Pembahasan Fisika UN: Gelombang

Gelombang Air Laut: contoh gelombang transversal

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Gelombang yang meliputi:

• sifat gelombang transversal (cahaya) dan gelombang longitudinal (bunyi), 
• besaran-besaran gelombang, serta 
• persamaan gelombang berjalan.

Soal tentang Gelombang UN 2014

Sifat umum dari gelombang antara lain:

1. dapat mengalami interferensi,
2. dapat mengalami polarisasi,
3. tidak dapat merambat dalam ruang hampa,
4. dapat mengalami refraksi,
5. dalam medium heterogen, gelombang merambat dalam satu garis lurus

Dari sifat gelombang di atas yang sesuai dengan ciri-ciri gelombang cahaya adalah ....

A.   1 dan 2 saja
B.   1, 2, dan 3
C.   1, 2, dan 4
D.   2, 3, dan 4
E.   3, 4, dan 5

Pembahasan

Dua sifat gelombang yang membedakan antara gelombang transversal (diwakili gelombang cahaya) dan gelombang longitudinal (diwakili gelombang bunyi) adalah:

• gelombang cahaya dapat merambat dalam ruang hampa sedangkan gelombang bunyi tidak dapat, [pernyataan 3 salah]
• gelombang cahaya dapat mengalami polarisasi sedangkan gelombang bunyi tidak dapat. [pernyataan 2 benar]

Adapun sifat yang lain, seperti refleksi (pemantulan), refraksi (pembiasan), difraksi (pelenturan), interferensi (perpaduan), dan dispersi (penguraian) dimiliki baik oleh gelombang cahaya maupun gelombang bunyi. [pernyataan 1 dan 4 benar]

Gelombang cahaya yang melalui medium yang berbeda (heterogen) akan mengalami pembelokan arah (pembiasan/difraksi). [pernyataan 5 salah]

Jadi, yang sesuai dengan ciri-ciri gelombang cahaya adalah pernyataan nomor 1, 2, dan 4 (C).

Soal tentang Gelombang UN 2015

Garpu tala digetarkan menghasilkan gelombang di udara seperti pada gambar berikut.

Jika garpu tala digetarkan selama 1/2 menit maka cepat rambat gelombang adalah ....

A.   0,25 cm.s⁻¹
B.   0,50 cm.s⁻¹
C.   1,00 cm.s⁻¹
D.   1,50 cm.s⁻¹
E.   2,00 cm.s⁻¹

Pembahasan

Maksud soal, jika garpu tala digetarkan selama 1/2 menit (30 detik) maka akan menghasilkan gelombang seperti pada gambar di atas. Secara singkat, cepat rambat gelombang tersebut adalah:

   = 1 cm/s

Penjelasan detailnya adalah sebagai berikut:

Satu panjang gelombang (λ) adalah jarak antara dua rapatan terdekat atau dua regangan terdekat. Perhatikan gambar berikut ini!

Dengan demikian, garpu tala tersebut menghasilkan 5 gelombang.

5λ = 30 cm
  λ = 6 cm

Sementara itu, satu periode adalah waktu yang dibutuhkan dalam satu gelombang. Sehingga pada gelombang tersebut terdapat 5 periode dalam waktu 1/2 menit (30 detik).

5T = 30 s
  T = 6 s

Dengan demikian, cepat rambat gelombang tersebut adalah:

    = 1 cm/s

Jadi, cepat rambat gelombang yang dihasilkan oleh garpu tala tersebut adalah 1,00 cm.s⁻¹ (C).

Soal tentang Gelombang UN 2013

Dua buah gabus berada di puncak-puncak gelombang. Keduanya bergerak naik turun di atas permukaan air laut sebanyak 20 kali dalam waktu 4 detik mengikuti gelombang air laut. Jika jarak kedua gabus 100 cm dan di antaranya terdapat dua lembah dan satu bukit maka frekuensi gelombang dan cepat rambat gelombang berturut-turut adalah ....

A.   0,2 Hz dan 200 cm.s⁻¹
B.   5,0 Hz dan 200 cm.s⁻¹
C.   0,2 Hz dan 250 cm.s⁻¹
D.   2,5 Hz dan 250 cm.s⁻¹
E.   5,0 Hz dan 250 cm.s⁻¹

Pembahasan

Gambar ilustrasi soal di atas adalah sebagai berikut

Dari gambar ilustrasi di atas diperoleh

2λ = 100 cm
  λ = 50 cm

Kedua gabus bergerak naik turun sebanyak 20 kali dalam waktu 4 detik. 

n = 20 
t = 4 s

Frekuensi gelombang yang terjadi adalah

      = 5 Hz

Sedangkan cepat rambat gelombang tersebut memenuhi rumus 

v = f . λ
   = 5 × 50 cm/s
   = 250 cm/s

Jadi, frekuensi dan cepat rambat gelombang tersebut berturut-turut adalah 5,0 Hz dan 250 cm.s⁻¹ (E).

Soal tentang Gelombang UN 2012

Gambar di bawah ini menyatakan perambatan gelombang tali.

Jika periode gelombang 2 s maka persamaan gelombangnya adalah ….

A.   y = 0,5 sin ⁡2π(t − x/2)
B.   y = 0,5 sin⁡ π(t − x/2)
C.   y = 0,5 sin⁡ π(t − x)
D.   y = 0,5 sin ⁡2π(t − x/4)
E.   y = 0,5sin ⁡2π(t − x/6)

Pembahasan

Perhatikan keterangan gambar perambatan gelombang tali berikut ini!

Berdasarkan keterangan gambar di atas, dapat diketahui:

• A adalah amplitudo atau puncak gelombang yang diukur dari keadaan setimbang.

A = 0,5 m

• Pada jarak 8 m terbentuk 2 gelombang.

2λ = 8 m
  λ = 4 m

Sedangkan pada soal diketahui bahwa periode gelombang 2 s. 

T = 2 s

Sementara itu, persamaan umum gelombang dirumuskan sebagai 

y = A sin (ωt − kx)

ω adalah frekuensi sudut gelombang yang dirumuskan sebagai

     = π

k adalah bilangan gelombang yang dirumuskan sebagai

Dengan memasukkan nilai A, ω, dan k, persamaan gelombang di atas menjadi 

y = A sin (ωt − kx)
   = 0,5 sin (πt − ½πx)
   = 0,5 sin π(t − ½x)

Jadi, persamaan gelombang tali tersebut adalah y = 0,5 sin⁡ π(t − x/2)  (B).

Soal tentang Gelombang UN 2011

Sebuah gelombang berjalan di permukaan air memenuhi persamaan

y = 0,03 sin⁡ 2π(60t − 2x)

dengan y dan x dalam meter dan t dalam sekon. Cepat rambat gelombang tersebut adalah ….

A.   15 m/s
B.   20 m/s
C.   30 m/s
D.   45 m/s
E.   60 m/s

Pembahasan

Kita bandingkan persamaan gelombang di atas dengan bentuk umumnya.

y = 0,03 sin⁡ 2π(60t − 2x)
   = 0,03 sin⁡ (120πt − 4πx)

y = A sin (ωt − kx)

Dengan membandingkan dua bentuk persamaan di atas, diperoleh:

ω = 120π 
k = 4π

Adapun cepat rambat gelombang dirumuskan sebagai

     = 30 m/s

Jadi, cepat rambat gelombang tersebut adalah 30 m/s (C).

Pembahasan soal Gelombang yang lain bisa dilihat di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 20
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 22 dan 23
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 23 dan 24
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 29
Pembahasan Fisika UN 2017 No. 29 dan 30
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 26
Pembahasan Fisika UN 2019 No. 17 dan 18

Simak juga, Pembahasan Fisika UN: Gelombang Bunyi.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.