Materi fisika getaran dan gelombang menjadi salah satu yang kerap muncul di UTBK SNBT. Oleh karena itu, bagi kamu yang sedang berjuang masuk kampus impian harus paham betul mengenai materi ini.

Eits, tenang, artikel kali ini akan membahas lengkap mengenai fisika getaran dan gelombang, mulai dari rumus, soal dan pembahasan. Simak berikut ini!

Rangkuman Materi Getaran dan Gelombang

Sebelum mengerjakan soal fisika mengenai materi getaran dan gelombang, sebaiknya memahami terlebih dahulu dasar ilmunya. Simak rangkumannya berikut!

Pengertian Getaran dan Gelombang

Getaran adalah gerakan bolak-balik suatu objek di sekitar titik keseimbangan. Sebuah benda dikatakan bergetar ketika bergerak dari posisi keseimbangan ke posisi tertentu, lalu kembali ke posisi keseimbangan, dan seterusnya. Contoh sederhana dari getaran adalah gerakan bandul pada jam dinding atau pegas yang ditarik dan dilepaskan. Getaran biasanya diukur dalam frekuensi (jumlah getaran per detik), yang dinyatakan dalam satuan Hertz (Hz).

Sementara itu, gelombang adalah perpindahan energi dari satu tempat ke tempat lain melalui medium (misalnya, udara, air, atau tali) tanpa memindahkan partikel mediumnya secara permanen. Gelombang dapat dikategorikan menjadi dua jenis utama:

1. Gelombang Mekanik: Gelombang yang memerlukan medium untuk merambat, seperti gelombang pada air, suara di udara, dan gelombang pada tali.
2. Gelombang Elektromagnetik: Gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat, seperti cahaya, gelombang radio, dan sinar X. Gelombang ini dapat merambat melalui ruang hampa udara.

Rumus Getaran dan Gelombang 

Jika kamu sedang memantapkan belajar fisika untuk materi getaran dan gelombang, ini adalah beberapa rumus dasar yang perlu kamu pelajari:

1. Getaran (Osilasi)

Getaran adalah gerakan bolak-balik di sekitar posisi keseimbangan.

• Periode (T): Waktu yang diperlukan untuk satu kali getaran penuh.
  T=1/f

di mana  f adalah frekuensi.

• Frekuensi (f): Banyaknya getaran yang terjadi dalam satu detik.
  f=1/T 

di mana T adalah periode.

• Amplitudo (A): Jarak maksimum dari posisi keseimbangan.
• Kecepatan Sudut (ω): Kecepatan sudut dalam gerakan harmonik sederhana.
  ω=2πf=2π/T
• Energi Potensial (U) pada pegas:
  U=1/2kx2

di mana k adalah konstanta pegas, dan x adalah perpanjangan atau kompresi dari pegas.

2. Gelombang

Gelombang adalah gangguan yang merambat melalui medium atau ruang.

• Persamaan Gelombang:
  y(x,t)=A sin(kx−ωt+ϕ)

di mana:

 y(x,t) adalah posisi partikel pada posisi  x dan waktu t

A adalah amplitudo 

 k adalah bilangan gelombang  k=2π/λ

ω adalah kecepatan sudut  ω=2πf,

 ϕ adalah fase awal.

• Kecepatan Gelombang (v):
  v=λf

di mana :
λ adalah panjang gelombang
f adalah frekuensi.

• Panjang Gelombang (λ): Jarak antara dua titik yang berdekatan yang berfase sama.
  
  λ=v/f
• Intensitas Gelombang (I):
  I=P/A

di mana:
P adalah daya
A adalah area.

3. Getaran pada Sistem Pegas

• Frekuensi Getaran Pegas:
  f=1/2π akar k/m 

di mana:
k adalah konstanta pegas
m adalah massa benda.

• Periode Getaran Pegas:
  T=2π akar m/k

4. Gelombang Bunyi

• Kecepatan Bunyi (v) di udara pada suhu T (dalam Celcius):
  
  v=331,4+0,6T m/s

Contoh Soal Getaran dan Gelombang beserta Pembahasannya

Supaya lebih memahami mengenai getaran dan gelombang, kamu bisa coba mengerjakan contoh soalnya berikut!

Contoh soal 1 

Getaran harmonik sederhana adalah gerakan bolak-balik yang terjadi karena gaya restoratif yang sebanding dengan penyimpangan dari posisi keseimbangan.

SEBAB

Periode getaran harmonik sederhana tidak bergantung pada amplitudo penyimpangan.

1. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat
2. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat
3. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah
4. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar
5. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: B

Pembahasan: 

Pernyataan I: Getaran harmonik sederhana adalah gerakan bolak-balik yang terjadi karena gaya restoratif yang sebanding dengan penyimpangan dari posisi keseimbangan.

Pernyataan ini benar. Getaran harmonik sederhana dapat terjadi pada sistem pegas, bandul, atau sistem lain di mana gaya restoratif (gaya yang mengembalikan objek ke posisi keseimbangan) sebanding dengan penyimpangan dari posisi keseimbangan.

Pernyataan II: Periode getaran harmonik sederhana tidak bergantung pada amplitudo penyimpangan.

Pernyataan ini benar. Periode (waktu yang diperlukan untuk satu getaran penuh) pada getaran harmonik sederhana tidak bergantung pada amplitudo penyimpangan. Secara matematis, periode T dapat dihitung dengan rumus T=2π akar m/k , di mana m adalah massa dan k adalah konstanta pegas.

Kedua pernyataan benar, tetapi tidak menunjukkan hubungan sebab akibat, sehingga opsi jawaban yang paling tepat adalah B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat

Contoh soal 2

Teori medan kuantum menyatakan bahwa partikel-elementer dapat dijelaskan sebagai eksitasi atau getaran dalam medan kuantum yang meliputi seluruh ruang.

SEBAB

Konsep spin dalam fisika kuantum menggambarkan rotasi fisik aktual partikel subatomik seperti elektron.

1. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat
2. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat
3. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah
4. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar
5. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: C

Pembahasan: 

Pernyataan I: Teori medan kuantum menyatakan bahwa partikel-elementer dapat dijelaskan sebagai eksitasi atau getaran dalam medan kuantum yang meliputi seluruh ruang.

Pernyataan ini benar. Teori medan kuantum memandang partikel sebagai eksitasi dalam medan kuantum yang meliputi seluruh ruang, dan interaksi antar partikel dijelaskan melalui pertukaran mediasi dalam medan tersebut.

Pernyataan II: Konsep spin dalam fisika kuantum menggambarkan rotasi fisik aktual partikel subatomik seperti elektron.

Pernyataan ini salah. Meskipun disebut “spin,” konsep spin dalam fisika kuantum bukanlah rotasi fisik aktual seperti benda padat berputar. Spin adalah sifat intrinsik partikel subatomik yang tidak dapat dijelaskan secara langsung dengan analogi rotasi fisik konvensional.

Jadi, jawaban yang benar adalah C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah.

Contoh soal 3 

Teori Superstring adalah kerangka teoretis dalam fisika teoretis yang menggambarkan partikel subatom sebagai getaran pada objek matematis yang disebut sebagai string.

SEBAB

Teori Superstring mengklaim bahwa ada lebih dari tiga dimensi ruang, termasuk dimensi kecil yang terlipat yang tidak teramati dalam skala makroskopis.

1. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat
2. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat
3. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah
4. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar
5. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: C

Pembahasan:

Pernyataan I: Teori Superstring adalah kerangka teoretis dalam fisika teoretis yang menggambarkan partikel subatom sebagai getaran pada objek matematis yang disebut sebagai string.

Pernyataan ini benar. Teori Superstring menyatakan bahwa partikel subatom dapat dijelaskan sebagai getaran pada objek matematis berdimensi satu yang disebut string.

Pernyataan II: Teori Superstring mengklaim bahwa ada lebih dari tiga dimensi ruang, termasuk dimensi kecil yang terlipat yang tidak teramati dalam skala makroskopis.

Pernyataan ini salah. Teori Superstring mengklaim adanya dimensi tambahan, tetapi bukan semuanya terlipat dan tidak teramati dalam skala makroskopis.

Jadi, jawaban yang benar adalah C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah.

Contoh soal 4 

Hukum Snellius menyatakan bahwa sudut pembiasan suatu gelombang cahaya yang berpindah dari suatu medium ke medium lain selalu lebih besar daripada sudut datangnya.

SEBAB

Hukum Snellius berlaku untuk semua jenis gelombang, termasuk gelombang suara.

1. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat
2. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat
3. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah
4. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar
5. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: E

Pembahasan: 

Pernyataan I salah karena Hukum Snellius (atau Hukum Snell) menyatakan hubungan antara sudut datang dan sudut pembiasan ketika gelombang cahaya berpindah antara dua media dengan indeks bias yang berbeda, tetapi tidak selalu menyatakan bahwa sudut pembiasan lebih besar daripada sudut datangnya. Sebenarnya, apakah sudut pembiasan lebih besar atau lebih kecil dari sudut datang tergantung pada perbandingan indeks bias kedua media tersebut.

Pernyataan II salah karena Hukum Snellius secara spesifik berlaku untuk gelombang cahaya, meskipun prinsip yang serupa dapat diterapkan pada gelombang lain seperti gelombang suara, namun dasar dan formulasi spesifiknya berlaku untuk fenomena optik refraksi cahaya.

Contoh soal 5 

Amplitudo gelombang merupakan setengah dari jarak puncak ke lembah gelombang.

SEBAB

Panjang gelombang (wavelength) dapat diukur dari satu puncak gelombang ke puncak gelombang berikutnya atau dari satu lembah gelombang ke lembah gelombang berikutnya.

1. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat
2. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat
3. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah
4. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar
5. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: A

Pembahasan:

Pernyataan I: Amplitudo gelombang merupakan setengah dari jarak puncak ke lembah gelombang.

Pernyataan ini benar. Amplitudo gelombang merupakan jarak maksimum perpindahan partikel gelombang dari posisi keseimbangan ke puncak atau lembah gelombang.

Pernyataan II: Panjang gelombang (wavelength) dapat diukur dari satu puncak gelombang ke puncak gelombang berikutnya atau dari satu lembah gelombang ke lembah gelombang berikutnya.

Pernyataan ini benar. Panjang gelombang dapat diukur dari satu titik pada gelombang ke titik yang sama pada gelombang berikutnya, seperti dari satu puncak ke puncak atau dari satu lembah ke lembah.

Sehingga, jawaban yang benar adalah A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat.

Yuk, Kerjakan Lebih Banyak Latihan Soal di Skuling

Apakah kamu sedang mempersiapkan diri untuk UTBK? Skuling.id menyediakan berbagai latihan soal yang bisa membantumu mengasah kemampuan. Skuling merupakan website untuk belajar UTBK gratis, memiliki semua yang kamu butuhkan untuk menghadapi ujian dengan percaya diri. Setiap soal dirancang untuk membantu kamu memahami materi secara lebih mendalam dan siap untuk berbagai tipe soal yang mungkin muncul di UTBK.

Selain latihan soal, Skuling juga punya blog yang penuh dengan informasi bermanfaat. Stay tuned di blog Skuling untuk mendapatkan tips-tips berharga seputar UTBK, cara strategis masuk PTN, hingga informasi beasiswa. 

Dengan mengikuti blog Skuling, kamu bisa mendapatkan panduan yang tepat dan selalu update, sehingga kamu bisa menyiapkan diri dengan lebih baik. Jadi tunggu apalagi? Segera sign up di Skuling dan manfaatkan semua fiturnya!