Jawaban Soal UK BAB 8 Fisika Kelas XI (Gelombang Mekanik)

Di Bab 8 yaitu mengenai Gelombang Mekanik. Di Bab ini kita akan mempelajari tentang gelombang mekanik, jenis-jenis gelombang mekanik, dan sifat-sifatnya. Berikut adalah jawaban soal UK Bab 8 Fisika Kelas XI tentang gelombang mekanik:

1). Beberapa macam gelombang sebagai berikut:
1. longitudinal
2. mekanik
3. transversal
4. berjalan
Gelombang yang pengelompokannya didasarkan arah getar adalah...
a. 1 dan 2
b. 1 dan 3
c. 1,2, dan 3
d. 2 dan 4
e. benar semua

Jawab:
Gelombang yang pengelompokannya didasarkan arah getar adalah gelombang transversal dan gelombang longitudinal (B).

2). Gelombang longitudinal tidak dapat mengalami...
a. polarisasi
b. refleksi
c. refraksi
d. difraksi
e. dispersi

Jawab:
Gelombang longitudinal tidak dapat mengalami polarisasi, karena tidak terjadi peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang dan mempunyai banyak arah getar. Polarisasi itu membatasi getaran vektor yang membentuk gelombang transversal menjadi satu arah, dan hanya terjadi pada gelombang transversal saja (A).

3). Gelombang transversal dinamakan berjarak satu gelombang yaitu...
a. Terdiri atas 1 puncak dan 1 lembah
b. Terdiri atas 1 puncak dan 2 lembah
c. Jarak antara puncak ke puncak melalui 2 lembah
d. Jarak antara puncak ke lembah melalui 1 puncak
e. Jarak antara lembah ke puncak melalui 2 puncak

Jawab:
Satu panjang gelombang transversal terdiri atas 1 puncak dan 1 lembah, sedangkan satu panjang gelombang longitudinal terdiri atas 1 rapatan dan 1 renggangan (A).

4). Gelombang dapat mengalami beberapa gejala yaitu...
a. Superposisi, refleksi, refraksi, reduksi, dan polaroidisasi
b. Refreksi, superposisi, refraksi, polarisasi, dan induksi
c. Refraksi, polarisasi, interferensi, vibrasi, dan induksi
d. Interferensi, refleksi, refraksi, polarisasi, dan dispersi
e. Superposisi, dispersi, refraksi, refraksi, dan polaroidisasi

Jawaban:
D (Interferensi, refleksi, refraksi, polarisasi, dan dispersi)

5). Dua 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 diantaranya terdapat dua lembah dan satu bukit, maka frekuensi gelombang dan cepat rambat gelombang berturut-turut adalah...
a. 0,2 Hz dan 200 cm/s
b. 5,0 Hz dan 200 cm/s
c. 0,2 Hz dan 250 cm/s
d. 2,5 Hz dan 250 cm/s
e. 5,0 Hz dan 250 cm/s

Diketahui:
n = 20
t = 4s
Kedua gabus berada di puncak gelombang dan diantara kedua gabus terdapat dua lembah dan satu bukit yang berarti ada 2 gelombang, yaitu 2λ = 100 cm, yang berarti λ = 50 cm.

Ditanya: f (frekuensi gelombang) dan v (cepat rambat gelombang)?

Jawab:
*f = n/t
f = 20/4s
f = 5 Hz

*v = λ . f
v = 50 cm . 5 Hz
v = 250 cm/s

Berarti jawabannya adalah (E) 5,0 Hz dan 250 cm/s.

6). Sebuah pegas (slinky) digetarkan sehingga menghasilkan gelombang longitudinal dengan jarak dua rapatan terdekat = 40 cm. Jika cepat rambat gelombangnya 20 m/s, maka panjang gelombang dan frekuensi gelombangnya adalah...
a. 0,2 m dan 100 Hz
b. 0,4 m dan 50 Hz
c. 0,8 m dan 25 Hz
d. 40 m dan 0,50 Hz
e. 80 m dan 0,25 Hz

Diketahui:
jarak dua rapatan terdekat = 1 gelombang
v = 20 m/s

Ditanya: λ (panjang gelombang) dan f (frekuensi gelombang)?

Jawab:
*λ = 40 cm
λ = 0,4 m

*f = v/λ
f = 20 / 0,4
f = 50 Hz

Jadi jawabannya adalah (B) 0,4 m dan 50 Hz.

7). Pada permukaan air laut terdapat dua buah gabus yang terpisah satu sama lain sejauh 60 cm. Keduanya turun naik bersama permukaan air laut sebanyak 20 kali selama 10 sekon. Bila salah satu di puncak gelombang yang lain di lembah gelombang. Sedang di antara kedua gabus terdapat satu bukit gelombang, maka periode gelombang dan cepat rambat gelombang adalah...
a. 0,5 s dan 20 cm/s
b. 0,5 s dan 30 cm/s
c. 0,5 s dan 80 cm/s
d. 2 s dan 120 cm/s
e. 2 s dan 240 cm/s

Diketahui:
n = 20
t = 10s
Salah satu gabus berada di puncak gelombang dan yang lainnya di lembah gelombang. Diantara kedua gabus terdapat satu bukit gelombang yang berarti ada 1½ gelombang (satu setengah), sehingga 1,5λ = 60 cm ---> maka λ = 60/1,5 = 40 cm.

Ditanya: T (periode gelombang) dan v (cepat rambat gelombang)?

Jawab:
*T = t/n
T = 10s/20
T = 0,5 s

*v = λ / T
v = 40 / 0,5
v = 80 cm/s

Jawabannya adalah (C) 0,5 s dan 80 cm/s.

8). Seutas tali digetarkan pada salah satu ujungnya sehingga menghasilkan gelombang seperti gambar.
Jika ujung tali digetarkan selama 0,5 s maka panjang gelombang dan cepat rambat gelombang berturut-turut adalah...
a. 25 cm dan 100 cm/s
b. 25 cm dan 50 cm/s
c. 50 cm dan 25 cm/s
d. 50 cm dan 100 cm/s
e. 125 cm dan 25 cm/s

Diketahui:
T = 0,5 s
l = 50 cm
n = 2

Ditanya: λ (panjang gelombang) dan v (cepat rambat gelombang)?

Jawab: 
λ = l/n
λ = 50 / 2
λ = 25 cm

v = λ/T
v = 25/0,5
v = 50 cm/s

9). Dua gabus berjarak 2 meter berada mengapung dibukit dan lembah gelombang laut yang berdekatan. Butuh waktu 1 sekon untuk kedua gabus berubah posisi dari bukit ke lembah gelombang. Panjang gelombang dan kecepatan rambat gelombang laut tersebut adalah...
a. 2 m dan 2 m/s
b. 4 m dan 2 m/s
c. 2 m dan 4 m/s
d. 4 m dan 4 m/s
e. 8 m dan 8 m/s

Diketahui:
Gabus yang satu mengapung di bukit dan yang lain mengapung di lembah yang berdekatan berjarak 2 meter, yang berarti 1/2λ = 2 meter, maka λ = 4 meter.
Butuh waktu 1 sekon untuk kedua gabus berubah posisi dari bukit ke lembah (atau sebaliknya), yang berarti 1/2T = 1 sekon, maka T = 2 sekon.

Ditanya: λ (panjang gelombang) dan v (cepat rambat gelombang)?

Jawab:
* λ = 4 m (sudah dijelaskan)

* v = λ / T
v = 4 m / 2 s
v = 2 m/s

Jawabannya adalah (B) 4 m dan 2 m/s.

10). Sebuah gelombang transversal mempunyai periode 4 detik. Jika jarak antara dua buah titik berurutan yang sama fasenya = 8 cm, maka cepat rambat gelombang itu adalah...
a. 1 cm/s
b. 2 cm/s
c. 3 cm/s
d. 4 cm/s
e. 5 cm/s

Diketahui:
T = 4s
jarak antara dua buah titik yang sama fasenya, berarti λ = 8 cm.

Ditanya: v (cepat rambat gelombang)?

Jawab:
v = λ / T
v = 8 cm/ 4s
v = 2 cm/s (B)

11). Gelombang air laut mendekati pantai dengan cepat rambat 8 m/s. Jika jarak antara perut dan simpul yang berdekatan adalah 5 m maka tentukan besarnya frekuensi dan periode gelombang...
a. 0,8 Hz dan 2,5 s
b. 0,8 Hz dan 1,25 s
c. 2,5 Hz dan 0,8 s
d. 1,25 Hz dan 0,8 s
e. 1,25 Hz dan 2,5 s

Diketahui:
v = 8 m/s
jarak antara perut dan simpul yang berdekatan itu berarti 1/4 (seperempat) gelombang / 1/4 λ = 5 meter, maka λ = 5 : 1/4 = 20 meter.

Ditanya: f (frekuensi gelombang) dan T (periode gelombang)?

Jawab:
*f = v / λ
f = 8 / 20
f = 0,4 Hz

*T = 1/f
T = 1 / 0,4
T = 2,5 s

Berarti jawabannya adalah 0,4 Hz dan 2,5 s.

12). Dari grafik gelombang transversal pada gambar di bawah ini tentukanlah jumlah dan panjang gelombangnya...
a. 2 ½ dan 10 m
b. 2 ½ dan 20 m
c. 2 ¼ dan 10 m
d. 2 ½ dan 25 m
e. 2 ¼ dan 20 m

Jawab: Lihat gambar pada buku.
Satu gelombang terdiri atas 1 bukit dan 1 lembah. Di gambar terdapat 3 bukit dan 2 lembah, berarti jumlah gelombang ada 2 ½ jumlahnya.
Panjang gelombang dari bukit ke lembah adalah 10 m (lihat gambar).
Jawabannya adalah (A) 2½ dan 10 m.

13). Roni merasakan getaran gempa yang frekuensinya 15 Hz. Jika sumber getarannya dari pantai yang berjarak 60 km dan tiba dalam waktu 20 s, maka panjang gelombang gempa tersebut....
a. 100 m
b. 200 m
c. 500 m
d. 1000 m
e. 1500 m

Diketahui:
f = 15 Hz
s (jarak) = 60 km = 60.000 m
t = 20 s

Ditanya: λ (panjang gelombang)?

Jawab:
pertama cari v (cepat rambat gelombang)
v = s/t
v = 60.000 / 20
v = 3.000 m/s

* λ = v / f
λ  = 3.000 / 15
λ = 200 m (B)

14). Dua buah gabus P dan Q bergerak naik turun pada jarak 100 cm satu sama lain. Pada saat P di puncak dan Q di lembah gelombang, antara P dan Q terdapat 2 puncak dan 2 lembah gelombang. Jika cepat rambat gelombang itu 3 m/s, frekuensinya adalah...
a. 2,5 Hz
b. 5,0 Hz
c. 7,5 Hz
d. 10,0 Hz
e. 12,5 Hz

Diketahui:
v = 3 m/s
Gabus P berada di puncak sedangkan gabus Q di lembah gelombang, dan diantara P dan Q terdapat 2 puncak dan 2 lembah gelombang, berarti ada 2½ gelombang. Jika 2½ gelombang = 100 cm (1 m), maka 1 gelombang = 0,4 m.

Ditanya: f (frekuensi gelombang)?

Jawab:
f = v / λ
f = 3 / 0,4
f = 7,5 Hz (C)

15). Berikut ini merupakan sifat-sifat gelombang longitudinal.
1. Terdiri atas rapatan dan renggangan
2. Terdiri atas bukit dan lembah
3. Arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatnya
4. Arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya
Pernyataan yang benar adalah...
a. 1 dan 2
b. 1 dan 3
c. 2 dan 3
d. 2 dan 4
e. 4 saja

Jawab:
Sifat gelombang longitudinal adalah (1). Terdiri atas rapatan dan renggangan, dan (4). Arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya. Jadi jawabannya (1) dan (4).

16). Dari pernyataan berikut ini:
1. Bunyi adalah gelombang mekanik
2. Gelombang mekanik tidak memerlukan medium perambatan
3. Bunyi tidak dapat merambat melalui ruang hampa
4. Cahaya termasuk gelombang mekanik karena dapat melalui ruang hampa
Pernyataan yang benar adalah...
a. 1 dan 3
b. 2 dan 4
c. 1, 2, dan 3
d. 4 saja
e. Semua benar

Jawab:
(1). Bunyi adalah gelombang mekanik (benar), yaitu gelombang yang memerlukan medium pada saat merambat.
(2). Gelombang mekanik tidak memerlukan medium perambatan (salah), gelombang mekanik memerlukan medium perambatan misalnya gelombang tali, air, dan bunyi.
(3). Bunyi tidak dapat melalui merambat ruang hampa (benar), karena dalam ruang hampa udara tidak ada partikel-partikel udara. Udara merupakan salah satu faktor terjadinya rambatan bunyi yaitu medium (perantara) sehingga bunyi tak dapat merambat tanpa adanya zat perantara.
(4). Cahaya termasuk gelombang mekanik karena dapat melalui ruang hampa (salah), cahaya digolongkan sebagai gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat.
Jadi jawabannya (1) dan (3), --> (A)

17). Suatu gelombang transversal memiliki persamaan y = 0,2 sin π (40t - 0,5x) m. Tentukanlah periode dan panjang gelombangnya...
a. 40 s dan 0,5 m
b. 20 s dan 0,25 m
c. 5 s dan 0,5 m
d. 0,05 s dan 4 m
e. 0,025 s dan 8 m

Diketahui:
persamaan gelombang: y = ± A sin (ωt ± kx)
y = 0,2 sin π (40t - 0,5x) m
y = 0,2 sin (40πt - 0,5πx) m
Dari persamaan diatas diketahui:
ω = 40π
kx = 0,5πx

Ditanya: T (periode gelombang) dan λ (panjang gelombang)?

Jawab:
Cari dulu frekuensi:
ω = 40π (diketahui: w = 2.π.f)
2.π.f = 40π -----> hilangkan π masing-masing persamaan.
2f = 40
f = 20 Hz

lalu cari periode:
T = 1/f
T = 1/20
T = 0,05 s

kx = 0,5πx (diketahui: k = 2π/λ) -----> hilangkan x masing-masing persamaan.
k = 0,5π
2π/λ = 0,5π -----> hilangkan π masing-masing persamaan.
2/λ = 0,5
λ = 4 m

Berarti jawabannya adalah (D) 0,05 s dan 4 m.

18). Persamaan gelombang transversal mempunyai bentuk y = 0,05 sin (2πt + 0,4πx), dengan x dan y dalam meter dan t dalam sekon. Tentukanlah arah rambat dan besar kecepatannya...
a. Ke kiri dan 5 m/s
b. Ke kiri dan 2 m/s
c. Ke kiri dan 0,4 m/s
d. Ke kanan dan 5 m/s
e. Ke kanan dan 2 m/s

Diketahui:
persamaan gelombang: y = ± A sin (ωt ± kx)
y = 0,05 sin (2πt + 0,4πx)
Dari persamaan diatas diketahui:
ω = 2π
kx = 0,4πx

Ditanya: Arah rambat dan v (besar kecepatannya)?

Jawab:
*Mencari arah rambat adalah:
θ = (wt + kx) arah kekiri atau sumbu-x negatif
θ = (wt - kx) arah kekanan atau sumbu-x positif

Jika kita lihat persamaannya: y = 0,05 sin (2πt + 0,4πx), maka dapat diketahui bahwa arah rambat adalah kekiri atau negatif.

*Pertama cari frekuensi dulu:
ω = 2π (diketahui: ω = 2.π.f)
2.π.f = 2π -----> hilangkan π tiap persamaan.
2f = 2
f = 1 Hz.

*Lalu cari panjang gelombang:
kx = 0,4πx (diketahui: k = 2π/λ) ----> hilangkan x tiap persamaan.
k = 0,4π
2π/λ = 0,4π ----> hilangkan π tiap persamaan.
2/λ = 0,4
λ = 5 m

*Lalu cari kecepatannya:
v = λ.f
v = 5.1
v = 5 m/s

Jadi jawabannya adalah (A) Ke kiri dan 5 m/s.

19). Suatu gelombang transversal memiliki persamaan y = 0,25 sin π (30t - 0,5x) mempunyai persamaan kecepatan...
a. v = 0,25 sin (30πt - 0,5πx)
b. v = -0,25 sin (30πt - 0,5πx)
c. v = 7,5π sin (30πt - 0,5πx)
d. v = -7,5π cos (30πt - 0,5πx)
e. v = 7,5π cos (30πt - 0,5πx)

Diketahui:
Persamaan gelombang adalah y = ± A sin (ωt ± kx).
persamaan y = 0,25 sin π (30t - 0,5x)
y = 0,25 sin (30πt - 0,5πx)
Dari persamaan diatas diketahui:
ω = 30π
kx = 0,5πx

Ditanya: Persamaan kecepatan?

Jawab:
Persamaan gelombang adalah y = ± A sin (ωt ± kx).
Maka jika persamaan diatas diturunkan, maka akan didapat:
v = ω A cos (ω t − kx)
v = 30π.0,25 cos (30πt - 0,5πx)
v = 7,5π cos (30πt - 0,5πx) ---> (E)

20). Persamaan gelombang transversal mempunyai bentuk y = 0,25 sin (6πt + 0,4πx), dengan x dan y dalam meter dan t dalam sekon. Sudut fase dan fase gelombang di titik x = 0,5 m pada saat ujung kawat telah bergetar 0,1 sekon...
a. 360° dan 0,1
b. 720° dan 0,2
c. 1080° dan 0,3
d. 1440° dan 0,4
e. 1800° dan 0,5

Diketahui:
y = 0,25 sin (6πt + 0,4πx)
Dari persamaan diatas diketahui:
ω = 6π
kx = 0,4πx
x = 0,5 m
t = 0,1 s

Ditanya: θ (sudut fase gelombang) dan φ (fase gelombang)?

Jawab:
Untuk menemukan sudut fase dan fase gelombang, harus menemukan T (periode) dan λ (panjang gelombang). Tapi sebelum itu harus menemukan frekuensi.
ω = 6π (diketahui: w = 2.π.f)
2.π.f = 6π -----> hilangkan π masing-masing persamaan.
2f = 6
f = 3 Hz

Maka periode (T):
T = 1/f
T = 1/3 s

Cari panjang gelombang:
kx = 0,4πx (diketahui: k = 2π/λ) ----> hilangkan x tiap persamaan.
k = 0,4π
2π/λ = 0,4π ----> hilangkan π tiap persamaan.
2/λ = 0,4
λ = 5 m

Untuk menemukan sudut fase gelombang (θ) menggunakan rumus:
θ = 2π (t/T - x/λ)
θ = 2π (0,1/⅓ - 0,5/5)
θ = 2π (0,3 - 0,1)
θ = 2π (0,2)
diketahui bahwa π = 180°
θ = 2.180° (0,2)
θ = 360° (0,2)
θ = 72°

Rumus fase gelombang (φ):
φ = (t/T - x/λ)
φ = (0,1/⅓ - 0,5/5)
φ = (0,3 - 0,1)
φ = 0,2

Jawabannya adalah 72° dan 0,2.