Gelombang Longitudinal : Jenis – Contoh – Rumus dan Contoh Soal

Dalam pembahasan mekanika atau gerak dan gerak pada ilmu pengetahuan alam, terdapat bab gelombang. Gelombang ini didefinisikan secara umum sebagai getaran yang merambat.

Benda sendiri dikatakan bergetar jika bergerak bolak balik dengan waktu yang sama dan jarak yang sama. Namun, meski dikatakan getaran yang merambat, perambatan yang dimaksud adalah perambatan energi yang dihasilkan oleh gerakan. Misalnya, bunyi bel yang terdengar dari kejauhan. Perambatan atau transfer energi yang terjadi adalah energi bunyi dari getaran bel atau lonceng. Bunyi ini dengan segala sifatnya merambat membentuk gelombang hingga terdengar dari jarak yang begitu jauh. Benda penyebab getaran, dalam hal ini bel atau lonceng, tetap berada di tempatnya. Tidak berpindah sama sekali.

Gelombang, berdasarkan arahnya rambatannya terbagi menjadi dua kelompok, yaitu gelombang longitudinal dan gelombang transeversal. Gelombang longitudinal akan dibahas dalam artikel ini secara lengkap. Gelombang transversal akan dibahas dalam artikel lain.

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatannya sama dengan arah getaran atau berhimpitan atau sejajar. Jadi, jika arah rambatan gelombang adalah Utara dan Selatan maka arah getarannya Utara Selatan atau sebaliknya. Tidak mungkin arah arah getarannnya menjadi Timur ke Barat atau Barat Ke Timur.

Gelombang ini dapat diamati secara jelas pada slinki atau pegas yang ujungnya diikat pada tiang. Hentakkan pegas, maka benda ini akan bergerak atau bergetar ke kanan dan kiri. Begitu pula dengan arah rambatannya.

Secara umum, ciri gelombang longitudinal, yaitu:

• Gerakan medium atau benda yang bergetar sama atau berlawanan arah dengan arah rambatan
• Gelombang berlawanan arah atau sama dengan terjadinya transfer energi.
• Gelombang ini memerlukan medium rambatan, tidak dapat merambat di ruangan hampa atau tanpa medium seperti zat padat, gas, dan air.
• Memiliki rapatan dan regangan (lihat gambar slinki). Bagian slinki yang partikelnya merenggang disebut sebagai regangan dan yang partikelnya bertambah rapat disebut rapatan. Ujung slinki biasanya membentuk rapatan.

Pada dasarnya jenis gelombang longitudinal sama dengan jenis gelombang pada umumnya. Jenis ini dibagi berdasarkan cara gelombang memancarkan energi.

1. Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat memancarkan energi melalui ruang hampa. Meski sudah disebutkan dalam ciri-ciri gelombang longitudinal, bahwa semua gelombangnya tidak dapat melalui ruang hampa, ini pengecualian. Gelombang plasma merupakan satu-satunya gelombang longitudinal yang dapat memancarkan energi melalui ruang hampa. Gelombang yang demikian contohnya adalah gelombang plasma seismik, gelombang yang terjadi karena getaran, gempa atau ledakan. Gempa yang merambat dari pusat gempa hingga ke wilayah sekitarnya sebagai contoh gempa seisimik. Sementara suara getaran gempa merupakan gelombang bunyi.

2. Gelombang Non Ekektromagnetik

Tentu saja gelombang non elektromagnetik adalah kebalikan dari gelombang elektromagnetik. Gelombang slinki, gelombang bunyi, dan gelombang gas dalam tabung tertutup menjadi bagian dari jenis ini. Dalam pembahasan jenis-jenis gelombang, kita sudah membahas tentang gelombang plasma sebagai contoh gelombang dalam kehidupan sehari-hari. Oleh karena itu, pada pembahasan selanjutnya kita akan membahas sedikit tentang contoh gelombangnya, yaitu gelombang bunyi, gelombang slinki, dan gelombang gas dalam tabung tertutup.

• Gelombang Bunyi

Gelombang bunyi terjadi karena adanya benda yang bergetar. Gelombang ini merupakan gelombang longitudinal yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, seperti untuk mengukur kedalaman laut, USG (Ultra Sonografi) pada dunia kedokteran, dan menghitung jarak benda yang belum terlihat.

Gelombang bunyi tidak seperti gelombang cahaya yang di udara mempunyai kecepatan tetap. Gelombang bunyi mempunyai kecepatan yang besarnya tergantung pada sifat inersia media rambat. Akibatnya, setiap makhluk hidup mempunyai kekuatan masing-masing dalam menangkapnya.

Manusia hanya dapat mendengar bunyi dengan kekuatan antara 20 Hz sampai 20.000 yang disebut bunyi audiosonik. Di bawah 20 Hz, bunyi hanya dapat didengar hewan tertentu, seperti anjing, kucing, dan jangkrik. Bunyi rendah tersebut disebut bunyi infrasonik. Sementara , bunyi tinggi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik dan hanya dapat didengar oleh kelelawar dan lumba-lumba.

Tidak heran, pada saat-saat tertentu hewan lebih peka terhadap manusia. Misalnya, ketika akan terjadi gempa hewan-hewan akan berlarian meninggalkan wilayah. Ini disebabkan mereka sudah mendengar suara terlebih dahulu yang frekuensinya tidak didengar manusia.

• Gelombang Slinki

Gelombang slinki merupakan gelombang longitudinal yangs sering dijadikan contoh karena gelombang ini terlihat. Gelombang ini terdapat pada pegas yang dipegang atau diikat bagian ujungnya, sedangkan bagian ujung lain ditarik dan dihentakkan.

• Gelombang Gas dalam Tabung Tertutup

Gelombang gas dalam tabung tertutup dapat turun dan naik. Gelombang ini tidak terlihat bentuknya, sama dengan gfelombang bunyi. Namun, besarnya tekanan naik dan turun dapat dihitung.

Telah disebutkan bahwa gelombang longitudinal banyak yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Gelombang ini meski tidak terlihat, dapat dirasakan dan dihitung bagian-bagiannya. Bagian gelombang ini dan rumusnya diuraikan di bawah ini.

• Panjang Gelombang: Panjang gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu periode. Biasanya jarak ini dilambangkan dengan atau s. Pada gelombang longitudinal, satu gelombang berarti jarak dari satu rapatan ke regangan.

• Kecepatan (v): Kecepatan dalam gelombang sama artinya dengan cepat rambat, yaitu jarak yang ditempuh atau panjang gelombang per satuan waktu tertentu.

• Waktu atau Periode (T): Periode adalah waktu yang diperlukan gelombang untuk satu kali getaran

• Frekuensi (f): Frekuensi merupakan kebalikan dari T, yaitu banyaknya getaran dalam satu detik.

• Jumlah Getaran (n): Jumlah getaran merujuk pada banyaknya gelombang dalam waktu tertentu.

Semua konsep di atas dipadukan dalam beberapa rumus seperti gambar di bawah ini.

Contoh soal dan pembahasan tentang gelombang longitudinal:

1. Jarak antara rapatan sampai regangan pada sebuah gelombang longitudinal adalah 20 cm. Bila frekuensi gelombang 2 Hz, maka berapakah cepat rambat gelombang?

Jawab :
Panjang gelombang (s) = 20 cm = 0,2 m
Frekuensi (f) = 2 Hz
Cepat rambat gelombang (v) = s x f = 0,2 x 2 = 0,4 m/s

2. Untuk mengukur kedalaman laut, sebuah kapal memancarkan gelombang ultrasonik. Pantulan gelombang diterima detector kapal 12 detik kemudian. Jika kecepatan gelombang ultrasonik di air adalah 1.200 m/s, berapakah kedalaman laut?

Jawab:

Gelombang uktrasonik adalah gelombang bunyi, contoh dari gelombang longitudinal.
Waktu gelombang memancar hingga memantul adalah 12 detik.
Waktu gelombang sampai ke dasar laut (t) = 12/2 = 6 detik.
Kecepatan gelombang (v) = 1.200 m/s
Maka kedalaman laut (panjang gelombang) = v x t = 1.200 x 6 = 7.200 m = 72 km

Sekian posting tentang gelombang longitudinal secara lengkap. Semoga bermanfaat.