STRUKTUR BUMI

 

Artikel ini perlu diwikifikasi agar memenuhi standar kualitas Wikipedia. Anda dapat memberikan bantuan berupa penambahan pranala dalam, atau dengan merapikan tata letak dari artikel ini. Untuk keterangan lebih lanjut, klik [tampil] di bagian kanan.

Struktur lapisan Bumi

Struktur Bumi terbagi dalam beberapa lapisan, seperti sebuah bawang. Bumi secara umum terdiri dari beberapa lapisan yaitu bagian paling atas disebut litosfer (bahasa Inggris: crust), lapisan bawah adalah astenosfer atau mantel dan yang paling bawah adalah inti bumi. Bagian dalam dari bumi, dapat diketahui dengan mempelajari sifat-sifat fisika bumi, yaitu dengan metode geofisika, terutama dari kecepatan rambatan getaran atau gelombang seismik, sifat kemagnetannya dan gaya berat serta data panas bumi. Dari data tersebut dapat diketahui bahwa bagian dalam bumi tersusun dari material yang berbeda-beda mulai dari permukaan bumi sampai ke inti bumi. Dengan metode geofisika tersebut, juga diketahui bahwa berat jenis bumi keseluruhan adalah sekitar 5,54. Kerak bumi sendiri yang merupakan lapisan terluar dan disusun oleh batu-batuan mempunyai berat jenis antara 2,5 sampai 3,0. Dari hal tersebut dapat diketahui bahwa material yang menyusun bagian dalam bumi merupakan material yang lebih berat dengan berat jenis yang lebih besar daripada, batuan yang menyusun kerak bumi.

Struktur[sunting | sunting sumber]

Kerak Bumi[sunting | sunting sumber]

Kerak Bumi adalah lapisan terluar bumi yang terbagi menjadi dua kategori, yaitu kerak samudera dan kerak benua.^[1] Kerak samudra mempunyai ketebalan sekitar 5–10 km sedangkan kerak benua mempunyai ketebalan sekitar 20–70 km. Penyusun kerak samudra yang utama adalah batuan basal, sedangkan batuan penyusun kerak benua yang utama adalah granit, yang tidak sepadat batuan basal.^[2] Kerak bumi dan sebagian mantel bumi membentuk lapisan litosfer dengan ketebalan total kurang lebih 80 km. Temperatur kerak meningkat seiring kedalamannya. Pada batas terbawahnya temperatur kerak menyentuh angka 1.100 C. Kerak dan bagian mantel yang relatif padat membentuk lapisan litosfer. Karena konveksi pada mantel bagian atas dan astenosfer, litosfer dipecah menjadi lempeng tektonik yang bergerak. Temperatur meningkat 30 °C setiap km, namun gradien panas bumi akan semakin rendah pada lapisan kerak yang lebih dalam. Unsur-unsur kimia utama pembentuk kerak bumi adalah: Oksigen (O) (46,6%), Silikon (Si) (27,7%), Aluminium (Al) (8,1%), Besi (Fe) (5,0%), Kalsium (Ca) (3,6%), Natrium (Na) (2,8%), Kalium (K) (2,6%), dan Magnesium (Mg) (2,1%).^[3]

Mantel Bumi[sunting | sunting sumber]

Mantel bumi merupakan lapisan yang menyelubungi inti bumi dan merupakan bagian terbesar dari bagian bumi sekitar 83,2 persen dari volume dan 67,8 persen dari keseluruhan masa bumi. Karena terdiri dari material yang cair, selubung bumi sering disebut sebagai lapisan astenosfer. Lapisan ini merupakan tempat terjadinya pergerakan-pergerakan lempeng yang disebabkan oleh gaya konveksi atau energi dari panas bumi. Pergerakan tersebut sangat mempengaruhi bentuk muka bumi serta proses geologi lainnya seperti pergeseran benua dan pembentukan rantai pegunungan.^[4] Ketebalan selubung ini berkisar 2.883 km. Densitasnya berkisar dari 5,7 gr/cc dekat dengan inti dan 3,3 gr/cc di dekat kerak bumi. Pada wilayah selubung bagian atas akan mulai terbentuk intrusi magma yang diakibatkan oleh batuan yang menyusup dan meleleh.

Inti Bumi[sunting | sunting sumber]

Inti bumi terletak pada kedalaman sekitar 2900 km dari dasar kerak bumi sampai ke pusat bumi. Inti bumi dapat dipisahkan menjadi inti bumi bagian luar dan inti bumi bagian dalam. Inti bagian luar merupakan struktur cair yang terdiri dari besi dan nikel. Inti bagian luar ini berada di kedalaman 2.885-5.144 kilometer. Suhu pada lapisan ini mencapai 3.700 derajat Celcius. Sedangkan inti bagian dalam bumi berbentuk bola metal yang memiliki radius 1.220 kilometer atau sekitar tiga per empat ukuran bulan. Inti bagian dalam terletak di dalam bumi pada kedalaman 2.885-5.144 kilometer di bawah permukaan bumi. Suhu di inti bagian dalam bumi berkisar 4.300-5.400 derajat Celcius. Suhu ini hampir sepanas suhu permukaan matahari.

Batas antara selubung bumi dan inti bumi ditandai dengan penurunan kecepatan gelombang P secara drastis dan gelombang S yang tidak diteruskan. Keadaan ini disebabkan karena meningkatnya berat jenis material penyusun inti bumi dan perubahan sifat materialnya dari yang bersifat padat menjadi bersifat cair. Meningkatnya berat jenis disebabkan karena perubahan dari material silikat yang menyusun selubung bumi menjadi material campuran logam yang kaya akan besi (Fe) di inti bumi. Perubahan sifat material menjadi cairan disebabkan karena turunnya titik lebur material yang mengandung besi dibandingkan material yang kaya silikat. Itulah sebabnya material yang menyusun inti bumi bagian luar berupa cairan yang kaya logam Besi (Fe). Sebaliknya semakin bertambahnya tekanan ke bagian yang semakin dalam akan mengakibatkan naiknya titik lebur material logam. Hal ini menyebabkan material yang menyusun inti bumi bagian dalam merupakan material logam yang bersifat padat.

Komposisi material penyusun inti bumi diketahui dengan perkiraan bahwa unsur besi merupakan unsur yang banyak dijumpai pada kerak batuan penyusun kerak bumi. Dengan meningkatnya berat jenis pada batuan yang makin dalam letaknya, maka kadar besi juga akan semakin meningkat, sehingga pada selubung bumi mempunyai kemungkinan mengandung kadar besi yang lebih besar daripada kerak bumi. Berat jenis inti bumi bagian luar yang disusun oleh material kaya besi yang cair sama dengan berat jenis berat jenis besi dalam keadaan cair. Karena inti bumi bagian dalam disusun oleh material kaya besi yang padat, maka batas antara inti bumi bagian luar dengan inti bumi bagian dalam mempunyai temperatur sama dengan titik lebur besi pada tekanan di tempat tersebut. Selain itu, komposisi penyusun inti bumi juga diketahui dengan mendasarkan pada komposisi meteorit yang dijumpai mengandung logam besi dan nikel sebanyak sekitar 7% sampai 8%. Sehingga diperkirakan material logam penyusun inti bumi adalah unsur besi dan nikel.

CAMPURAN

 Sifat campuran sama dengan sifat zat-zat pembentuknya, misalnya larutan gula yang dibuat bisa membawa sifat air dan juga sifat gula.

Inilah yang membuat campuran kita harus mengetahui sifat bawaan setiap zat penyusunnya supaya bisa menentukan cara tepat untuk pemisahannya.

Mengenal campuran dianggap sangat mudah, dan bisa kamu lihat dengan setumpuk sampah yang ada di rumahmu.

Campuran ini berasal dari berbagai zat yang berkumpul menjadi satu kesatuan yang akan dipisahkan berdasar jenis dan kelompoknya berdasarkan jenisnya.

Selain sampah, udara yang kalian hirup sehari-hari bisa berupa campuran dari berbagai gas yang ada di alam yang akan masuk ke dalam tubuh lewat hidung.

Lalu, apa saja jenis-jenis campuran berdasarkan sifat fisiknya? Yuk, simak sama-sama uraian lengkapnya di bawah ini, Kids.

Baca Juga: Pengertian Senyawa, Molekul Senyawa, Beserta Contohnya, IPA Kelas 8 SMP

Jenis-Jenis Berdasarkan Sifat Fisiknya

1. Larutan

Larutan adalah jenis campuran yang paling mudah dikenali dan terbentuk dari zat yang dilarutkan ke dalam zat pelarutnya.

Dalam larutan gula, gula bisa larut dalam air sehingga air disebut sebagai zat pelarut gula.

Larutan enggak hanya terbentuk dari zat padat yang dilarutkan dalam zat cair, dan bisa dibentuk dengan melarutkan zat cair dengan zat cair, atau zat gas ke dalam zat cair.

Ketika larut, zat terlarut enggak akan lenyap begitu saja karena bisa ditimbang zat terlarut dan zat pelarut sebelum dicampurkan.

Massa larutan merupakan jumlah dari massa zat terlarut dan pelarutnya.

Larutan memiliki konsentrasi tertentu berdasarkan jumlah zat terlarut yang ditambahkan dalam zat pelarut dengan volume tertentu.

Suatu larutan dikatakan sebagai larutan encer jika jumlah zat terlarutnya sedikit.

Namun, jika zat terlarut terus ditambah maka larutannya akan berubah jadi larutan pekat.

Zat terlarut yang terus ditambahkan sampai ke titik tertentu sampai zat pelarut enggak bisa lagi melarutkannya maka larutannya disebut dengan larutan jenuh.

Baca Juga: Apa Perbedaan Larutan Gula dan Larutan Kopi? Materi Kelas 5 Tema 9

2. Suspensi

Campuran antara air dan pasir enggak disebut sebagai larutan tapi suspensi.

Partikel gula dalam larutan gula relatif berukuran sama dengan partikel air sebagai pelarutnya, sehingga gula bisa dilarutkan dengan sempurna.

Suspensi pasir, partikel pasir lebih besar sehingga ketika diaduk terlihat ada di antara zat pelarutnya.

Jika suspensi ini didiamkan selama beberapa waktu, pasir akan terpisah lagi dengan air dan membentuk endapan di dasar gelas.

Contoh suspensi misalnya beberapa jenis obat-obatan dan cat minyak.

3. Koloid

Campuran koloid adalah jenis campuran di antara larutan dan suspensi.

Meski punya sifat yang hampir mirip dengan suspensi, ketika campuran koloid didiamkan, kemampuan menahan zat terlarut relatif lebih lama ketimbang suspensi.

Tipe-tipe koloid adalah sol, emulsi, busa, gel, aerosol, dan aerosol padat.

SENYAWA

 Senyawa adalah hasil dari gabungan dua atau lebih unsur kimia yang berbeda.

Unsur adalah bahan dasar yang tidak bisa dipecah lagi menjadi zat yang lebih sederhana melalui reaksi kimia biasa.

Ketika unsur-unsur ini bergabung, mereka membentuk senyawa dengan sifat dan karakteristik baru.

Apa Fungsi Senyawa?

1. Di Kehidupan Sehari-hari

Baca Juga: Tabel Periodik: Struktur, Informasi dan Tabel Periodik, IPA Kelas 8 SMP

Banyak senyawa yang berperan dalam kehidupan sehari-hari kita.

Contohnya, air (H2O) adalah senyawa penting untuk kehidupan manusia dan organisme lainnya.

Garam dapur (NaCl) digunakan dalam masakan dan menjaga keseimbangan elektrolit dalam tubuh.

2. Di Bidang Industri

Senyawa digunakan dalam berbagai industri. Plastik, obat-obatan, pupuk, bahan kimia pertanian.

Tanpa senyawa, banyak produk yang kita gunakan tak akan ada.

3. Reaksi Kimia

Senyawa terlibat dalam berbagai reaksi kimia. Mereka dapat berubah bentuk atau menghasilkan energi saat berinteraksi dengan unsur atau senyawa lain.

Ini penting untuk memahami bagaimana reaksi kimia berlangsung, yang sangat relevan dalam pengembangan teknologi.

4. Penelitian Ilmiah

Mempelajari senyawa membantu ilmuwan memahami dunia di sekitar kita.

Baca Juga: Hubungan Unsur dengan Atom, Materi IPA Kelas 8 SMP

Dengan memahami sifat dan perilaku senyawa, ilmuwan dapat mengembangkan solusi untuk masalah lingkungan, kesehatan, dan teknologi.

Itulah sekilas tentang pengertian senyawa yang dapat kalian pelajari ya, Kids. 

UNSUR

 Unsur alami adalah unsur yang terbentuk tanpa campur tangan manusia, sedangkan unsur buatan adalah unsur yang sengaja dibuat oleh manusia untuk berbagai keperluan.

Unsur biasanya ditulis dalam lambang atau simbol unsur supaya lebih mudah ditulis, dihafalkan, dan dipelajari.

Lambang unsur yang digunakan sampai saat ini adalah usul dari J.J. Berzelius yang memberikan lambang berdasar huruf dengan nama latin, dengan beberapa aturan penulisan sebagai berikut:

- Jika terdiri dari satu huruf maka simbol unsur ditulis dengan huruf besar yang diambil dari huruf pertama nama latin unsurnya. Contoh: B (Borium), C (Carbonium), dan H (Hydrogenium).

- Jika terdiri dari dua huruf, maka ditulis dengan huruf besar yang diambil dari huruf pertama nama latin, disusun dengan huruf kecil dari salah satu nama latin unsurnya. Contoh: Ar (Argon), Ag (Argentum), dan Al (Aluminium).

- Jika terdiri dari tiga huruf, maka lambangnya ditentukan oleh Komite Internasional IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) berdasarkan rangkaian huruf awal sesuai dengan nomor unsurnya. Contoh: Uuu (Unununium), Uuq (Ununquadium), dan Uup (Ununpentium).

Baca Juga: Tak Melulu Soal Industri, Ini Manfaat Nitrogen untuk Kehidupan

Klasifikasi Unsur Kimia

1. Unsur Logam

Besi (Fe) biasa digunakan dalam pembuatan baja dengan campuran karbon.

Tembaga (Cu) biasa digunakan untuk bahan pembuatan listrik, perhiasan dan uang logam, lalu Emas (Au) biasa digunakan untuk pembuatan perhiasan.

2. Unsur Non-Logam

Flour (F) bentuk senyawa yang sering jadi bahan campuran pasta gigi.

Brom (Br) yaitu senyawa yang sering digunakan sebagai bahan baku obat penenang saraf.

Yodium (I) yaitu senyawa yang biasa digunakan sebagai bahan baku obat antiseptik dan garam dapur.

3. Unsur Semi-Logam (Metaloid)

Silicon (Si) biasa digunakan sebagai bahan pembuat alat-alat pemotong dan pengamplas.

Germanium (Ge) yang bisa digunakan berdasar suhu yang diberikan bisa menjadi konduktor dan isolator.

CAHAYA DAN ALAT OPTIK

 Cahaya adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat oleh mata yang merupakan gelombang transversal yang memiliki arah rambat tegak lurus dengan arah getarannya. Cahaya sendiri dapat mengalami pemantulan, pembiasan, interfrensi, difraksi (lenturan), dan polarisasi (terserap sebagian arah getarannya).

Sinar pantul terletak dalam satu bidang datar serta sudut dari sinar datang sama dengan sudut dari sinar pantul.

Cahaya merambat menurut lintasan yang berbentuk garis lurus.

Refraksi (Pembiasan Cahaya) adalah peristiwa pembelokan arah rambat cahaya yang terjadi ketika cahaya tersebut berpindah dari medium satu ke medium lainnya.

Dalam pembiasan, cepat rambat cahaya dalam medium dirumuskan dengan:

v = c/n

v = cepat rambat cahaya dalam medium
c =cepat rambat cahaya di udara (3 x 10′8 m/s)
n = indeks bias medium

Cermin dan Lensa

Cermin Datar bersifat maya, tegak, ukuran bayangan sama besar dengan bendanya. Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin dan menghadap terbalik.

Lensa Cembung dan Cermin Cekung bersifat konvergen atau mengumpulkan sinar. Sifat bayangan dapat dicari dengan:

1/f = 1/s + 1/s’
M = s’/s = h’/h
R = 2f

f = Jarak titik fokus (+)
R = Jari-jari kelengkungan (+)
s, s’ = Jarak benda, bayangan
M = Perbesaran bayangan
h, h’ = Tinggi benda, bayangan
s’ (+) = bayangan nyata, terbalik

Lensa Cekung dan Cermin Cembung bersifat divergen atau mennyebarkan sinar. Sifat bayangan dapat dicari dengan:

1/f = 1/s + 1/s’
M = s’/s = h’/h
R = 2f

f = Jarak titik fokus (-)
R = Jari-jari kelengkungan (-)
s, s’ = Jarak benda, bayangan
M = Perbesaran bayangan
h, h’ = Tinggi benda, bayangan
f, R (+) = Cermin cekung, kensa cembung
f, R (-) = Cermin cembung, lensa cekung
s’ (-) = bayangan maya, tegak

Kekuatan Lensa dirumuskan:

P = 100/f (cm)
P = 1/f (m)

Alat-alat Optik

1. Lup
   Alat untuk melihat benda kecil dengan sifat bayangan maya, tegak, dan diperbesar
2. Mikroskop
   Alat untuk melihat benda kecil
3. Teleskop
   Alat untuk melihat benda yang sangat jauh
4. Proyektor
   Alat untuk memproyeksikan gambar tembus cahaya ke layar sehingga terlihat besar
5. Periskop
   Alat untuk mengintai kapal-kapal musuh atau melihat benda di atas permukaan laut
6. Mata
   Indra pengelihatan.

 

 

GELOMBANG

 gelombang adalah getaran yang merambat dari suatu titik ke titik lainnya melalui suatu media atau ruang hampa. Menurut Prof. Yohanes Surya, Ph.D. dalam buku berjudul Getaran dan Gelombang (2009), getaran yang merambat ini menghantarkan energi dan bergerak dalam kecepatan tertentu, namun tidak menyeret materi atau media yang dilewati.

sebenarnya kita sering ‘menciptakan’ gelombang dalam kegiatan sehari-hari? Gelombang dapat muncul dan dihantarkan pada berbagai media atau benda, mulai dari permukaan air, bunyi, cahaya, hingga gempa. Contohnya, ketika kalian mengeluarkan suara sekecil apa pun, maka kalian sudah menciptakan gelombang bunyi yang merambat melalui udara di sekitar.

Kali ini, kita akan membahas cara mengetahui cepat rambat getaran yang bergerak atau gelombang tersebut; sederhananya, kita akan mengukur jarak yang ditempuh getaran yang merambat pada waktu tertentu.

Gelombang dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis berdasarkan arah rambat getarannya, yakni Gelombang Transversal dan Gelombang Longitudinal.

Gelombang Transversal

Gelombang Transversal adalah gelombang yang arah getar partikel mediumnya tegak lurus terhadap arah gelombang. Sederhananya, bila energi yang merambat bergerak dari kiri ke kanan, maka gelombang turut bergerak naik turun searah energi yakni dari arah kiri ke kanan. Contohnya adalah gelombang atau getaran yang muncul pada tali yang bergoyang.

Maka, bentuk Gelombang Transversal menyerupai perbukitan atau lembah, seperti gambar di bawah ini:

Gelombang transversal

Puncak Gelombang / Gunung: titik tertinggi gelombang
Dasar Gelombang / Lembah: titik terendah gelombang
Bukit Gelombang: bagian gelombang yang menyerupai gunung, ditandai dengan Puncak Gelombang yang menghubungkan dua dasar/lembah
Panjang Gelombang: jarak antara dua puncak atau dua lembah gelombang
Amplitudo (A): simpangan terjauh dari garis keseimbangan
Periode (T): waktu yang diperlukan untuk menghasilkan suatu gelombang. Artinya, periode merupakan waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak antara dua puncak atau dua lembah gelombang yang berurutan.

 

Gelombang Longitudinal

Jenis gelombang selanjutnya adalah Gelombang Longitudinal, yakni gelombang yang arah getar partikel mediumnya sejajar atau berhimpitan dengan arah rambatan.  Salah satu contoh Gelombang Longitudinal adalah gelombang bunyi.

Berbeda dengan Gelombang Transversal, Gelombang Longitudinal berbentuk mirip pegas seperti gambar di bawah ini:

Gelombang Longitudinal

Terdapat beberapa bagian pada gelombang longitudinal yang digunakan untuk mengidentifikasi gelombang tersebut.

Rapatan: daerah di sepanjang gelombang yang memiliki rapatan atau tekanan molekul yang lebih tinggi
Renggangan: daerah di sepanjang gelombang yang memiliki rapatan atau tekanan molekul yang lebih rendah
Panjang 1 Gelombang: Jarak antara dua rapatan atau antara dua renggangan yang saling berdekatan

Rumus Cepat Rambat Gelombang

Kalo tadi kita sudah membahas jenis-jenis gelombang, kali ini gue bakal menjelaskan cara menghitung cepat rambat suatu gelombang, atau jarak yang ditempuh gelombang dalam satu detik.

Rumus yang bakal kita pakai adalah rumus cepat rambat gelombang yang didasarkan pada rumus kecepatan. Bentuknya seperti ini:

V = s / t atau V = λ / T atau V = λ x f

Keterangan
V = cepat rambat gelombang (m/s2)
λ = panjang gelombang (m)
T = periode (s)
f = frekuensi (Hz)
s = jarak (m)
t = waktu (s)

Coba lo perhatikan rumus di atas! Kenapa ada 3 opsi rumus, ya?

Nah, rumus cepat rambat gelombang merupakan turunan dari rumus kecepatan atau Rumus V = s / t. Rumus kecepatan digunakan untuk mencari kecepatan benda yang bergerak secara lurus beraturan atau juga dikenal dengan sebutan GLB (Gerak Lurus Beraturan), dengan cara membagi jarak dan waktu.

Bila diterapkan pada rumus cepat rambat gelombang, nilai pada 1 panjang gelombang atau λ sama dengan nilai jarak yang ditempuh oleh suatu benda. Sementara, nilai dari 1 frekuensi setara dengan satuan waktu atau periode, yakni 1 sekon.

Maka, menggunakan variabel periode gelombang, frekuensi, dan periode, rumus kecepatan GLB dapat diturunkan menjadi bentuk rumus cepat rambat gelombang, yakni

V = λ / T atau V = λ x f

Eits, sebelum kita menerapkan rumus cepat rambat gelombang pada soal, terdapat rumus lain yang bakal membantu lo mencari cepet rambat gelombang, yakni rumus menentukan frekuensi dan periode bila tidak diketahui.

Rumus mencari frekuensi adalah f = n/t atau f = 1/T, dengan keterangan:
f = Frekuensi (Hz)
n = jumlah gelombang
t = waktu (s)

Sementara, rumus untuk mencari periode adalah T = t/n atau T = 1/f, dengan keterangan:
T = periode (s)
n = jumlah gelombang
t = waktu (s)

Contoh Soal Cepat Rambat Gelombang

Nah, supaya lebih paham, coba kita praktikkan rumus-rumus di atas pada soal cepat rambat gelombang, yuk!

Terdapat gelombang yang merambat selama 20 detik. Sepanjang waktu tersebut, muncul 100  gelombang dengan jarak antara kedua puncak sebanyak 2 m. Berapa cepat rambat gelombang?
Diketahui:
t = 20 s
n = 100
λ = 2 m
Ditanya:
V = …?
Jawab:
Ingat, sebelum menentukan cepat rambat gelombang, kalian harus menentukan frekuensinya terlebih dahulu. Caranya adalah:
f = n/t
f = 100/20 = 5 Hz
Setelah menemukan frekuensi, maka cara menemukan cepat rambat gelombang adalah:
V = λ . f
V = 2 . 5 = 10 m/ s
Maka, cepat rambat gelombang tersebut adalah 10 m/s.

Nah segini dulu sobat, untuk penjelasan lebih jelasnya kalian bisa download aplikasi Aku Pintar dan masuk ke menu Belajar Pintar.

GETARAN

 Getaran adalah gerak yang terjadi secara bolak-balik di sekitar kesetimbangan. Syarat terjadinya getaran ialah benda mengalami kondisi diam apabila tidak menerima gaya gerak. Selain itu, jarak simpangan terjauh yang timbul secara bolak-balik akibat getaran, selalu sama bila diukur dari titik tengah.^[1]

Jenis getaran[sunting | sunting sumber]

Getaran bebas terjadi bila sistem mekanis dimulai dengan gaya awal, lalu dibiarkan bergetar secara bebas. Contoh getaran seperti ini adalah memukul garpu tala dan membiarkannya bergetar, atau bandul yang ditarik dari keadaan setimbang lalu dilepaskan.

Getaran paksa terjadi bila gaya bolak-balik atau gerakan diterapkan pada sistem mekanis. Contohnya adalah getaran gedung pada saat gempa bumi.

Analisis getaran[sunting | sunting sumber]

Dasar analisis getaran dapat dipahami dengan mempelajari model sederhana massa-pegas-peredam kejut. Struktur rumit seperti badan mobil dapat dimodelkan sebagai "jumlahan" model massa-pegas-peredam kejut tersebut. Model ini adalah contoh osilator harmonik sederhana.

Getaran bebas tanpa peredam[sunting | sunting sumber]

Model massa-pegas sederhanal

Pada model yang paling sederhana redaman dianggap dapat diabaikan, dan tidak ada gaya luar yang memengaruhi massa (getaran bebas).

Dalam keadaan ini gaya yang berlaku pada pegas F_s sebanding dengan panjang peregangan x, sesuai dengan hukum Hooke, atau bila dirumuskan secara matematis:

${\displaystyle {�}_{�}=-��}$

dengan k adalah tetapan pegas.

Sesuai Hukum kedua Newton gaya yang ditimbulkan sebanding dengan percepatan massa:

${\displaystyle \mathrm{\Sigma }�=��=�\ddot{�}=�\frac{{�}^2�}{�{�}^2}=}$

Karena F = F_s, kita mendapatkan persamaan diferensial biasa berikut:

${\displaystyle �\ddot{�}+��=0.}$

Gerakan harmonik sederhana sistem benda-pegas

Bila kita menganggap bahwa kita memulai getaran sistem dengan meregangkan pegas sejauh A kemudian melepaskannya, solusi persamaan di atas yang memerikan gerakan massa adalah:

${\displaystyle �(�)=�\cos (2�{�}_{�}�)}$

Solusi ini menyatakan bahwa massa akan berosilasi dalam gerak harmonis sederhana yang memiliki amplitudo A dan frekuensi f_n. Bilangan f_n adalah salah satu besaran yang terpenting dalam analisis getaran, dan dinamakan frekuensi alami takredam. Untuk sistem massa-pegas sederhana, f_n didefinisikan sebagai:

${\displaystyle {�}_{�}=\frac{1}{2�}\sqrt{\frac{�}{�}}}$

Catatan: frekuensi sudut ${\displaystyle �}$ (${\displaystyle �=2��}$) dengan satuan radian per detik kerap kali digunakan dalam persamaan karena menyederhanakan persamaan, tetapi besaran ini biasanya diubah ke dalam frekuensi "standar" (satuan Hz) ketika menyatakan frekuensi sistem.

Bila massa dan kekakuan (tetapan k) diketahui frekuensi getaran sistem akan dapat ditentukan menggunakan rumus di atas.

Getaran bebas dengan redaman[sunting | sunting sumber]

Bila peredaman diperhitungkan, berarti gaya peredam juga berlaku pada massa selain gaya yang disebabkan oleh peregangan pegas. Bila bergerak dalam fluida benda akan mendapatkan peredaman karena kekentalan fluida. Gaya akibat kekentalan ini sebanding dengan kecepatan benda. Konstanta akibat kekentalan (viskositas) c ini dinamakan koefisien peredam, dengan satuan N s/m (SI)

${\displaystyle {�}_{�}=-��=-�\dot{�}=-�\frac{��}{��}}$

Dengan menjumlahkan semua gaya yang berlaku pada benda kita mendapatkan persamaan

${\displaystyle �\ddot{�}+�\dot{�}+��=0.}$

Solusi persamaan ini tergantung pada besarnya redaman. Bila redaman cukup kecil, sistem masih akan bergetar, tetapi pada akhirnya akan berhenti. Keadaan ini disebut kurang redam, dan merupakan kasus yang paling mendapatkan perhatian dalam analisis vibrasi. Bila peredaman diperbesar sehingga mencapai titik saat sistem tidak lagi berosilasi, kita mencapai titik redaman kritis. Bila peredaman ditambahkan melewati titik kritis ini sistem disebut dalam keadaan lewat redam.

Nilai koefisien redaman yang diperlukan untuk mencapai titik redaman kritis pada model massa-pegas-peredam adalah:

${\displaystyle {�}_{�}=2\sqrt{��}}$

Untuk mengkarakterisasi jumlah peredaman dalam sistem digunakan nisbah yang dinamakan nisbah redaman. Nisbah ini adalah perbandingan antara peredaman sebenarnya terhadap jumlah peredaman yang diperlukan untuk mencapai titik redaman kritis. Rumus untuk nisbah redaman (${\displaystyle �}$) adalah

${\displaystyle �=\frac{�}{2\sqrt{��}}.}$

Sebagai contoh struktur logam akan memiliki nisbah redaman lebih kecil dari 0,05, sedangkan suspensi otomotif akan berada pada selang 0,2-0,3.

Solusi sistem kurang redam pada model massa-pegas-peredam adalah

${\displaystyle �(�)=�{�}^{-�{�}_{�}�}\cos (\sqrt{1-{�}^2}{�}_{�}�-�),{�}_{�}=2�{�}_{�}}$

Nilai X, amplitudo awal, dan ${\displaystyle �}$, ingsutan fase, ditentukan oleh panjang regangan pegas.

Dari solusi tersebut perlu diperhatikan dua hal: faktor eksponensial dan fungsi cosinus. Faktor eksponensial menentukan seberapa cepat sistem teredam: semakin besar nisbah redaman, semakin cepat sistem teredam ke titik nol. Fungsi kosinus melambangkan osilasi sistem, tetapi frekuensi osilasi berbeda daripada kasus tidak teredam.

Frekuensi dalam hal ini disebut "frekuensi alamiah teredam", f_d, dan terhubung dengan frekuensi alamiah takredam lewat rumus berikut.

${\displaystyle {�}_{�}=\sqrt{1-{�}^2}{�}_{�}}$

Frekuensi alamiah teredam lebih kecil daripada frekuensi alamiah takredam, tetapi untuk banyak kasus praktis nisbah redaman relatif kecil, dan karenanya perbedaan tersebut dapat diabaikan. Karena itu deskripsi teredam dan takredam kerap kali tidak disebutkan ketika menyatakan frekuensi alamiah.