GELOMBANG
Gelombang adalah getaran yang merambat.
Berdasarkan ada tidaknya medium perambatan, terdapat dua jenis gelombang yaitu :
- Gelombang mekanik.
Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium untuk merambat. Contoh, gelombang tali, gelombang permukaan air dan gelombang bunyi.
2. Gelombang elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang merambat tanpa memerlukan medium. Contoh, gelombang cahaya.
Berdasarkan arah getar dan rambatnya, terdapat dua jenis gelombang, yaitu :
- Gelombang longitudinal.
Gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya. Contohnya adalah gelombang bunyi diudara. Bentuk gelombang longitudinal :
Panjang satu gelombang untuk gelombang longitudinal terdiri dari satu rapatan dan satu regangan.
2. Gelombang transversal.
Gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatnya. Contoh gelombang tali.
Panjang gelombang diberi simbol “λ” (dibaca lambda), adalah panjang satu gelombang yang terdiri dari satu bukit dan satu lembah geombang.
Bentuk gelombang transversal :
Panjang gelombang pada gambar diatas adalah jaraka-e, b-f, d-h, c-g, e-i dan g-k.
Sedangkan amplitudo gelombangnya adalah jarak b-b’, d-d’, f-f’, h-h’ dan j-j’.
Pada gambar tersebut terlihat bahwa gelombang transversal berbentuk bukit gelombang dan lembah gelombang yang merambat. Istilah-istilah yang berkaitan dengan gelombang transversal adalah sebagai berikut.
– simpangan : jarak suatu titik gelombang terhadap posisi setimbang.
– puncak gelombang : titik tertinggi pada gelombang
– dasar gelombang : titik terendah pada gelombang
– bukit gelombang : lengkungan yang berada diatas posisi setimbang
– lembah gelombang : lengkungan yang berada dibawah posisi setimbang
– amplitudo : jarak puncak gelombang atau dasar gelombang terhadap posisi setimbang.
- Periode, Frekuensi dan Cepat Rambat Gelombang
- Periode Gelombang
Gelombang juga memerlukan waktu dalam perambatannya. Selang waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang disebut periode. Periode disini sama artinya dengan selang waktu yang diperlukan untuk melakukan suatu getaran. Satuan periode adalah sekon.
Untuk menentukan periode suatu gelombang kita bisa pake persamaan berikut.
- Frekuensi Gelombang
Frekuensi adalah gelombang yang terjadi dalam satu sekon. Satuan frekuensi adalah gelombang per sekon atau hertz (Hertz). Sama seperti getaran, frekuensi gelombang juga memiliki persamaan berikut.
- Cepat Rambat Gelombang
Kecepatan gelombang sering disebut dengan cepat rambat gelombang yang diberi simbol “v“.
Cepat rambat gelombang dapat ditentukan menggunakan persamaan berikut.
Sedangkan untuk menentukan panjang gelombang dapat digunakan persamaan berikut ini.
Pengertian Gelombang Mekanik
Gelombang mekanik ialah sebuah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, yang menyalurkan energi untuk keperluan proses penjalaran sebuah gelombang. Suara adalah salah satu contoh gelombang mekanik yang merambat melalui suatu perubahan tekanan udara dalam ruang (rapat-renggangnya molekul-molekul udara). Tanpa udara, suara tidak dapat dirambatkan. Di pantai bisa dilihat ombak, yang merupakan suatu gelombang mekanik yang memerlukan air sebagai mediumnya. Contoh lain misalnya gelombang pada tali
Gelombang mekanik adalah suatu gelombang yang membutuhkan medium untuk berpindah tempat. Gelombang laut, gelombang tali atau gelombang bunyi termasuk dalam gelombang mekanik. Kita bisa menyaksikan gulungan gelombang laut karena gelombang menggunakan laut sebagai perantara. Kita dapat mendengarkan musik karena gelombang bunyi merambat melalui udara hingga sampai ke telinga kita. Tanpa udara kita tidak akan mendengarkan bunyi. Dalam hal ini udara berperan sebagai medium perambatan bagi gelombang bunyi.
Jenis-Jenis Gelombang Mekanik
Berdasarkan arah rambat dan arah getarnya, gelombang dibedakan menjadi 2 yaitu :
- Gelombang transversal yaitu jenis gelombang yang arah rambatnya tegak lurus dengan arah getarnya. Contoh gelombang jenis ini adalah gelombang pada tali.
- gelombang longitudinal yaitu jenis gelombang yang memiliki arah rambat sejajar dengan arah getarnya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang pada slinky.
Rumus Gelombang Mekanik
Persamaan yang digunakan dalam gelombang adalah sebagai berikut :
Keterangan :
T adalah periode (s)
t adalah waktu (s)
n adalah banyaknya gelombang (kali)
f adalah frekuensi (Hz)
Untuk menentukan cepat rambat gelombang digunakan persamaan ;
Keterangan :
λ adalah panjang gelombang (m)
v adalah cepat rambat gelombang (m/s)
Gelombang cahaya
Interferensi
adalah penjumlahan superposisi dari dua gelombang cahaya atau lebih yang menimbulkan pola gelombang yang baru. Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fasekedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut.
Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan.
Syarat Interferensi Cahaya :
Kedua sumber cahaya harus bersifat kokeren (Kedua sumber cahaya mempunyai beda fase,frekuensi dan amplitude sama)
Thomas Young, seorang ahli fisika membuat dua sumber cahaya dari satu sumber cahaya, yang dijatukan pada dua buah celah sempit.
Satu sumber cahaya, dilewatkan pada dua celah sempit, sehingga cahaya yang melewati kedua celah itu, merupakan dua sumbeer cahaya baru
Hasil interferensi dari dua sinar/cahaya koheren menghasilkan pola terang dan gelap.
Secara matematika rumus untuk mendapatkan pola terang dan gelap Sbb:
S2 dan S3, dua sumber cahaya baru., d = jarak antar dua sumber c
θ= sudut belok, a=l = jarak antara dua sumber terhadap layar
Interferensi maksimum/terang/konstruktif, terjadi bila :
Keterangan :
P=jarak dari terang/gelap ke-m dengan terang pusat (meter)
d=jarak kedua sumber cahaya/celah(meter)
l=jarak antara sumber cahaya dengan layar (meter)
m=bilangan (1,2,3…dst)
l=panjang gelombang (meter, atau Amstrong A0=1.10-10meter)
Interferensi Minimum/Gelap/Destrutip, terjadi jika
Difraksi
Jika sebuah gelombang permukaan air tiba pada suatu celah sempit, maka gelombang ini akan mengalami lenturan/pembelokan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di daerah belakang celah tersebut. Gejala ini disebut difraksiCahaya bila di jatuhkan pada celah sempit /penghalang, akan terjadi peristiwa difraksi
Beberapa Peristiwa Difraksi
- Difraksi Cahaya pada Celah Tunggal
Bila cahaya monokhromatik (satu warna) dijatuhkan pada celah sempit, maka cahaya akan di belokan /dilenturkan seperti gambar berikut
Difraksi pada celah sempit, bila cahaya yang dijatuhkan polikhromatik (cahaya putih\banyak warna), selain akan mengalami peristiwa difraksi, juga akan terjadi peristiwa interferensi, hasil interferensi menghasilkan pola warna pelangi
Gambar peristiwa difraksi pada celah tunggal
Berkas cahaya jatuh pada celah tunggal, seperti pada gambar , akan dibelokan dengan sudut belok θ. Pada layar akan terlihat pola gelap dan terang.Pola gelap dan terang akan terjadi bila mengalami peristiwa interferensi
Rumus, hasil interferensi pada celah tunggal dapat dituliskan Sbb :
Interferensi Maksimum (terjadinya pola terang )
d = lebar celah, θn= sudut belok, n = bilangan asli, λ = panjang gelombang,
l= jarak celah ke layar, p = jarak antara dua terang atau gelap
Interferensi Minimum (terjadi pola gelap)
- Difraksi Cahaya pada Celah Banyak (kisi Difraksi) Kisi/celah banyak, sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari terutama untuk dinding bangunan.
Kisi difraksi yang ada di laboratorium Fisika adalah Kaca yang digores dengan intan, sehingga dapat berfungsi sebagai celah banyak.
Jika seberkas sinar monokromatik jatuh pada kisi difraksi, akan terjadi peristiwa difraksi dan interferensi seperti pada gambar berikut
Skhema, saat berkas sinar jatuh pada kisi difraksi
Disebut kisi difraksi jika jumlah kisi menjadi N buah, pada umumnya:
Ncelah = ~ribuan buah per cm/mm
Hasil difraksi dan Interferensi, akan terlihat pola gelap dan terang pada layar
Rumus Interferensi pada Celah banyak/kisi difraksi kebalikan dari rumus interferensi pada celah tunggal
Interferensi maksimum (terjadi pola terang)
Interferensi Minimum (terjadi pola gelap)
d = konstanta kisi=lebar celah = 1/N (N = banyak celah/goresan), θ= sudut belok=sudut difraksi
n = bilangan asli= orde
λ = panjang gelombang, l= jarak celah ke layar, p = jarak antara dua terang atau gelap
Refraksi
cahaya yang melalui bidang batas antara dua medium, akan mengalami perubahan arah rambat atau pembelokan.
Peristiwa perubahan arah rambat cahaya dapat pada batas dua medium tersebut pada dasarnya disebabkan adanya perbedaan kecepatan merambat cahaya pada satu medium dengan medium yang lain. Peristiwa inilah yang disebut sebagai pembiasan cahaya
Kayu, bila dicelupkan kedalam minuman yang ada di dalam gelas, akan nampak terpatahkan. Peristiwa ini karena pembiasan.
Pelangi adalah salah satu contoh pembiasan. Jika sinar melalui medium udara yang kurang rapat ke medium yang lebih rapat seperti titik-titik air hujan, akan terjadi peristiwa pembiasan. Kenapa warnanya pelangi, karean sinar yang jatuh pada titik2 air hujan polikromatik, sinar putih, warnanya jadi terurai. Terurai karean tiap-tiap warna berbeda indeks biasnya.
Hukum Snellius tentang Pembiasan
- Sinar datang, garis normal dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
- Perbandingan sinus sudut dating dengan sinue sudut bias selalu konstan. Nilai konstanta dinamakan indeks bias(n)
Secara matematika hokum Snelius yang ke dua dapat ditulis sbb:
* n1 dan n2 menyatakan indeks bias medium 1 dan 2
* v1 dan v2 menyatakan kecepatan merambat cahayadalam medium 1 dan 2
Pemantulan Sempurna. Pada sudut kecil boleh dikatakan semua sinar dibiaskan. Ketika sudut bias mencapai 90, seluruh sinar dipantulkan oleh bidang batas. Sudut 90 disebut juga sudut kritis atau sudut batas
Pemantulan sempurna hanya dapat terjadi jika cahaya datang dari zat yang mempunyai kerapatan lebih besar ke zat yang mempunyai kerapatan lebih kecil. Jika ik menyatakan sudut kritis dan nm menyatakan indeks bias medium, maka :
Refleksi
Pemantulan cahaya ada 2 yaitu :
- Pemantulan Difuse ( pemantulan cahaya baur) yaitu : pemantulan cahaya kesegala arah
- Pemantulan cahaya teratur : yaitu pemantulan cahaya yang mempunyai arah teratur
- Bila seberkas cahaya jatuh pada suatu permukaan maka cahaya ada yang dipantulkan oleh permukaan tersebut
- Sifat-sifat pemantulan berkas cahaya itu diselidiki oleh Willebord Snellius(1581-1626). Dari hasil penyelidikan ini dapat dihasilkan suatu hukum yang disebutHukum Pemantulan snellius
Disversi
Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya polikromarik (putih) menjadi cahaya-cahaya monokromatik (merah, jingga, kuning, hijau, biru, dan ungu)
Dsversi cahaya terjadi jika seberkas cahaya polikromatik (cahaya putih) jatuh pada sisi prisma. Cahaya putih tersebut itu akan diuraikan menjadi warna-warna pembentuknya yang disebut spektrum cahaya., seperti gambar diatas.
Mengapa DISPERSI cahaya bisa terjadi ???
Karena cahaya merah mempunyai kecepatan paling besar maka cahaya mengalami deviasi paling kecil. Sedangkan cahaya ungu yang mempunyai kecepatan paling kecil mengalami deviasi paling besar sehingga indeks bias cahaya ungu lebih besar dari pada cahaya merah
Apakah sudut dispersi itu ??
Sudut dispersi adalah sudut yang dibentuk oleh sinar merah dan sinar ungu setelah keluar dari prisma.
Besar sudut dispersi adalah
Bila sudut pembias prisma kecil
Deviasi pada prisma
.Pembiasan oleh kaca Prisma
Polarisasi
Polarisasi adalah peristiwa perubahan arah getar gelombang cahaya yang acak menjadi satu arah getar.
Polarisasi Gelombang menunjukkan arah medan listrik pada suatu titik yang dilewati oleh gelombang tersebut. Jenis polarisasi antena dapat dikategorikan berdasarkan polanya pada BIDANG yang TEGAK LURUS atau normal dengan sumbu propagasi.
► Gelombang yang dapat mengalami polarisasi hanyalah gelombang tranversal yang mempunyai arah getaran tegak lurus dengan arah perambatannya
► Terpolarisasi atau terkutub artinya memiliki satu arah getar tertentu saja, seperti pada gambar berikut :
Simbol Cahaya alami, yang bukan sinar terpolarisasi adalah gambar sbb:
Cahaya terpolarisasi didapatkan dengan cara sbb :
- Polarisasi Karena Pemantulan
Berkas sinar alami (sinar yang belum terpolarisasi) dijatuhkan dari medium udara, ke medium kaca (cermin datar). Dengan sudut datang i = 57o, maka sinar yang dipantulkan sudah terpolarisasi, seperti pada gambar berikut:
- Polarisasi Karena Pemantulan dan Pembiasan
Berkas Sinar alami melalui suatu medium kaca,akan dipantulakna dan dibiaskan. Sinar perpolarisasi bila sudut pantuk dan sudut bias membentuk sudut 90, seperti pada gambar brikut :
Dari peristiwa pemantulan dan pembiasan akan diperoleh Rumus Brewster, Sbb :
- Polarisasi karena penyerapan selektif.
Polarisasi dengan penyerapan selektif diperoleh dengan memasang dua buah polaroid, yaitu
Polarisator dan Analisator. Polarisator berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi,
sedangkan Analisator untuk mengetahui apakah cahaya sudah terpolarisasi atau belum, seperti
pada gambar berikut
Jarak perut ketiga dari titik x = 0 adalah…..
Pembahasan :
Pola diatas adalah pola untuk persamaan gelombang stasioner ujung tetap atau ujung terikat. Untuk mencari jarak perut atau simpul dari ujung ikatnya, tentukan dulu nilai dari panjang gelombang.
Setelah ketemu panjang gelombang, tinggal masukkan rumus untuk mencari perut ke -3 . Lupa rumusnya,..!?! Atau takut kebalik-balik dengan ujung bebas,..!? Ya sudah tak usah pakai rumus, kita pakai gambar saja seperti di bawah:
Posisi perut ketiga P3 dari ujung tetap A adalah satu seperempat panjang gelombang atau (5/4) λ (Satu gelombang = satu bukit – satu lembah), sehingga nilai X adalah :
X = (5/4) λ = (5/4) x 6 cm = 7,5 cm