Getaran

Air yang beriak dan bunyi tampaknya dua gejala yang tidak ada keterkaitannya. Dalam bab ini kamu akan mempelajari bahwa keduanya memiliki keterkaitan ciri-ciri fisiknya. Setelah mempelajari bab ini, kamu diharapkan mampu mendeskripsikan getaran, yang menjadi dasar bagi timbulnya gejala gelombang. Selanjutnya kamu akan mempelajari ciri fisis gelombang serta mekanisme bunyi dapat didengar oleh manusia.

Pertama, kita akan membahas getaran. Untuk memahami lebih dalam tentang getaran mari kita simak penjelasan berikut.

Ketika sedang berada di rumah, pernahkah kalian merasakan terjadinya guntur? Apa yang akan terjadi? Ya, kaca-kaca jendela di rumah kalian pasti akan bergetar. Bunyi yang disebabkan guntur tersebut mampu menggetarkan benda-benda seperti kaca jendela. Lalu apa makna dari getaran itu sendiri? 

Untuk lebih memahami konsep getaran, perhatikan Gambar. 1.1. berikut ini :

Gambar. 1.1. Getaran bolak-balik bandul

Perhatikan  Gambar 1.1. Pada saat bandul tersebut belum disimpangkan, posisi bandul ada di titik B. Apabila bandul  itu kamu tarik hingga posisi A, lalu kamu lepas, maka bandul tersebut akan bergerak bolak-balik melalui titik-titik A,B,C,B,A dan seterusnya. Bandul  akan terus berayun melewati lintasan yang sama. Jika bandul berada di posisi A, bandul akan bergerak ke menuju B, dilanjutkan ke titik C kemudian kembali ke titik B dan dilanjutkan ke titik A, begitu seterusnya. Semakin lama, simpangan AB atau BC akan semakin kecil sehingga akhirnya bandul berhenti. 

Titik kesetimbangan pada bandul adalah titik B. Titik kesetimbangan pada kegiatan tersebut adalah titik di mana pada titik tersebut benda tidak mengalami gaya luar atau dalam keadaan diam. Lintasan A – B – C – B – A adalah lintasan yang ditempuh oleh satu getaran. Jika kamu menetapkan titik B sebagai titik awal lintasan, maka B – C – B – A – B disebut satu getaran. 

Getaran juga dapat kamu lihat pada pegas yang diberi beban, kemudian diberi simpangan dan dibiarkan bergerak bolak-balik di sekitar titik kesetimbangannya. Mistar plastik yang salah satu ujungnya ditahan tetap dan ujung yang lain diberi simpangan akan bergetar pula. Setiap benda yang melakukan gerak bolak-balik di sekitar titik kesetimbangannya dikatakan bergetar. Jadi, getaran dapat didefinisikan sebagai gerak bolak balik di sekitar titik kesetimbangan.

Taukah kalian bahwa geratan dapat menimbulkan bunyi yang dapat didengar oleh manuisa. Sedangkan mendengar adalah kemampuan untuk mendeteksi vibrasi mekanis (getaran) yang disebut suara. Dalam keadaan biasa, getaran dapat mencapai indera pendengaran yaitu telinga melalui udara. Ketika kita mendengar, ternyata ada objek atau benda yang bergetar, misalnya senar gitar yang bergetar ketika dipetik, dan bedug atau drum yang dipukul. Lalu bagaimana kita bisa mendengar?

Untuk memahami lebih dalam. Simak video "Gelombang Bunyi dan Getaran" berikut.

Sumber: https://youtu.be/AGjxfx8sy6s

Video tersebut menjelaskan bahwa energi bunyi yang dapat ditangkap oleh telinga kita merupakan gelombang bunyi. Gelombang bunyi tersebut dapat timbul dikarenakan adanya suatu getaran. Sedangkan getaran sendiri dapat diartikan sebagai gerak bolak-balik dari suatu benda. Misalnya, yaitu seperti saat kita bermain gitar, senar-senar gitar akan bergetar sehingga dapat menimbulkan bunyi. 

Mengapa bunyi tersebut dapat didengar oleh manusia? Ketika senar gitar tersebut bergetar maka udara di sekitarnya pun ikut bergetar. Getaran ini menimbulkan gelombang bunyi dan ketika gelombang bunyi mengenai daun telingamu lalu mencapai gendang telinga maka gendang telinga akan bergetar. Getaran-getaran tersebut diterima oleh syaraf auditorius atau receptor pendengar dan selanjutnya dikirim ke otak. Pada sistem pendengaran, telinga akan mengubah energy gelombang menjadi impuls saraf yang diterjemahkan oleh otak sebagai suara. Musik, pembicaraan, atau bunyi berisik di lingkungan sekitar dapat kamu dengar karena adanya reseptor sensorik yang merupakan sel-sel rambut, suatu tipe fonoreseptor. Fonoreseptor merupakan reseptor penerima bunyi atau suara yang ada di organ telinga, yang akan menghantarkan impuls ke otak. Sebelum mencapai ke sel-sel rambut ini, gelombang akan diubah oleh beberapa struktur yang ada di telinga. Untuk lebih jelasnya dapat kalian lihat dari mekanisme berikut.

Gambar. 1.2 Bagian-bagian Telinga Manusia

Sumber : https://youtu.be/5UkDCbAktMQ

Suara pertama-tama ditangkap oleh daun telinga dan dikumpulkan kemudian di teruskan ke saluran telinga. Suara ini akan membentuk suatu gelombang yang dapat menggetarkan gendang telinga (membran thympani), getaran tersebut menyebabkan tiga tulang pendengaran (martil, landasan, dan sanggurdi ) ikut bergetar. Ketiga tulang ini berfungsi sebagai sistem pengungkit yang melipatgandakan gaya dan tekanan gelombang bunyi. Lalu meneruskan getaran bunyi ke telinga bagian dalam. Telinga bagian dalam berisi rumah siput yang berisi cairan. Sel-sel rambut yang kecil di dalam rumah siput bergetar menyebabkan impuls-impuls syaraf dikirim ke otak melalui syaraf auditori. 

Gambar 1.3. Mekanisme Pendengaran Manusia

Masih ingatkah kalian materi besaran dan satuan yang sudah kalian pelajari dikelas VII semester 1? Ya, besaran merupakan segala sesuatu yang dapat diukur atau dihitung, dinyatakan dengan angka dan  mempunyai satuan. Taukah kalian bahwa getaran juga mempunyai besaran. Berikut besaran yang ada pada getaran.

AMPLITUDO

Titik O pada gambar 1.4 adalah titik kesetimbangan. Jarak antara benda yang bergetar dengan titik kesetimbangan disebut simpangan. Misalkan suatu ketika beban yang bergetar berada di posisi C, dan jarak CO adalah 3 cm. Maka simpangan getaran pada saat itu adalah 3 cm. Simpangan terbesar getaran pada Gambar 1.4 adalah jarak OA atau OB. Simpangan terbesar ini disebut amplitudo suatu getaran. Misalnya, jarak OB pada gambar 1.3 adalah 5 cm. Maka amplitudo getaran itu 5 cm.

Periode suatu Getaran

Gambar 1.4. bagan getaran bandul.

Menunjukkan apakah jarak OB? jarak OC?
Sumber: Contextual Teaching and Learning Ilmu

Pengetahuan Alam

Bagaimana cara yang kamu lakukan untuk memperbesar amplitudo getaran itu? Tentu saja kamu harus mengerahkan energi untuk memperbesar simpangan maksimum beban itu. Jadi amplitudo suatu getaran berkaitan erat dengan energi getaran tersebut. Jika amplitudo suatu getaran besar, maka energi getarannya juga besar. Sebaliknya jika amplitudo suatu getaran kecil, maka energi getarannya juga kecil. 

PERIODE 

Perhatikan lagi bagan getaran ayunan pada Gambar 1.1. Gerakan beban tersebut akan melewati titik-titik A,B,C,B,A, dan seterusnya. Yang dimaksud dengan satu getaran adalah satu lintasan tertutup, yakni lintasan gerakan yang kembali ke tempat semula. Satu getaran pada Gambar 1.1 adalah lintasan beban melalui titik-titik A, B, C, B, A, atau C, B, A, B, C.

Waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran disebut periode, dilambangkan dengan T. Periode diukur dalam satuan sekon. Misalkan untuk melakukan 1 getaran diperlukan waktu 0,5 sekon, maka T = 0,5 sekon.

FREKUENSI 

Apabila kamu menggetarkan ujung penggaris yang menjulur melebihi tepi meja beberapa kali dengan panjang yang berbeda-beda, kamu akan melihat bahwa banyaknya getaran tiap sekonnya berbeda pula. Banyaknya getaran yang terjadi setiap sekon disebut frekuensi getaran. Besar frekuensi getaran ujung penggaris tersebut berbeda dengan frekuensi getaran sayap lebah pada Gambar 1.5. Satuan frekuensi (f) adalah 1/sekon, disebut juga hertz atau Hz, untuk menghormati ilmuwan Jerman Heinrich Hertz. Frekuensi 1000 hertz disebut juga 1 kilohertz atau 1 kHz.

Hubungan frekuensi dengan periode suatu getaran adalah:

Gambar 1.5 Pada saat terbang, sayap-sayap lebah bergetar dengan frekuensi yang cukup tinggi, hingga kamu dapat mendengar bunyinya.

Cermati contoh di bawah ini agar kamu dapat memahami hubungan frekuensi dan periode. Selanjutnya kamu kerjakan soal latihan.

Hubungan Frekuensi dan Periode

Contoh soal
Sebuah beban pada pegas bergetar dengan periode 0,05 sekon. Berapakah frekuensi getaran tersebut? Langkah-langkah Pemecahan Masalah
Apa yang diketahui? periode (T) = 0,05 s.
Apa yang tidak diketahui? frekuensi (f )
Pilih rumusnya :  
f = 1 : T
Penyelesaian : 
f = 1 : T 
  = 1 : (0,05 sekon) 
  = 20 Hz

Bagaimana apakah kalian sudah lebih paham mengenai getaran?
Untuk mereview dan memperdalam kembali materi getaran yang sudah kalian pelajari diatas, simaklah video berikut.