Teori Gelombang

GELOMBANG

Gelombang adalah perambatan yang bersumber dari gangguan pada suatu medium. Pada peristiwa rambatan tersebut tidak disertai dengan perpindahan tempat secara permanen dari materi medium. Gelombang menurut arah getarannya dibagi dalam dua bagian yaitu, gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

Gelombang Transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah perambatannya, sehingga bentuk dari gelombang ini terdapat bukit dan lembah gelombang. Gelombang ini membutuhkan material solid untuk merambat dengan efektif, hal tersebut menyebabkan gelombang ini tidak efektif merambat pada material cair dan gas. Gelombang transversal relatif lebih lemah jika dibandingkan dengan gelombang longitudinal (Crawford, 1968). Contoh gelombang tranversal seperti gelombang pada tali dan gelombang permukaan air.

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya berhimpit atau searah dengan arah rambatan gelombang. Gelombang ini tidak menunjukkan deretan bukit dan lembah, tetapi merupakan rapatan dan regangan. Gelombang ini juga disebut dengan gelombang kerapatan (density waves) karena kerapatan partikel berfluktuasi pada saat gelombang ini bergerak. Gelombang ini dapat menjalar pada material cair dan padat (Pain, H.J., 2005). Contoh gelombang ini seperti terdapat pada gelombang pegas. Pergerakan partikel kedua gelombang ini ditunjukkan pada berikut.

a) Gelombang longitudinal., b) Gelombang tranversal

Sifat Umum Gelombang

Gelombang memiliki beberapa sifat umum, pertama gelombang dapat mengalami pemantulan atau disebut dengan refleksi. Pada pemantulan gelombang berlaku sudut datang gelombang sama dengan sudut pantulnya. Pada saat gelombang bertemu dengan bidang batas, maka akan timbul gelombang pantul dengan arah yang berlawanan arah terhadap gelombang datang.

Sifat kedua adalah pembiasan atau disebut dengan refraksi. Dalam perambatan gelombang, apabila melewati bidang batas dua medium, maka gelombang datang akan mengalami pembelokan. Arah pembelokan gelombang disebut dengan pembiasan. Berdasarkan hukum Snellius dinyatakan bila gelombang datang dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat maka gelombang akan dibiaskan mendekati garis normal, dan sebaliknya.

Ketiga lenturan atau difraksi, yaitu apabila gelombang melalui sebuah penghalang yang memiliki sebuah celah. Pada celah tersebut akan menjadi sumber gelombang baru yang meneruskan gelombang awal ke segala arah. Gelombang yang melewati celah tersebut akan mengalami lenturan atau disebut dengan difraksi. 

Gelombang juga dapat mengalami penggabungan, perpaduan antara dua buah gelombang atau lebih pada suatu tempat bersamaan disebut juga dengan interferensi. Perpaduan gelombang terjadi apabila terdapat gelombang dengan frekuensi dan beda fase bertemu. Interferensi gelombang dengan fase yang sama akan menyebabkan kedua gelombang akan saling menguatkan atau disebut dengan interferensi konstruktif. Sedangkan interferensi gelombang dengan fase yang berlawanan akan menyebabkan kedua gelombang saling melemahkan atau disebut dengan interferensi destruktif.

FREKUENSI DAN PERIODE GELOMBANG

Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang terjadi dalam satu satuan waktu. Frekuensi dinotasikan dengan huruf “f” dengan satuan Hertz atau disingkat dengan Hz. Frekuensi berbanding terbalik dengan periode, rumus mencari frekuensi adalah f = 1/T dimana f adalah frekuensi dan T adalah periode gelombang.

Periode gelombang adalah waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang dalam satuan detik. Periode gelombang pada gelombang transversal adalah gerakan gelombang dari kedudukan seimbang ke puncak gelombang kemudian kembali ke kedudukan seimbang lalu ke lembah gelombang sampai dengan kembali ke kedudukan seimbang.

GELOMBANG SEISMIK

Gelombang seismik adalah gelombang elastis yang menjalar di dalam medium bumi yang diakibatkan oleh patahnya lapisan batuan ataupun disebabkan oleh ledakan. Gelombang seismik merambat sesuai dengan perinsip perambatan gelombang cahaya, pembiasan dengan koefisien bias, pemantulan dengan koefisien pantul dan hukum-hukum Snellius, Fermat dan Huygens (Ibrahim dan Subardjo, 2005). Gelombang seismik diukur dengan mengunakan alat seismometer. Gelombang seismik dibagi menjadi dua kelompok yaitu:

Gelombang Badan (Body Waves)

Body waves adalah gelombang yang merambat di bawah permukaan bumi. Gelombang ini biasa disebut dengan free wave, dikarenakan gelombang ini menjalar kesegala arah. Gelombang badan dibagi menjadi dua bagian, yaitu gelombang primer (P) dan gelombang shear (S) atau disebut dengan gelombang sekunder.

Gelombang P disebut juga dengan gelombang kompresi, gelombang longitudinal, gelombang dilatasi atau gelombang irotasional. Gelombang ini dapat menjalar melalui segala medium (padat, cair dan gas). Gerakan partikel medium yang dilewati oleh gelombang ini searah dengan arah penjalaran gelombang. Didasarkan dengan jenis gelombang ini, yaitu gelombang longitudinal, maka gelombang ini memiliki bentuk rapatan dan regangan.

Berdasarkan waktu tempuh penjalaran gelombang, waktu penjalaran gelombang P lebih cepat dibandingkan dengan gelombang S. Disebabkan oleh hal tersebut maka pada saat terjadi gempa bumi, gelombang P merupakan gelombang yang pertama tiba pada alat pencatat gelombang gempa bumi pada stasiun pencatat (Astiz et al., 1996).

Gelombang S disebut juga sebagai gelombang sekunder atau gelombang transversal. Gelombang ini memiliki arah gerakan yang tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Didasarkan pada jenisnya, gelombang ini memiliki puncak dan lembah gelombang. Gelombang S merambat pada sela bebatuan dan bergantung pada medium yang dilalui. Gelombang ini hanya dapat menjalar pada medium padat karena medium cair dan gas tidak memiliki daya elastisitas untuk kembali kebentuk asal. Berdasarkan waktu penjalarannya, waktu penjalaran gelombang S lebih lambat dibandingkan dengan gelombang P (Astiz et al., 1996).

Gelombang S dibagi menjadi dua bagian yaitu gelombang sekunder vertikal (SV) dan gelombang sekunder horizontal (SH). Gelombang SV adalah gelombang S yang gerakan partikelnya terpolarisasi pada bidang vertikal. sedangkan gelombang SH adalah gelombang S yang gerakan partikelnya horizontal.

Gelombang Permukaan (Surface Waves).

Gelombang permukaan adalah gelombang yang merambat di permukaan bumi. Gelombang ini memiliki frekuensi yang lebih rendah dibandingkan dengan gelombang badan. Amplitudo gelombang permukaan akan mengecil dengan cepat terhadap kedalaman. Hal ini diakibatkan oleh adanya dispersi pada gelombang permukaan, yaitu penguraian gelombang berdasarkan panjang gelombangnya sepanjang perambatan gelombang. Gelombang permukaan dibagi menjadi dua kelompok, yaitu Gelombang Love (LQ) dan Gelombang Rayleigh (LR).

Gelombang Love adalah gelombang geser (S-wave) yang terpolarisasi secara horizontal. Kecepatan rambat gelombang ini umumnya lebih lambat dari gelombang S. Dalam penjalarannya, gelombang ini tidak menghasilkan perpindahan material secara vertikal. Gelombang ini merambat pada permukaan bebas pada medium berlapis dengan gerak partikel.

Gelombang Love

Gelombang Rayleigh adalah gelombang yang menjalar di permukaan bebas pada medium berlapis maupun homogen dengan pergerakan menyerupai ellips. Karena penjalaran gelombang ini berada pada permukaan bumi, maka amplitudo gelombang Rayleigh akan berkurang dengan bertambahnya kedalaman. Pada saat terjadi gempa bumi besar, gelombang Rayleigh akan terlihat pada permukaan tanah yang bergerak ke atas dan ke bawah. Kecepatan rambat gelombang Reyleigh lebih lambat dari pada gelombang Love.

Gelombang Reyleigh