Dr. Getbogi Hikmawan, S.Si., M.Si.

Video ini membahas tentang osilasi harmonik sederhana yang merupakan fenomena gerak bolak-balik yang terjadi pada benda yang mengalami gaya pemulih. Osilasi harmonik dapat digambarkan sebagai fungsi sinusoidal, dengan persamaan simpangan terhadap waktu yang melibatkan amplitude, frekuensi sudut, dan sudut fase. Frekuensi sudut menunjukkan seberapa sering gerak bolak-balik terjadi dalam suatu periode waktu. Selain itu, video juga menjelaskan hubungan antara sisi kinematika dan dinamika dari osilasi harmonik untuk menganalisis sistem gerak yang menghasilkan osilasi harmonik.

Sebelumnya kita telah membahas soal elastisitas dimana elastisitas telah membahas bagaimana sifat suatu bahan kembali ke bentuk asalnya setelah diberi gaya luar.

Lalu kalau kita melihat fenomena ini dimana ketika sebuah slinky diberi gaya dia akan mengalami gerak bolak-balik terhadap suatu titik yang setimbang.

Kita sudah membahas soal pegas pada saat kita membahas tentang energi potensial.

Tapi kita tidak membahas lebih dalam tentang bagaimana pegas ini bergerak.

Tentang bagaimana pegas ketika diberi gaya ke bawah dia akan cenderung mengalami gaya pemulih yang melawan gaya yang diberikan padanya sehingga dia akan mengalami gerak bolak-balik terhadap satu titik setimbang.

Kalau kita perhatikan pada diagram yang diatas ini.

Jika ada suatu benda digantungkan pada suatu pegas dengan konstanta pegas kita ketahui k dan masa bendanya adalah m.

Ketika masa si benda ini kita beri simpangan terjauh x hingga mencapai xm disini.

Maka kita sudah mengetahui bahwa benda tersebut akan mengalami gaya pemulih menurut hukum Hooke yang arahnya selalu berlawanan dengan simpangan.

Setelah benda itu kita lepas di titik simpangan maksimum ini.

Maka karena ada gaya fp ini benda akan bergerak kembali menuju titik setimbang tapi kemudian terus menuju ke titik minus xm dimana simpangannya sama dengan simpangan yang jauh ini.

Saat dia kemudian mencapai titik xm ini artinya pegas ini juga tertekan sejauh simpangan yang sama.

Di titik tersebut dia juga akan mengalami gaya pemulih yang berlawanan arah dari sebelumnya.

Dan begitu seterusnya hingga kemudian dia kembali lagi dan terus menerus mengalami gerak bolak balik terhadap suatu x.

Kalau kita bicara soal kenapa kalau kita lihat diselingki ini bisa dia berhenti karena kalau kita bicara soal pegas yang ideal maka sebenarnya pegas itu akan bertambah panjang secara setara.

Jadi dia akan menyimpan energi dengan baik sehingga setelah ditarik dia akan menyimpan energi yang cukup untuk bisa terus menerus melakukan gerak bolak balik.

Hanya kalau kita bicara tentang pegas atau selingki yang di kehidupan nyata akan selalu ada gaya gesek dan gaya tahan dari si pegas-pegas ini untuk bisa mengurangi energi yang ada.

Jadi lama kelamaan simpangannya akan semakin pendek dan kemudian berhenti.

Tapi kita bicara soal fenomena gerak bolak balik yang terjadi dan dialami oleh selingki yang kita lihat disini.

Kalau misalnya kita bicara soal gerak bolak balik artinya kalau kita plot fungsi simpangan atau posisi bola M terhadap waktu maka kita bisa gambarkan sebagai fungsi sinusoidal.

Misalkan kalau kita bisa bayangkan mula-mula bola berada di titik 0 lalu kemudian menyimpang ke titik XM positif.

Kita ambil titik sebelah kanan itu positif sebagai sumbo X.

Lalu kemudian berbalik karena ada gaya pemulih dari hukum huk sampai ke titik minus XM maksimal lalu kembali lagi menuju XM.

Artinya kita bisa menggambarkan fungsi bolak balik ini sebagai fungsi sinusoidal.

Fenomena gerak bolak balik ini itu dapat kita sebut sebagai suatu fenomena osilasi harmonik.

Dimana osilasi harmonik kalau dari katanya definisinya adalah osilasi itu artinya gerak bolak balik.

Harmonik itu artinya gerak bolak boliknya.

Fungsi simpangannya dapat digambarkan menjadi fungsi sinusoidal baik itu sinus maupun kosinus.

Dan secara khusus yang akan kita pelajari untuk video kali ini atau bab di fisika dasar adalah osilasi harmonik yang sederhana.

Dimana pada osilasi harmonik sederhana maka osilasinya berlaku hukum huk.

Dimana osilasi ini terjadi karena ada gaya pemulih yang dialami oleh benda yang sedang melakukan gerak osilasi.

Karena geraknya adalah fungsi dari osilasi harmonik yang adalah sinusoidal.

Maka secara umum bentuk persamaan gerak atau persamaan simpangan terhadap waktu dari gerak osilasi ini dapat digambarkan dengan persamaan sinusoidal seperti berikut.

Dimana Xt atau simpangan sepanjang waktu akan sama dengan amplitude artinya simpangan maksimumnya.

Sinus atau kosinus ya tergantung dari nanti kita memilih acoannya.

Dalam kurung omega T ditambah dengan V dimana sudut disini atau dalam kurung dari fungsi sinusnya disini menunjukkan sudut fase dari gerak bolak baliknya.

T itu adalah waktu, omega kita sebut sebagai frekuensi sudut dan V disini adalah sudut fase awal atau sudut acuan fase.

Sudut acuan fase ini juga nanti akan berhubungan dengan pemilihan fungsi baik situ sinus atau kosinus.

Karena dari identitas ikonometri kita tahu bahwa sinus dan kosinus itu berhubungan atau punya relasi sebesar 90 derajat.

Artinya sinus dan kosinus itu hanya sekedar kalau kita bisa konversi sinus dan kosinus dengan meninjaunya dengan sudut yang berselisih 90 derajat.

Lalu kalau kita melihat definisi dari frekuensi sudut disini,

kalau kita bicara soal frekuensi dari definisinya frekuensi itu adalah seberapa sering gerak bolak balik itu terjadi dalam suatu periode waktu.

Frekuensi sudut adalah besaran yang mengkonversi periodisasi dari gerak bolak balik yang ada.

Jadi artinya karena fungsinya kita gambarkan dengan sinusoidal,

maka kita perlu variable sudut agar bisa digambarkan oleh fungsi sinusoidal atau kita sebut sebagai sudut fase.

Karena fungsinya adalah fungsi waktu maka perlu besaran yang mengkonversi waktu sebagai periodisasi dari geraknya sebagai sudut yaitu frekuensi sudut.

Frekuensi sudut pada dasarnya itu akan sebanding dengan frekuensi kalau kita bayangkan gerak yang paling sederhana dari gerak bolak balik yaitu gerak rotasi.

Ketika kita mengalami gerak rotasi dengan frekuensi atau periode tertentu maka sebenarnya kita sedang melakukan gerak bolak balik

karena titik awal mula kita bergerak itu bisa kita lalui terus menerus berkali-kali bergantung kepada berapa kali geraknya kita lakukan di gerak melingkar.

Selama ini kalau kita bicara gerak melingkar kan kita nggak bicara soal bahwa geraknya bisa berputar berkali-kali,

perpindahan sudutnya bisa lebih dari 360 derajat dan lain-lainnya.

Artinya kalau kita bicara soal periodisasi dan hubungannya antara omega dengan f serta t atau periode

maka xt atau pada waktu tertentu itu akan berulang setiap satu periode artinya xt akan sama dengan xt plus T besar

periode dimana T itu T waktu yang kita tinjau.

Jika kita tinjau V nya sama dengan 0 maka kita akan dapat persamaan Xm sin omega T sama dengan Xm omega T plus T besar

Artinya omega T ditambah dengan 2 V sebagai satu periode sudut akan sama dengan omega T ditambah omega T besar.

Dari sini kita bisa dapatkan hubungan bahwa omega atau frekuensi sudut akan sama dengan 2 V dibagi dengan T

atau konversinya dengan periode dari gerak bolak-balik.

Nah setelah ini kita akan melihat bagaimana osilasi bolak-balik ini itu punya karakteristik dengan cara melihat sisi kinematika dari osilasi harmonik.

Kalau kita bicara soal sisi kinematikanya artinya kita bicara soal relasi antara posisi atau disini simpangan konteksnya

kecepatan dan percepatan dan tentang bagaimana hubungannya antara sisi kinematika dari osilasi harmonik dengan sisi dinamika dari osilasi harmonik.

Dengan mendapatkan hubungan antara sisi dinamika dan kinematika dari osilasi harmonik kita akan bisa menganalisis sistem gerak yang nantinya menghasilkan osilasi harmonik.

Atau dengan kata lain jika ada gerak lain yang punya sifat yang sama kita bisa simpulkan gerak tersebut akan memiliki sifat osilasi harmonik atau tidak.

Nanti kita akan lihat beberapa contoh di video selanjutnya.