Rangkuman Materi, Contoh Soal & Pembahasan Getaran & Gelombang Tingkat SMP

Getaran/ Osilasi

Getaran merupakan suatu peristiwa gerak bolak-balik secara teratur (periodik) melalui titik keseimbangan. Istilah-istilah yang berlaku pada peristiwa getaran sebagai berikut:

• Keseimbangan: keadaan suatu benda pada saat posisi diam ketika tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut (titik O).
• Amplitudo (simpang getar): simpangan terjauh dari titik keseimbangan yang dicapai oleh benda yang bergetar (titik AO dan BO).
• Periode (T): waktu yang diperlukan suatu benda untuk melakukan satu kali getaran.
• Frekuensi (f): banyaknya getaran yang dilakukan suatu benda selama satu sekon.

Contoh getaran pada bandul:

1. Titik O
   Jumlah getaran: tidak ada getaran
   Posisi: titik keseimbangan

2. Titik AO
   Jumlah getaran: ¼ getaran
   Posisi: gerakan dari A ke O

3. Titik AOB
   Jumlah getaran: ½ getaran
   Posisi: gerakan dari A ke O dan ke B

4. Titik AOBO
   Jumlah getaran: ¾ getaran
   Posisi: gerakan dari A ke O ke B dan berhenti di titik O

5. Titik AOBOA
   Jumlah getaran: 1 getaran
   Posisi: gerakan dari A ke O ke B ke O dan berhenti di titik A

Contoh peristiwa getaran dalam kehidupan sehari-hari adalah:

1. Bandul pada jam dinding
2. Petikan senar gitar
3. Mistar plastic yang dijepit
4. Ayunan
5. Pegas dengan beban

Hubungan periode dan frekuensi getaran sebagai berikut:

Atau

keterangan:

T = periode (sekon)

t = waktu (sekon)

n = banyaknya getaran

f = frekuensi (Hz)

Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat melalui suatu medium atau perantara berupa zat padat, zat cair, dan gas. Contohnya pada tali, slinki, air dan udara. Gelombang merambat dengan membawa energi.

Jenis-jenis gelombang:

1. Berdasarkan arah getarannya
   • Gelombang longitudinal: gelombang yang arah getarannya sejajar/ berimpit dengan arah rambatannya. Pada slinki gelombang longitudinal terjadi karena rentangan dan sentakkan sehingga terbentuk rapatan dan renggangan. Panjang satu gelombang yang terdiri dari satu rapatan dan satu renggangan Contohnya gelombang bunyi, slinki
   • Gelombang transversal: gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatannya. Gelombang transversal membentuk lengkungan terdiri atas bukit dan lembah. Panjang satu gelombang transversal ditunjukkan dalam satu bukit dan satu lembah. Contohnya gelombang permukaan air, gelombang cahaya, dan gelombang tali.
2. Berdasarkan mediumnya
   • Gelombang mekanik: gelombang yang memerlukan energi dan perantara dalam proses perambatannya. Contohnya gelombang pada tali, air, dan bunyi.
   • Gelombang elektromagnetik: gelombang yang mengandung muatan energi listrik dan magnet, tanpa memerlukan medium untuk perambatannya. Contohnya gelombang cahaya.
3. Berdasarkan amplitudonya
   • Gelombang berjalan: gelombang yang amplitude tetap pada setiap titik yang dilaluinya. Contohnya gelombang pada tali.
   • Gelombang diam/berdiri: gelombang yang amplitudonya berubah-ubah. Contohnya gelombang pada senar gitar pada saat dipetik.

Istilah-istilah pada peristiwa gelombang sebagai berikut:

1. Periode gelombang (T): selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu gelombang.
2. Frekuensi gelombang (f): jumlah gelombang yang terbentuk selama satu sekon.
3. Panjang gelombang (l): jarak yang ditempuh dalam satu gelombang
4. Cepat rambat gelombang (v): jarak yang ditempuh gelombang dalam selang waktu tertentu.

Rumus-rumus yang berlaku pada peristiwa gelombang yaitu:

Keterangan:

T = periode gelombang (sekon)

F = frekuensi gelombang (Hz)

v = cepat rambat gelombang (m/s)

λ = panjang gelombang (m)

Bunyi

Bunyi adalah jenis gelombang longitudinal yang arah rambatnya sama dengan arah getarnya. Bunyi dapat terdengar apabila terdapat sumber bunyi, adanya medium, dan indra pendengar.

• Sumber bunyi: benda yang bergetar
• Medium: udara, zat cair, dan zat padat. Zat padat lebih cepat merambatkan bunyi dibandingkan zat cair atau udara/gas.
• Indra pendengar: telinga

Bunyi berdasarkan jenis frekuensinya

• Infrasonic, bunyi dengan frekuensi <20 Hz. Hanya dapat didengar oleh anjing dan jangkrik.
• Audiosonic, bunyi dengan frekuensi 20 Hz – 20.000 Hz. Bunyinya dapat didengar oleh manusia.
• Ultrasonic, bunyi dengan frekuensi >20.000Hz.

Peristiwa Resonansi

Resonansi bunyi adalah suatu peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena adanya benda lain yang bergetar.  Resonansi mempunyai frekuensi yang sama atau kelipatan bilangan bulat dari frekuensi bunyi asal. Syarat-syarat terjadinya resonansi adalah:

1. Adanya sumber bunyi
2. Ada penerima atau benda lain (terdiri atas selaput tipis)
3. Frekuensi benda sama dengan frekuensi sumber getar
4. Ada medium perantara untuk merambat
5. Adanya kolom udara dengan ketinggian kolom udara sama

Nada, Desah, dan Dentum

• Nada adalah bunyi dengan frekuensi yang teratur. Jumlah getaran tiap detiknya adalah sama. Tinggi rendah nada dipengaruhi oleh panjang senar, luas penampang senar, massa jenis bahan senar, dan tegangan senar.
• Desah adalah bunyi dengan frekuensi yang tidak teratur
• Dentum adalah bunyi yang keras tetapi masih dapat didengar oleh telinga manusia

Jenis-Jenis Bunyi Pantul

Bunyi pantul adalah bunyi yang dihasilkan akibat pemantulan gelombang bunyi. Ada 3 jenis bunyi pantul, yaitu:

1. Gaung: kumpulan suara yang dipantulkan sebelum suara asli selesai diucapkan (hampir bersamaan dengan bunyi asli) dalam suatu ruangan kecil. Contohnya berteriak di ruangan yang sempit.
2. Gema: kumpulan suara pantulan yang terdengar sama dengan suara asli namun mengalami peluruhan. Gema terjadi di ruangan besar yang tertutup. Contohnya berteriak menghadap tebing.
3. Bunyi pantul yang menguatkan sumber aslinya kebalikan dari gaung, bunyi ini membuat bunyi asli terdengar semakin keras dan jelas. Contohnya suara dalam pertunjukkan teater.

Pemanfaatan bunyi pantul diaplikasikan dalam pengukuran kedalaman laut dan pengukuran panjang lorong gua.

Rumus-Rumus yang Berlaku Dalam Peristiwa Bunyi

Rumus cepat rambat bunyi yaitu:

Cepat rambat bunyi adalah jarak yang ditempuh bunyi dari sumber bunyi ke pendengar dalam selang waktu tertentu.

Keterangan:

v = cepat rambat bunyi (m/s)

s = jarak sumber bunyi dengan pendengar (m)

t = waktu (s)

Rumus resonansi, yaitu:

Keterangan:

n = resonansi ke-n

I = tinggi kolom udara (m)

l = panjang gelombang bunyi (m)

d = kedalaman (m)

v = cepat rambat (m/s)

Soal No.1

Jika suatu sumber getaran memiliki frekuensi 20 Hz maka periode sumber getarnya adalah….

1. 0,05 detik
2. 0,5 detik
3. 5 detik
4. 50 detik

PEMBAHASAN :
Diketahui:
frekuensi (f) = 20 Hz
Menentukan periode (T)



Jawaban A

Soal No.2

Jika suatu sumber bunyi merambat dengan kecepatan 1.500 m/s dan frekuensinya 600 Hz maka panjang gelombang bunyi tersebut adalah….

1. 1,5 meter
2. 2,5 meter
3. 5 meter
4. 7,5 meter

PEMBAHASAN :
Diketahui:
kecepatan bunyi (v) = 1.500 m/s
frekuensi bunyi (f) = 600 Hz
Menentukan panjang gelombang bunyi (λ)

Jawaban B

Soal No.3

Suatu bandul digantung dan digetarkan selama 40 detik kemudian bolak-balik sampai 20 kali getaran. Maka periode getaran bandul tersebut adalah….

1. 0,5 detik
2. 1 detik
3. 2 detik
4. 3 detik

PEMBAHASAN :
Diketahui:
Banyaknya getaran (n) = 20 getaran
waktu getaran (t) = 40 detik
Menentukan periode getar (T)

Jawaban C

Soal No.4
Perhatikan gambar berikut!

Gelombang transversal dari A ke E ada sebanyak….

1. 0,5
2. 1
3. 1,5
4. 2

PEMBAHASAN :
Dalam satu gelombang teridir 1 bukit dan 1 lembah, maka dari A ke E merupakan 1 gelombang karena terdiri dari 1 bukit dan 1 lembah
Jawaban B

Soal No.5

Perhatikan gambar berikut

Jika gelombang tersebut menempuh waktu selama 0,6 detik, periode gelombang tersebut adalah…

1. 0,3 detik
2. 0,4 detik
3. 0,5 detik
4. 0,6 detik

PEMBAHASAN :
Diketahui:
Dari A ke D terdapat 1,5 gelombang sepanjang 4,5 meter, maka
1,5λ = 4,5
Untuk 1 gelombang, maka panjang gelombangnya
Panjang gelombang A-C = 1λ =
Menentukan periode gelombang (1 gelombang)
t A-D = 0,6 detik

Jawaban B

Soal No.6

Gelombang bunyi akan merambat lebih cepat jika mediumnya….

1. air
2. besi
3. gas oksigen
4. minyak kelapa

PEMBAHASAN :
gelombang bunyi akan merambat dengan kecepatan yang berbeda-beda sesuai dengan mediumnya. Medium padat akan merambat paling cepat dibanding medium cair dan medium gas. Semakin padat medium maka semakin cepat bunyi merambat. Maka medium yang lebih cepat merambat adalah besi
Jawaban B

Soal No.7

Jika diketahui periode bunyi adalah 0,05 sekon, maka bunyi tersebut termasuk frekuensi bunyi….

1. infrasonik
2. ultrasonik
3. audiosonik
4. supersonik

PEMBAHASAN :
Diketahui:
T = o,05 detik
maka frekuensinya

Bunyi tersebut berada pada rentang audiosonik yang memiliki rentang 20 Hz sampai 20.000 Hz
Jawaban C

Soal No.8

Sebuah balon meletus dan terdengar 5 detik. Jika diketahui cepat rambat bunyi di udara 5 m/s, maka jarak sumber bunyi ke pendengar adalah….

PEMBAHASAN :
Diketahui:
cepat rambat (v) = 5 m/s
waktu (t) = 5 detik
Menentukan jarak sumber bunyi ke pendengar
s = v x t = 5 m/s x 5 s = 5 meter
Jawaban B

Soal No.9

Astronot membawa rekaman lagu yang dia bawa dari bumi dan diputar di bulan. Namun rekaman tersebut tidak dapat terdengar. Penyebab rekaman tidak terdengar di bulan adalah….

PEMBAHASAN 
Perbedaan di bumi dan di bulan adalah ada tidaknya medium perambatan gelombang bunyi. Di bumi terdapat udara yang merupakan medium bunyi sehingga rekaman tersebut terdengar, sedangkan di bulan tidak ada udara atau hampa udara sehingga tidak ada medium perambatan gelombang bunyi sehingga rekaman tersebut tidak terdengar.
Jawaban D

Soal No.10

Frekuensi yang panjang gelombangnya 0,5 m dengan cepat rambat 120 m/s adalah….

1. 240 Hz
2. 250 Hz
3. 260 Hz
4. 270 Hz

PEMBAHASAN :
Diketahui:
λ = 0,5 m
v = 120 m/s
Menentukan frekuensi (f)

Jawaban A

Soal No.11

Perhatikan gambar gelombang transversal di bawah ini!

Berdasarkan gambar di atas jumlah gelombang transversal yang terbentuk adalah sebanyak …

1. 2
2. 3
3. 4
4. 5

PEMBAHASAN :
Pada gelombang transversal panjang satu gelombang ditunjukkan dalam satu bukit dan satu lembah

Maka banyak gelombang yang terbentuk = 1 + 1 + 1 = 3 gelombang
Jawaban B

Soal No.12

Panjang satu gelombang yang terdiri dari satu rapatan dan satu renggangan dalam bentuk sebuah slinki. Gelombang ini adalah gelombang jenis …

1. Elektromagnetik
2. Mekanik
3. Transversal
4. Longitudinal

PEMBAHASAN :

• Elektromagnetik: gelombang yang bermuatan listrik dan magnet tanpa media rambat. Gelombang elektromagnetik berbentuk gelombang transversal.
• Mekanik: gelombang yang memerlukan energi dan perantara dalam proses penjalaran gelombangnya. Bentuknya bisa berupa gelombang tranversal ataupun longitudinal.
• Transversal: gelombang yang membentuk lengkungan terdiri atas bukit dan lembah.
• Longitudinal: gelombang yang terjadi karena rentangan dan sentakkan sehingga terbentuk rapatan dan renggangan.

Sehingga jawaban yang tepat adalah D
Jawaban D

Soal No.13

Seorang anak berteriak  dengan suara lantang di atas bukit yang tinggi. Kemudian setelah beberapa detik terdengar gema sebagai bunyi pantulan suaranya. Apabila anak tersebut mencatat selang waktu antara gema dan teriakannya, juga mengetahui cepat rambat bunyi di udara ketika itu, maka anak tersebut dapat memanfaatkan bunyi pantul tersebut untuk mengetahui …

1. Jarak bukit dari tempat anak tersebut berteriak
2. Ketinggian bukit dari permukaan laut
3. Kelembaban udara di daerah bukit
4. Lebar dinding bukit tempat anak tersebut berteriak

PEMBAHASAN :
Dari peristiwa di atas dapat diketahui:
Waktu antara gema dan teriakan = t
Cepat rambat bunyi di udara = v

Pada kejadian tersebut maka berlaku persamaan:
 ,

karena v dan t sudah diketahui maka bunyi pantul dapat digunakan untuk mengetahui s atau jarak tempuh gelombang/jarak bukit dari tempat anak tersebut berteriak.
s = v . t
Jawaban A

Soal No.14

Perhatikan gambar di bawah ini!

Besar cepat rambat gelombang transversal menurut gambar di atas adalah …

1. 3 m/s
2. 4 m/s
3. 5 m/s
4. 6 m/s

PEMBAHASAN :
Diketahui:
Panjang gelombang (1λ) yaitu dari P s.d T adalah 12 m
Periode gelombang (T) = 4 sekon

Maka cepat rambat gelombang transversal dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban A

Soal No.15

Frekuensi gelombang apabila periode gelombangnya 0,04 sekon adalah …

1. 20 Hz
2. 25 Hz
3. 30 Hz
4. 35 Hz

PEMBAHASAN :
Diketahui:
Periode gelombang (T) = 0,04 sekon

Maka frekuensi gelombang dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban B

Soal No.16

Sebuah gelombang untuk melakukan 250 getaran memerlukan waktu selama 5 menit. Maka periode getarannya adalah …

1. 1,5 s
2. 1,4 s
3. 1,3 s
4. 1,2 s

PEMBAHASAN :
Diketahui:
n = 250 kali
t = 5 menit = 5 x 60 = 300 s

maka periode getaran dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban D

Soal No.17

Suatu benda bergetar  sebanyak 50 kali getaran selama 0,5 sekon. Maka frekuensi getaran benda tersebut adalah …

1. 50 Hz
2. 100 Hz
3. 150 Hz
4. 200 Hz

PEMBAHASAN :
Diketahui:
n = 50 kali
t = 0,5 sekon

Menentukan periode getaran sebagai berikut:

Maka frekuensi getaran dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban B

Soal No.18

Apabila periode suatu bunyi 0,5 sekon maka frekuensi bunyi tersebut termasuk jenis bunyi …

1. Ultrasonic
2. Audiosonik
3. Infrasonic
4. Supersonic

PEMBAHASAN :
Diketahui:
T = 0,5 sekon

Maka frekuensi bunyi dapat dihitung sebagai berikut:

Frekuensi suara dibagi menjadi 3 macam, yaitu:

• Infrasonic (1 Hz – 20 Hz)
• Audiosonic (20 Hz – 20.000 Hz)
• Ultrasonic (>20.000Hz)

Sedangkan supersonic adalah kecepatan di atas kecepatan suara sekitar 343 m/d atau 1087 kaki/detik.
Jawaban C

Soal No.19

Gelombang suara dengan frekuensi 0,5 Hz dan panjang gelombangnya 1 m. Maka cepat rambat gelombang suara tersebut adalah …

1. 1 m/s
2. 0,5 m/s
3. 0,25 m/s
4. 0,005 m/s

PEMBAHASAN :
Diketahui:
f = 0,5 Hz
λ = 1 m

Maka cepat rambat gelombang suara dapat dihitung sebagai berikut:
v =  f . λ
v = 0,5 Hz . 1 m = 0,5 m/s
Jawaban B

Soal No.20

Perhatikan gambar bandul di bawah ini!

Gerakan bandul 2,5 getaran adalah …

1. L – M – N – M – L – M – N – M – L – M – N
2. L – M – N – M – L – M – N – M – L
3. L – M – N – M – L – M – N – M – L – M – N – M
4. L – M – N – M – L – M – N – M

PEMBAHASAN :
1 getaran = 1 kali bolak balik = L – M – N – M – L
Maka berdasarkan gambar 2,5 getaran = L – M – N – M – L – M – N – M – L – M – N
Jawaban A