Gelombang

Gelombang

Category: Fisika XII SMA

Written by fisikastudycenter

Fisikastudycenter.com- Soal Ulangan Harian Fisika Gelombang SMA Kelas XII IPA contoh soal disertai pembahasan.

Nomor 1
Diberikan sebuah persamaan gelombang Y = 0,02 sin (10πt − 2πx) dengan t dalam sekon, Y dan x dalam meter.
Tentukan:

a. amplitudo gelombang
b. frekuensi sudut gelombang
c. tetapan gelombang
d. cepat rambat gelombang
e. frekuensi gelombang
f. periode gelombang
g. panjang gelombang
h. arah rambat gelombang 
i. simpangan gelombang saat t = 1 sekon dan x = 1 m
j. persamaan kecepatan gelombang
k. kecepatan maksimum gelombang
l. persamaan percepatan gelombang
m. nilai mutlak percepatan maksimum
n. sudut fase saat t = 0,1 sekon pada x = ¹/₃ m
o. fase saat t = 0,1 sekon pada x = ¹/₃ m

Pembahasan :

Bentuk persamaan umum gelombang:

            Y = A sin (ωt - kx)

dengan A amplitudo gelombang,   ω = 2πf dan k = 2π/λ dengan demikian :

a. A = 0,02 m

b. ω = 10π rad/s 
c. k = 2π
d. v =  ω/k = 10π/2π = 5 m/s

e. f =  ω/2π = 10π/2π = 5 Hz

f. T = 1/f  = 1/ 5 = 0, 2 sekon

g. λ = 2π/k = 2π/2π = 1 m

h. ke arah sumbu x positif

i. Y = 0,02 sin(10 π- 2π) = 0,02 sin(8π) = 0 m
j. v = ω A cos(ωt−kx) = 10π(0,02) cos(10πt−2πx) m/s
k. v_maks = ωA = 10π(0,02) m/s 
l. a = −ω²y = −(10π)² (0,02) sin(10πt − 2πx) m/s²
m. a_maks = |−ω²A| = |−(10π)² (0,02)| m/s²
n. sudut fase θ = (10.π.0,1−2π.(¹/₃) = ¹/₃ π = 60^o
o. fase φ = ^60o/₃₆₀^o = ¹/₆

Nomor 2
Suatu gelombang permukaan air yang frekuensinya 500 Hz merambat dengan kecepatan 350 m/s. tentukan jarak antara dua titik yang berbeda sudut fase 60°! 
(Sumber : Soal SPMB)

Pembahasan :

Lebih dahulu tentukan besarnya panjang gelombang dimana

Beda fase gelombang antara dua titik yang jaraknya diketahui adalah

Nomor 3
Seutas tali salah satu ujungnya digerakkan naik turun sedangkan ujung lainnya terikat. Persamaan gelombang tali adalah y = 8 sin (0,1π) x cos π (100t - 12) dengan y dan x dalam cm dan t dalam satuan sekon. Tentukan:

a. panjang gelombang

b. frekuensi gelombang

c. panjang tali

(Sumber : Soal Ebtanas)

Pembahasan :

Pola dari gelombang stasioner diatas adalah

 

a. menentukan panjang gelombang
 

b. menentukan frekuensi gelombang
 

c. menentukan panjang tali

 

Nomor 4
Diberikan grafik dari suatu gelombang berjalan seperti gambar di bawah!

Jika jarak P ke Q ditempuh dalam waktu 5 sekon, tentukan persamaan dari gelombang di atas! (Tipikal Soal UN)

Pembahasan :

Bentuk umum persamaan gelombang adalah 

  

atau

 

atau

 
dengan perjanjian tanda sebagai berikut :

Tanda Amplitudo (+) jika gerakan pertama ke arah atas

Tanda Amplitudo (-) jika gerakan pertama ke arah bawah

Tanda dalam kurung (+) jika gelombang merambat ke arah sumbu X negatif / ke kiri

Tanda dalam kurung (-) jika gelombang merambat ke arah sumbu X positif / ke kanan

ambil data dari soal panjang gelombang  (λ) = 2 meter, dan periode (T) = 5/2 sekon atau frekuensi (f) = 2/5 Hz, masukkan data ke pola misal pola ke 2 yang dipakai didapat

 

Nomor 5
Seutas kawat bergetar menurut persamaan :

 

Jarak perut ketiga dari titik  x = 0 adalah.....
A. 10 cm
B. 7,5 cm
C. 6,0 cm
D. 5,0 cm
E. 2,5 cm
Sumber Soal : Marthen Kanginan 3A Gejala Gelombang

Pembahasan :

 Pola diatas adalah pola untuk persamaan gelombang stasioner ujung tetap atau ujung terikat. Untuk mencari jarak perut atau simpul dari ujung ikatnya, tentukan dulu nilai dari panjang gelombang.

   

Setelah ketemu panjang gelombang, tinggal masukkan rumus untuk mencari perut ke -3 . Lupa rumusnya,..!?! Atau takut kebalik-balik dengan ujung bebas,..!? Ya sudah tak usah pakai rumus, kita pakai gambar saja seperti di bawah:

Posisi perut ketiga P₃ dari ujung tetap A adalah satu seperempat panjang gelombang atau (⁵/₄) λ  (Satu gelombang  = satu bukit - satu lembah), sehingga nilai X adalah :

X = (5/4) λ = (5/4) x 6 cm = 7,5 cm

Nomor 6
Sebuah gelombang transversal memiliki frekuensi sebesar 0,25 Hz. Jika jarak antara dua buah titik yang berurutan pada gelombang yang memiliki fase sama adalah 0,125 m, tentukan cepat rambat gelombang tersebut, nyatakan dalam satuan cm/s!

Pembahasan
Data dari soal:
f = 0,25 Hz
Jarak dua titik yang berurutan dan sefase:
λ = 0, 125 m
ν = .....

ν = λ f
ν = (0,125)(0,25) = 0,03125 m/s = 3,125 cm/s

Nomor 7
Sebuah gelombang transversal memiliki frekuensi sebesar 0,25 Hz. Jika jarak antara dua buah titik yang berurutan pada gelombang yang memiliki fase berlawanan adalah 0,125 m, tentukan cepat rambat gelombang tersebut, nyatakan dalam satuan cm/s!

Pembahasan
Data dari soal:
f = 0,25 Hz
Jarak dua titik yang berurutan dan berlawanan fase:
¹/₂λ = 0, 125 m → λ = 2 × 0,125 = 0,25 m
ν = .....

ν = λ f
ν = (0,25)(0,25) = 0,0625 m/s = 6,25 cm/s

Nomor 8
Diberikan sebuah persamaan gelombang:
y = 0,05 cos (10t + 2x) meter
Tentukan :
a) Persamaan kecepatan
b) Persamaan percepatan

Pembahasan
    ( y)
     ↓    diturunkan  
   ( ν)
     ↓    diturunkan
   ( a)


y = 0,05 cos (10t + 2x) meter

Jika y diturunkan, akan diperoleh v :
ν = − (10)(0,05) sin (10t + 2x) 
ν = − 0,5 sin (10t + 2x) m/s

Jika v diturunkan, akan diperoleh a :
a = − (10)(0,5) cos (10t + 2x)
a = − 5 cos (10t + 2x) m/s²

Artikel Terkait materi ini bisa ditengok:

Bank Soal Semester Gelombang Berjalan,

Bank Soal Semester Gelombang Stasioner

Persamaan gelombang stationer ujung bebas

Persamaan gelombang berjalan ujung terikat

Soal No. 9
Persamaan simpangan gelombang berjalan y = 10 sin π(0,5t −2x). Jika x dan y dalam meter serta t dalam sekon maka cepat rambat gelombang adalah….
A. 2,00 m.s⁻¹
B. 0,25 m.s⁻¹
C. 0,10 m.s⁻¹
D. 0,02 m.s⁻¹
E. 0,01 m.s⁻¹
(Soal Gelombang - UN Fisika 2009)

Pembahasan
Menentukan cepat rambat gelombang dari suatu persamaan simpangan gelombang, bisa dengan beberapa cara, diantaranya:
- mencari frekuensi dan panjang gelombang terlebih dahulu, kemudian menggunakan rumus ν = λ f
- mengambil ω dan k dari persamaan gelombang, kemudian memakai rumus ν = ω / k seperti contoh 1 point d.
- mengambil koefisien t dan koefisien x, kemudian menggunakan ν = koefisien t / koefisien x

Kita ambil cara yang ketiga saja:


 

Soal No. 10
Sebuah gelombang berjalan di permukaan air memenuhi persamaan y = 0,03 sin 2π (60 t − 2x), y dan x dalam meter dan t dalam sekon. Cepat rambat gelombang tersebut adalah.... 
A. 15 m.s⁻¹
B. 20 m.s⁻¹
C. 30 m.s⁻¹
D. 45 m.s⁻¹
E. 60 m.s⁻¹
(Soal Gelombang - UN Fisika 2011)

Pembahasan
Dengan cara yang sama nomor sebelumnya: 

 

Soal pembahasan tentang gelombang yang lain silahkan dibuka berikut ini.

 Soal No. 11
Pada tali yang panjangnya 2 m dan ujungnya terikat pada tiang ditimbulkan gelombang stasioner. Jika terbentuk 5 gelombang penuh, maka letak perut yang ke tiga dihitung dari ujung terikat adalah...
A. 0,10 meter 
B. 0,30 meter 
C. 0,50 meter 
D. 0,60 meter
E. 1,00 meter 
(Soal Gelombang Stasioner Ujung Tetap - Ebtanas 1992)

Pembahasan
Terlihat, dalam 2 meter (200 cm) ada 5 gelombang. Jadi untuk 1 gelombangnya, panjangnya adalah
λ = 200 cm/5 = 40 cm. 

 

Perut ketiga, jika dihitung dari ujung ikatnya berjarak 1 gelombang lebih 1/4, atau 5/4 gelombang. Jadi jaraknya adalah:
x = 5/4 × λ 
x = 5/4 × 40 cm = 50 cm = 0,5 meter.