SIMULASI SUPERPOSISI
Halo Sobat Fisika, kembali lagi bersama saya Verren pada postingan blog khusus fisika kelas 11 jurusan IPA. Pada kesempatan kali ini saya akan menjelaskan materi baru. Jika sebelumnya kita sudah memahami tentang termodinamika, maka pada kesempatan kali ini saya akan beralih penjelasan menuju materi tentang Gelombang. Tentunya kita semua pernah mempelajari materi gelombang di jenjang SMP kelas 8 dan di masa SMA kita akan kembali belajar seputar gelombang dengan level yang lebih dalam. Pada postingan blog sekarang, saya akan menjabarkan tentang informasi dan hal-hal yang berkaitan dengan gelombang kemudian kita akan langsung praktek dengan sebuah simulasi yang sudah saya siapkan dalam bentuk video dan gambar. Tentunya belajar sambil mengamati animasi fisika yang interaktif akan membuat kita semakin semangat dan mempermudah pemahaman kita mengenai tentang gelombang. Ayo kita langsung simak penjelasan pada materi di bawah ini.
Tahukah kalian bahwa gelombang tidak pernah terlepas di dalam kehidupan kita, bahkan bunyi yang kita dengar sampai sekarang pun juga berasal dari gelombang bunyi. Kemudian ketika kita bermain musik seperti gitar, maka bunyi yang dihasilkan berasal dari gelombang dawai yang kita bentuk. Dan masih banyak sekali aplikasi-aplikasi dari sebuah gelombang yang tanpa kita sadari terlintas dalam setiap aktivitas keseharian kita.
Gelombang
secara umum didefinisikan sebagai getaran yang merambat. Gelombang di bagi
menjadi 2 kelompok berdasarkan arah rambat dan medium perambatannya. Berdasarkan
arah rambatnya, gelombang di bagi menjadi gelombang transversal dan gelombang
longitudinal. Bila didefinisikan, gelombang transversal merupakan sebuah gelombang
yang arah rambatnya tegak lurus terhadap arah getarnya sedangkan gelombang longitudinal
merupakan sebuah gelombang yang arah rambatnya sejajar terhadap arah getarnya. Kemudian,
bila kita menelaah lebih jauh mengenai gelombang berdasarkan medium
perambatannya maka kita dapat menemukan 2 jenis gelombang yaitu gelombang mekanik
dan gelombang elektromagnetik.
Perlu
kita pahami bahwa gelombang mekanik merupakan gelombang yang memerlukan medium
perambatan sedangkan gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang dapat
merambat baik melalui sebuah medium ataupun vakum (tanpa medium). Jika kita
bertanya-tanya seperti apakah gelombang mekanik dan elektromagnetik maka dapat
saya jelaskan secara umum, bahwa yang dikatakan sebagai gelombang mekanik
adalah gelombang suara karena suara yang dihasilan dari sebuah objek penghasil
bunyi memerlukan medium supaya bunyi tersebut dapat merambat dan terpantulkan
dengan baik (medium yang dibutuhkan suara adalah udara). Sedangkan, gelombang
elektromagnetik dapat kita temukan pada gelombang cahaya.
Ada
beberapa hal dasar yang kita perlu ketahui dari sebuah gelombang yaitu sebuah
gelombang transversal tentunya memiliki sebuah bukit dan lembah. Bukit dan
lembah akan menghasilkan 1 gelombang atau yang kita kenal sebagai lambda /
jarak antara dua puncak berurutan atau jarak antara dua lembah yang berurutan. Bentuk
gelombang transversal dapat kita perhatikan seperti gambar di bawah ini.
Selain
hal dasar mengenai sebuah bukit dan gelombang maka kita perlu memperhatikan bahwa
sebuah gelombang memiliki Amplitudo, Panjang gelombang (lambda), Frekuensi, periode
yang dapat dijelaskan pada gambar dibawah ini.
Yang
dikatakan sebagai amplitudo adalah nilai mutlak simpangan terbesar, Lambda merupakan jarak antara dua puncak
berurutan atau jarak antara dua dasar berurutan yang memiliki satuan meter dan
ditunjukkan pada deskripsi video di atas, Frekuensi merupakan jumlah getaran yang dihasilkan
setiap satu detik dalam satuan Hz, sedangkan periode merupakan waktu yang
diperlukan untuk membentuk 1 buah gelombang dengan satuan sekon (s).
Jika
kalian bertanya-tanya mengapa waktu dan periode berbeda padahal satuannya sama
dan tujuannya juga sama untuk menunjukkan suatu durasi maka saya akan
menjelaskan sedikit mengenai perbedannya supaya kita dapat membedakan mana yang
disebut periode dan waktu. Jadi, periode merupakan periode yang diperlukan
untuk membentuk 1 buah gelombang atau selang waktu yang diperlukan untuk
menempuh dua puncak yang berurutan sedangkan waktu merupakan lamanya suatu
kejadian berlangsung untuk melakukan suatu aktivitas seperti gerak, suara,
berbicara, menyelam (fluida).
Apabila
pada gelombang transversal kita memahami ada sebuah bukit dan lembah, maka
dalam gelombang longitudinal kita akan mengenal rapatan dan renggangan yang
bentuknya dapat kita perhatikan pada gambar di bawah ini.
Gelombang memiliki sebuah persamaan simpangan di suatu titik sembarang
pada sebuah tali.
Deskripsi
:
-Y = Simpangan getaran di titik sembarang
P.
-A = Amplitudo getaran di titik asal O (m).
-ω =
Frekuensi sudut (rad/sekon).
-t = lama titik
asal O setelah bergetar (s).
-k =
Bilangan gelombang (m).
-x = Jarak
titik sembarang P dari titik asal O.
Kita
sudah memahami bahwa ketika gelombang merambat, maka titik-titik dalam medium
berosilasi di sekitar posisi seimbang. Besarnya penyimpangan beubah-ubah antara
–A sampai –A dengan A adalah amplitudo gelombang. Apa yang terjadi jika ada dua
gelombang yang merambat bersamaan dalam medium tersebut?
Gelombang pertama akan menyimpangkan titik-titik dalam medium antara –A sampai +A. Gelombang kedua juga akan menyimpangkan titik-titik dalam medium antara –A sampai +A. Sehingga simpangan total titik-titik dalam medium ketika dua gelombang merambat bersamaan merupakan jumlah dari simpangan yang dihasilkan oleh masing-masing gelombang. Fenomena ini dikenal dengan superposisi gelombang. Atau lebih mudahnya dapat kita pahami bahwa superposisi gelombang adalah dua atau lebih gelombang yang saling tumpeng tindih dalam ruang selama perjalanannya mempunyai perpindahan total yang merupakan jumlah vektor dari perpindahan individual masing-masing gelombang pada titik itu.
RUMUS PERSAMAAN SUPERPOSISI GELOMBANG DAN SIMPANGAN OSILASI
INTERFERENSI KONSTRUKTIF DAN DESTRUKTIF
Interferensi adalah interaksi antar gelombang di
dalam suatu daerah. Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat
membangun jika beda fase kedua gelombang sama dengan nol,
sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang
tersebut. Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling
menghilangkan. Interferensi yang bersifat membangun atau mengadakan disebut interferensi konstruktif sedangkan yang bersifat merusak/ meniadakan/
menghilangkan disebut interferensi destruktif.
Supaya
kita dapat memahami lebih jauh mengenai superposisi gelombang, prinsip
superposisi gelombang, interferensi konstruktif dan interferensi destruktif
maka kita dapat melakukan sebuah simulasi yang menarik. Di dalam simulasi
tersebut dapat kita identifikasi mana yang disebut dengan simpangan osilasi, amplitude,
frekuensi sudut dan fase awal osilasi. Setelah identifikasi maka kita dapat
menganalisa dari beberapa bentuk yang telah kita simulasikan antar
keterkaitannya dengan prinsip
superposisi gelombang, interferensi konstruktif dan interferensi destruktif.
Mari langsung kita praktekkan saja simulasi tersebut.
1. SIMULASI PERTAMA = ANALISA INTERFERENSI KONSTRUKTIF
Jika
kalian masih bingung dengan langkah-langkah simulasi di atas, kalian bisa menonton
video tutorial penggunaan file simulasi di bawah ini untuk membantu kalian dalam
menjalankan setiap langkah-langkah.
Dari simulasi tersebut, maka dapat kita identifikasi bahwa yang dikatakan sebagai simpangan osilasi, amplitudo, frekuensi sudut dan fase awal osilasi sebagai berikut ini :
-Simpangan osilasi = yang dikatakan sebagai simpangan osilasi yaitu perjalanan gelombang merah dengan gelombang hijau yang menghasilkan osilasi superposisi yaitu gelombang yang berwarna biru.
-Amplitudo = yang dikatakan sebagai amplitudo dalam simulasi tersebut telah kita input sebesar 2,5. Besar atau kecilnya amplitudo menyebabkan besar kecilnya simpangan antara bukit dan juga lembah. (A1/A2 = 2,5 m)
-Frekuensi sudut = yang dikatakan sebagai frekuensi sudut dalam simulasi adalah omega (ω) yang telah kita tentukan sebelumnya. Masing-masing gelombang telah kita masukkan dengan nilai omega (ω) yang sama. Omega (ω) sangat menentukan banyak atau sedikitnya gelombang yang terbentuk. Bila diuji coba, semakin kecil frekuensi sudut (ω) maka semakin dikit gelombang yang terbentuk, namun semakin besar nilai frekuensi sudut (ω) maka semakin banyak gelombang yang dihasilkan (ω1 = 7 rad/s, ω2 = 7 rad/s).
-Fase Awal Osilasi = Fase awal osilasi menentukan titik awal dari sebuah gelombang terbentuk, fase awal bernilai derajat dengan satuan phi (φ). Bila kita identifikasikan maka titik awal terbentuk gelombang atau osilasi (Gerakan berulang dan punya lintasan sama dengan Gerakan yang sama) dimulasi dari 0ᵒ dan fase awal gelombang lainnya sebesar 30ᵒ (φ1 = 0ᵒ, φ2 = 30ᵒ).
Supaya kalian lebih memahami penjelasan di atas, kalian dapat menonton video penjelasan yang telah saya siapkan di bawah ini.
Dari simulasi tersebut dapat kita Analisa prinsip superposisi dan kita dapat menentukan apakah gelombang tersebut dikatakan sebagai interferensi konstruktif atau interferensi destruktif, seperti :
-Prinsip Superposisi = Prinsip superposisi pada gelombang ini dapat kita jabarkan bahwa pada saat 2 gelombang secara bersamaan saling tumpang tindih maka terjadi pergeseran total gelombang pada titik adalah total pergeseran aljabar dari titik tersebut. Prinsip superposisi terjadi Jika dua atau lebih gelombang merambat dalam satu medium yang sama, gelombang resultan-nya sama dengan jumlahan aljabar dari gelombang-gelombang yang merambat tersebut. Dalam simulasi ini dapat kita identifikasikan terdapat dua buah gelombang merambat ke arah kanan, mempunyai frekuensi, panjang-gelombang dan amplitudo yang sama, dan mempunyai beda fase yang berbeda. Dan pada simulasi panjang gelombang dan amplitudo gelombang-gelombang itu sama, maka simpangan resultan adalah sebuah gelombang berdiri dengan amplitudo kedua gelombang.
-Interferensi Konstruktif = Simulasi pada gelombang ini dapat dikatakan sebagai interferensi konstruktif karena terdapat interaksi antar gelombang di dalam suatu daerah yang saling membangun atau saling mengadakan dimana interferensi konstruktif dapat terjadi ketika terdapat dua gelombang yang bertemu, tiap gelombang memiliki perpindahan kearah yang sama. Pada akhirnya hasilnya berupa pemindahan dan saling menguatkan , membentuk resultan gelombang yang memiliki amplitudo yang lebih tinggi dari amplitudo setiap getaran gelombang yang bergabung untuk menghasilkan gelombang dengan beda fase yang tidak sama sebesar 0ᵒ dan 30ᵒ seperti pada video di bawah ini.
Jika kalian masih kurang memahami penjelasan di atas, maka kalian dapat menonton video penjelasan di bawah ini supaya dapat lebih memahami prinsip dan interferensi konstruktif pada simulasi pertama, yaitu :
Supaya kalian dapat lebih memahami hasil superposisi gelombang tersebut, maka kalian bisa menonton video yang telah saya siapkan di bawah ini.
2. SIMULASI KEDUA = ANALISA INTERFERENSI DESTRUKTIF
Sebelum kita masuk ke dalam simulasi, kita perlu memperhatikan beberapa langkah-langkah seperti :
-Buka Link http://profmikra.org/?p=2874 untuk memulai simulasi.
-Pada link yang diakses terdapat berbagai literasi dasar yang dapat menambah pemahaman kita terhadap simulasi yang akan dilakukan.
-Klik Ini file animasi excel mekanisme superposisi pada link yang letaknya berada di posisi bawah.
-Saat sudah mengakses link maka kita dapat melihat tampilan Microsoft excel.
-Untuk mempermudah penggunaan simulasi maka kita bisa langsung mendownload file excel.
-Setelah sudah didownload maka kita dapat langsung memulai simulasi.
-Ketika kita sudah menyelesaikan simulasi pertama, kita bisa langsung mengganti variabel-variabel input yang ingin kita ubah untuk melanjutkan simulasi kedua.
-Klik mulai untuk menjalankan simulasi.
Untuk melaksanakan simulasi pertama, maka kita dapat mengubah parameter input sebagai berikut:
-Frekuensi Sudut gelombang 1 (ω1) = 5 rad/s
-Frekuensi Sudut gelombang 2 (ω2) = 5 rad/s
-Rasio Amplitudo gelombang 1 dan 2 (A1 dan A2) = 1
-Fasa awal osilasi 1 (φ) = 0ᵒ
-Fase awal osilasi 2 (φ) = 180ᵒ
-Jumlah Iterasi = 500
Dari simulasi tersebut, maka dapat kita identifikasi bahwa yang dikatakan sebagai simpangan osilasi, amplitudo, frekuensi sudut dan fase awal osilasi pada simulasi tersebut adalah sebagai berikut :
-Simpangan osilasi = yang dikatakan sebagai simpangan osilasi yaitu perjalanan gelombang merah dengan gelombang hijau yang menghasilkan osilasi superposisi yaitu gelombang yang berwarna biru.
-Amplitudo = yang dikatakan sebagai amplitudo dalam simulasi tersebut dapat terlihat dari simpangan osilasi yang berwarna biru. Jangan antara bukit ke garis tepi merupakan amplitude dari gelombang tersebut. Amplitudo antara kedua gelombang telah kita input sebesar 1. Besar atau kecilnya amplitudo menyebabkan besar kecilnya simpangan antara bukit dan juga lembah. Karena amplitudonya sebesar 1 maka bukit dan lembah yang dihasilkan jauh lebih besar daripada di simulasi pertama (A1/A2 = 1 m).
-Frekuensi sudut = yang dikatakan sebagai frekuensi sudut dalam simulasi adalah omega (ω) yang telah kita tentukan sebelumnya. Masing-masing gelombang telah kita masukkan dengan nilai omega (ω) yang sama. Omega (ω) sangat menentukan banyak atau sedikitnya gelombang yang terbentuk. Bila diuji coba, semakin kecil frekuensi sudut (ω) maka semakin dikit gelombang yang terbentuk, namun semakin besar nilai frekuensi sudut (ω) maka semakin banyak gelombang yang dihasilkan. Karena pada simulasi kedua frekuensi sudut yang dihasilkan lebih kecil maka jumlah gelombang yang dihasilkan lebih sedikit (ω1 = 5 rad/s, ω2 = 5 rad/s).
-Fase Awal Osilasi = Fase awal osilasi menentukan titik awal dari sebuah gelombang terbentuk, fase awal bernilai derajat dengan satuan phi (φ). Bila kita identifikasikan maka titik awal terbentuk gelombang atau osilasi (Gerakan berulang dan punya lintasan sama dengan Gerakan yang sama) dimulasi dari 0ᵒ untuk gelombang pertama sedangkan gelombang kedua dimulai dari 180ᵒ (φ1 = 0ᵒ, φ2 = 180ᵒ).
Kalian dapat menonton video penjelasan di bawah ini supaya dapat menambah pemahaman kalian dan mempermudah kalian dalam memahami identifikasi yang telah saya analisa dari simulasi kedua.
Dari simulasi tersebut dapat kita Analisa terdapat prinsip superposisi yang dapat berkaitan dengan penentuan apakah simulasi kedua menghasilkan gelombang yang berinterferensi destruktif atau konstruktif, seperti berikut ini :
-Prinsip Superposisi = Prinsip superposisi pada gelombang ini dapat kita jabarkan bahwa pada saat 2 gelombang secara bersamaan saling tumpang tindih maka terjadi pergeseran total gelombang pada titik adalah total pergeseran aljabar dari titik tersebut. Prinsip superposisi terjadi Jika dua atau lebih gelombang merambat dalam satu medium yang sama, gelombang resultan-nya sama dengan jumlahan aljabar dari gelombang-gelombang yang merambat tersebut. Dalam simulasi ini dapat kita identifikasikan terdapat dua buah gelombang merambat ke arah kanan, mempunyai frekuensi, panjang-gelombang dan amplitudo yang sama, dan mempunyai beda fase yang sama. Dalam simulasi ini beda fase antara gelombang-gelombang yang mengalami superposisi adalah 1/2, maka hasilnya saling melemahkan. Pada simulasi ini panjang gelombang dan amplitudo gelombang-gelombang tersebut sama, maka simpangan hasil superposisinya nol.
-interferensi destruktif karena terdapat interaksi antar gelombang di dalam suatu daerah yang saling menghancurkan atau saling meniadakan / menghilangkan dimana interferensi destruktif dapat terjadi ketika terdapat dua gelombang yang bertemu, tiap gelombang memiliki perpindahan kearah yang sama namun memiliki beda fase sebesar sebesar 180ᵒ, beda fase sebesar 180ᵒ menghasilkan interferensi destruktif.
Supaya kalian lebih mudah memahami penjelasan yang telah saya jabarkan, kalian bisa menonton video yang sudah saya siapkan di bawah ini berikut dengan penjelasannya yang detail.
Bagi
kalian yang ingin melakukan simulasi yang serupa, kalian bisa menggunakan link
di bawah ini. Dan apabila kalian bingung terhadap cara penggunaan link tersebut, maka kalian dapat membaca langkah-langkah pengaksesan link yang sudah saya jabarkan di awal postingan.
Wah
rasanya sangat menyenangkan sekali bisa mempelajari materi gelombang
superposisi dengan simulasi yang sangat seru, simulasi tersebut sangat mempermudah kita dalam memahami materi-materi yang berkaitan dengan gelombang. Simulasi yang digunakan sangat membantu kita dalam menjabarkan bentuk gelombang dari data-data yang telah kita masukkan pada parameter input. Semoga postingan blog ini bisa bermanfaat bagi kita semua dan
jangan lupa untuk membuka postingan blog sebelumnya supaya dapat membantu
kalian dalam mempelajari materi-materi fisika di kelas 11. Saya Verren pamit undur diri dari postingan ini dan mengucapkan terima kasih, sampai jumpa di postingan fisika berikutnya sobat.
REFERENSI :
https://slideplayer.info/slide/2899806/
https://www.scribd.com/document/455864569/Fahmi
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1UmQPtRc55v1iPmNpQZ5JszyXxjP4Z-tn/edit#gid=1547900662
0 Comments