Tentukan jarak perut kedua dari ujung tetap
A. Persamaan gelombang stationer ujung tetap
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 2A \sin kx \cos \omega t \\\\
y & = 2A \sin \tfrac{2\pi}{\lambda} x \cos 2 \pi f t \\\\
y & = 2 \:.\: 50 \sin \tfrac{2\pi}{2} x \cos 2 \pi \:.\: 2 t \\\\
y & = 100 \sin \pi x \cos 4 \pi t \text{ cm}
\end{split}
\end{equation*}
B. Amplitudo gelombang stasioner pada x = 2 meter
\begin{equation*}
\begin{split}
A_s & = 100 \sin \pi x \\\\
A_s & = 100 \sin \pi (2) \\\\
A_s & = 0
\end{split}
\end{equation*}
C. Simpangan pada x = 0,25 meter dan t = 4 detik
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 100 \sin \pi x \cos 4 \pi t \text{ cm} \\\\
y & = 100 \sin \pi (0,25) \cos 4 \pi (4) \\\\
y & = 100 \sin 0,25 \pi \cos 16 \pi \\\\
y & = 100 \:.\: \tfrac{1}{2} \sqrt{2} \:.\: \cos 0 \\\\
y & = 100 \:.\: \tfrac{1}{2} \sqrt{2} \:.\: (1) \\\\
y & = 50 \sqrt{2}
\end{split}
\end{equation*}
D. Jarak antara dua simpul yang berdekatan
\begin{equation*}
\begin{split}
x & = (n - 1) \: \frac{\lambda}{2} \\\\
x & = (n - 1) \: \frac{2}{2} \\\\
x & = (n - 1) \text{ meter} \\\\
n = 1 & \rightarrow x = 0 \\\\
n = 2 & \rightarrow x = 1 \text{ meter}
\end{split}
\end{equation*}
Jarak dua simpul berdekatan adalah 1 meter.
E. Jarak perut kedua dari ujung tetap
\begin{equation*}
\begin{split}
x & = (n - \frac{1}{2}) \: \frac{\lambda}{2} \\\\
x & = (n - \frac{1}{2}) \: \frac{2}{2} \\\\
x & = (n - \frac{1}{2}) \text{ meter} \\\\
n = 2 & \rightarrow x = 1 \frac{1}{2} \text{ meter}
\end{split}
\end{equation*}
Sebuah gelombang dengan amplitudo 20 cm dan frekuensi 50 Hz merambat pada tali ujung bebas dengan kecepatan 100 m/s. Pantulan pada ujung bebas menghasilkan gelombang stationer. Titik P terletak 25 cm dari ujung bebas. Tentukan:
A. Persamaan gelombang stationer
B. Simpangan titik P saat sumber getar sudah bergetar 0,025 detik
C. Kapankah titik P memiliki simpangan ½ dari amplitudo untuk pertama kalinya
A. Persamaan gelombang stationer ujung bebas
Panjang gelombang
\begin{equation*}
\begin{split}
v & = \lambda \:.\: f \\\\
100 & = \lambda \:.\: 50 \\\\
\lambda & = 2 \text{ m}
\end{split}
\end{equation*}
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 2A \cos kx \sin \omega t \\\\
y & = 2A \cos \tfrac{2 \pi}{\lambda} x \sin 2 \pi f t \\\\
y & = 2 \:.\: 20 \cos \tfrac{2 \pi}{2} x \sin 2 \pi \:.\: 50 t \\\\
y & = 40 \cos \pi x \sin 100 \pi t
\end{split}
\end{equation*}
B. Simpangan titik P saat sumber getar sudah bergetar 0,025 detik
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 40 \cos \pi x \sin 100 \pi t \\\\
y & = 40 \cos \pi (0,25) \sin 100 \pi (0,025) \\\\
y & = 40 \cos \tfrac{1}{4}\pi \sin \tfrac{1}{2}\pi \\\\
y & = 40 \:.\: \tfrac{1}{2} \sqrt{2} \:.\: 1 \\\\
y & = 20 \sqrt{2} \text{ cm}
\end{split}
\end{equation*}
C. Kapankah titik P memiliki simpangan ½ dari amplitudo
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 40 \cos \pi x \sin 100 \pi t \\\\
20 & = 40 \cos \pi (0,25) \sin 100 \pi t \\\\
20 & = 40 \:.\: \tfrac{1}{2} \sqrt{2} \sin 100 \pi t \\\\
20 & = 20 \sqrt{2} \sin 100 \pi t \\\\
\frac{1}{\sqrt{2}} & = \sin 100 \pi t \\\\
\frac{1}{2} \sqrt{2} & = \sin 100 \pi t \\\\
\sin \frac{\pi}{4} & = \sin 100 \pi t \\\\
\frac{\pi}{4} & = 100 \pi t \\\\
t & = \frac{1}{400} \text{ detik}
\end{split}
\end{equation*}
Seorang anak menggetarkan seutas tali sehingga terbentuk gelombang stasioner dengan persamaan \(y = 0,6 \cos \frac{\pi}{6} x \sin 50 \pi t\) dimana x dan y dalam meter dan t dalam detik.
Tentukan:
A .Berapa amplitudo dan cepat rambat gelombang asal
B. Berapa jarak antara simpul dan perut yang berdekatan
C. Berapakah kecepatan getar suatu titik pada kedudukan x = 1,5 cm ketika t = 9/8 detik
A. Amplitudo dan cepat rambat gelombang asal
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 2A \cos kx \sin \omega t \\\\
y & = 0,6 \cos \tfrac{\pi}{6} x \sin 50 \pi t
\end{split}
\end{equation*}
\begin{equation*}
\begin{split}
2A & = 0,6 \\\\
A & = 0,3 \text{ m}
\end{split}
\end{equation*}
\begin{equation*}
\begin{split}
k & = \frac{\pi}{6} \\\\
\frac{2 \pi}{\lambda} & = \frac{\pi}{6} \\\\
\lambda & = 6 \text{ m}
\end{split}
\end{equation*}
\begin{equation*}
\begin{split}
\omega & = 50 \pi \\\\
2 \pi f & = 50 \pi \\\\
f & = 25 \text{ Hz}
\end{split}
\end{equation*}
\begin{equation*}
\begin{split}
v & = \lambda \:.\: f \\\\
v & = 6 \:.\: 25 \\\\
v & = 150 \text{ m/s}
\end{split}
\end{equation*}
B. Jarak antara simpul dan perut yang berdekatan
Jarak perut dan simpul berdekatan = \(\dfrac {\lambda}{4} = \dfrac {6}{4} = 1,5 \text{ m}\)
C. Kecepatan getar suatu titik pada x = 1,5 m dan t = 9/8 detik
\begin{equation*}
\begin{split}
y & = 0,6 \cos \tfrac{\pi}{6} x \sin 50 \pi t \\\\
v & = \frac{dy}{dt} = 0,6 \:.\: 50 \pi \cos \tfrac{\pi}{6} x \cos 50 \pi t \\\\
v & = 30 \pi \cos \tfrac{\pi}{6} (1,5) \cos 50 \pi (\tfrac{9}{8}) \\\\
v & = 30 \pi \cos \tfrac{\pi}{4} \cos 56\tfrac{1}{4} \pi \\\\
v & = 30 \pi \cos \tfrac{\pi}{4} \cos \tfrac{1}{4} \pi \\\\
v & = 30 \pi \:.\: \tfrac{1}{2} \sqrt{2} \:.\: \tfrac{1}{2} \sqrt{2} \\\\
v & = 15 \pi \text{ m/s}
\end{split}
\end{equation*}