Tugas Fisika

> Pengertian Gelombang

Gelombang adalah getaran yang merambat melalui medium. Akan tetapi, tidak semua gelombang memerlukan medium perambatan. Gelombang yang memerlukan medium perambatan disebut gelombang mekanik, contohnya; gelombang pada slinki, gelombang permukaan air, dan gelombang bunyi. Gelombang yang tak memerlukan medium perambatan disebut gelombang elektromagnetik, contohnya; gelombang cahaya, gelombang radio, dansinar X. Dengan kata lain gelombang elektromagnet dapat merambat melalui vakum (hampa udara),sedangkan gelombang mekanik tidak .

> Jenis-Jenis Gelombang

   - Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik merupakan gelomba

ng yang membutuhkan medium untuk berpindah tempat. Gelombang laut, gelombang tali atau gelombang bunyi termasuk dalam gelombang mekanik. Kita dapat menyaksikan gulungan gelombang laut karena gelombang menggunakan laut sebagai perantara. Kita bisa 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.

Gelombang mekanik terdiri dari dua jenis, yakni gelombang transversal (transverse wave) dan gelombang longitudinal(longitudinal wave).

  - Gelombang Transversal

Suatu gelombang dapat dikelompokkan menjadi gelombang trasnversal jika partikel-partikel mediumnya bergetar ke atas dan ke bawah dalam arah tegak lurus terhadap gerak gelombang. Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali. Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang. Bentuk gelombang transversal tampak seperti gambar di bawah.

Berdasarkan gambar di atas, tampak bahwa gelombang merambat ke kanan pada bidang horisontal, sedangkan arah getaran naik-turun pada bidang vertikal. Garis putus-putus yang digambarkan di ten

gah sepanjang arah rambat gelombang menyatakan posisi setimbang medium (misalnya tali atau air). Titik tertinggi gelombang disebut puncak sedangkan titik terendah disebutlembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak atau kedalaman maksimum lembah, diukur dari posisi setimbang. Jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada gelombang disebut panjang gelombang (disebut lambda – huruf yunani). Panjang gelombang juga bisa juga dianggap sebagai jarak dari puncak ke puncak atau jarak dari lembah ke lembah.

  - Gelombang Longitudinal

Selain gelombang transversal, terdapat ju

ga gelombang longitudinal. Jika pada gelombang transversal arah getaran medium tegak lurus arah rambatan, maka pada gelombang longitudinal, arah getaran medium sejajar dengan arah rambat gelombang. Jika dirimu bingung dengan penjelasan ini, bayangkanlah getaran sebuah pegas. Perhatikan gambar di bawah

Pada gambar di atas tampak bahwa arah getaran sejajar dengan arah rambatan gelombang. Serangkaian rapatan dan reganganmerambat sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling menjahui. Jika gelombang tranversal memiliki pola berupa puncak dan lembah, maka gelombang longitudinal terdiri dari pola rapatan dan regangan. Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang berurutan. Yang dimaksudkan di sini adalah jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada rapatan atau regangan (lihat contoh pada gambar di atas).

Salah satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara sebagai medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah rambat gelombang udara. Berbeda dengan gelombang air atau gelombang tali, gelombang bunyi tidak bisa kita lihat menggunakan mata.

  - GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat dalam ruang hampa. Disini gelombang electromagnet ini mempunyai beberapa sifat-sifat antara lain sebagai berikut ;

1. a.Gelombang elektromagnettik dapat merambat dalam ruang tanpa medium
2. b.Merupakan gelombang tranversal.
3. c.Tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet  maupun medan listrik.
4. d.Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi).
5. e. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersama, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus.

  > Macam-Macam Gelombang

a. Pemantulan Gelombang (Refleksi Gelombang)

       

gambar:refraksi gelombang.jpg

 

Pemantulan gelombang pada tangki riak, pada pemantulan ini diperoleh gelombang lingkaran yang pusatnya adalah sumber gelombang S. Gelombang pantul yang dihasilkan oleh bidang lurus juga berupa gelombang lingkaran S sebagai pusat lingkaran. Jarak S ke bidang pantul sama dengan jarak s ke bidang pantul.
        Menurut Hukum Snellius, gelombang dating, gelombang pantul, dan garis normal berada pada satu bidang dan sudut dating akan sama dengan sudut pantul, seperti tampak pada gambar berikut:
        Untuk gelombang dua atau tiga dimensi seperti gelombang air, kita mengenal dengan istilah sinar gelombang dan muka gelombang.

Muka Gelombang

            Muka gelombang (Front wave) didefinisikan sebagai tempat kedududkan titik – titik yang memiliki fase yang sama pada gelombang, pada gambar di samping ini menunjukkan lingkaran – lingkaran tersebut merupakan muka gelombang. Jarak antara muka gelombang yang berdekatan sama dengan satu gelombang (λ). Sinar gelombang adalah garis yang ditarik dengan arah tegak lurus terhadap muka gelombang

     Bila gelombang melingkar merambat terus kesegala arah maka pada jarak yang jauh dari sumber gelombang, kita akan melihat muka gelombang yang hamper lurus, seperti halnya gelombang air laut yang sampai dipantai. Muka gelombang yang seperti ini disebut sebagai muka gelombang bidang.

b. Pembiasan Gelombang (Refraksi Gelombang)

           Pada pemantulan gelombang, gelombang yang tiba di batas medium akan dipantulkan ke arah semula. Pada pembiasan, gelombang yang mengenai bidang batas antara dua medium, sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan atau dibiaskan. Gelombang yang dibiaskan ini akan mengalami pembelokan arah dari arah semula tergantung pada mediumnya. 
Pada medium kedua, cepat rambat gelombang mengalami perubahan dan perubahan ini pun tergantung pada mediumnya. Dengan kata lain, pembiasan gelombang adalah pembelokan arah lintasan gelombang etelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda.

gambar:refraksi gelombang1.jpg

     Gambar pembiasan sinar dari udara ke air

    Pada gambar diatas diperlihatkan pembiasan cahaya dari medium udara dengan indeks bias n, ke medium air yang memiliki indeks bias n2. Menurut Hukum Snellius tentang pembiasan:
1. Sinar datang, garis normal, dan sinar bias, terletak pads satu hidang datar.
2. Sinar yang datang dari medium dengan indeks bias kecil ke medium dengan indeks bias yang lebih besar dibiaskan mendekati garis normal, dan sebaliknya.
3. Perbandingan nilai sinus sudut datang (sin i) terhadap sinus sudut bias (sin r) dari satu medium ke medium lainnya selalu tetap. Perbandingan ini disebut sehagai indeks bias relatif suatu medium terhadap medium lain. Secara matematis Hukum Snellius dapat dirumuskansebagai berikut:

n₁ sin⁡ i = n₂ sin⁡ r

atau

n₂ /n₁ = sin⁡ i / sin ⁡r 

    Dengan n1 adalah indeks bias medium pertama, n2 adalah indeks bias medium kedua, I adalah sudut dating, dan r adalah sudut bias. Adapun n21 adalah indeks bias relative medium 2 terhadap medium 1. Indeks bias mutlak didefinisikan sebagai berikut:

    n= c/v

Dengan :
C = laju cahaya di ruang hampa
V = laju cahaya dalam suatu medium
Indeks bias mutlak ruang hampa (n₁ = 1) ke dalam air (n₂), indeks bias n₂ menjadi indeks bias mutlak dan dituliskan sebagai berikut:
n₂= sin⁡ i / sin ⁡r 

        Gambar (a) menunjukkan gelombang air merambat dari satu medium menuju ke medium lain setelah melewati bidang batas antara kedua medium, gelombang tersebut mengalami pembelokan. Pada peristiwa tersebut terjadi perubahan arah rambat gelombang dan panjang gelombang λ2 lebih pendek dari pada λ1.

Gambar (b) menunjukkan adanya perubahan kecepatan gelombang. Gelombang merambat dari medium yang memiliki indeks bias n1 ke medium lain dengan indeks bias n2.

Keterangan :
(a) Perubahan panjang gelombang, λ2 lebih pendek dari pada λ1.
(b) Perubahan kecepatan gelombang, v2 lebih kecil dari pada v1.

Dari kedua gambar tersebut diturunkan persamaan pembiasan gelombang sebagai berikut:

'
'sin⁡i/sin⁡r  = v₁/v₂ = (fλ₁)/(fλ₂ )= λ₁/λ₂ 

Dari satu medium ke medium lainnya, frekuensi gelombang tetap. Jadi yang mengalami perubahan adalah kecepatan dan panjang gelombang

  Pemantulan Sempurna

                 Pemantulan sempurna dapat terjadi jika sinar datang dari medium rapat ke medium kurang rapat (udara), dan sudut dating melampaui sudut kritisnya.
                 Penerapan hukum snellius pada pemantulan sempurna memenuhi persamaan seperti dibawah ini, dengan mengetahui perbandingan indeks bias mutlak n1 dan n2 , sudut kritis cahaya dari suatu medium dapat ditentukan.
                                                   n₂  sin⁡ i_k= n₁ sin⁡ r,dengan r =90⁰  sehingga n₂ sin⁡ i_k = n₁ 

                                                                                     sin i_k= n₁/n₂ 

'

Secara umum sifat – sifat gelombang adalah:
1) Dapat mengalami pemantulan atau refleksi;
2) Dapat mengalami pembiasan atau refraksi;
3) Dapat mengalami superposisi atau interferensi;
4) Dapat mengalami lenturan atau difraksi, dan;
5) Dapat mengalami pengutuban atau polarisasi.

c. Interferensi Gelombang

                                                                                 Keterangan:
        (a) Dua Gelombang Sefase
        (b) Dua gelombang berlawanan fase

                  Dua gelombang disebut .sefase. jika kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi sama dan pada setiap saat yang sama memiliki arah simpangan yang sama pula. Adapun dua gelombang disebut berlawanan fase, jika kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi sama, dan pada setiap seal yang sama memiliki arah simpangan yang berlawanan.
                  Untuk mengamati interterensi dari dua buah gelombang dapat digunakan sebuah tangki rink (ripple tank). Pertemuan kedua gelombang akan mengalami inter¬ferensi..lika pertemunan kedua gelombang saling menguatkan, disebut interf reusi maksimum atau interferensi konstruktif. Peristiwa ini terjadi jika pada titik pertemuan tersebut kedua gelombang sefase. Akan tetapi, jika pertemuan gelombang saling melemahkan, disebut interferensi minimum atau interferensi destruktif. Peristiwa ini terjadi jika pada titik pertemuan tersebut kedua gelombangnya berlawanan fase.

                Jika dua gelombang sefase dan dua gelombang berlawanan fase mengalami interferensi, akan didapatkan seperti gambar dibawah ini:

'

'

Keterangan:
(a) Interferensi maksimum dua gelombang sefase
(b) Interferensi minimum dua gelombang berlawanan fase

d. Difraksi gelombang

Peristiwa difraksi atau lenturan dapat terjadi jika sebuah gelombang melewati sebuah penghalang atau melewati sebuah celah sempit. Pada suatu medium yang serba sama, gelombang akan merambat lurus. Akan tetapi, jika pada medium tersebut gelomhang terhalangi, bentuk dan arah perambatannya dapat berubah.
Perhatikan Gambar diatas. Sebuah gelombang pada permukaan air merambat lurus. Kernudian, gelombang tersebut terhalang oleh sebuah penghalang yang memiliki sebuah celah sempit. Gelombang akan merambat melewati celah sempit tersebut. Celah sempit seolah-olah merupakan sumber gelomhang baru. Oleh karena itu. setelah melewati celah sempit gelombang akan merambat membentuk Imgkaran-lingkaran dengan celah sempit tersebut sebagai pusatnya.

 e. Dispersi Gelombang

Perubahan bentuk gelombang ketika melewati suatu medium disebut disperse gelombang.
Gelombang longitudinal, seperti gelombang bunyi, kecil sekali mengalami disperse atau bahkan tidak sama sekali. Sifat inilah yang digunakan dalam pencitraan dengan mengunakan USG (Ultra Sonografi).
Gelombang cahaya mengalami disperse. Dengan sifat disperse gelombang cahaya pada prisma, kita dapat menentukan lebar spektrum matahari. Misalkan cahaya polikromatik (cahaya matahari) dilewatkan pada prisma dengan indeks bias n2 dalam medium berindeks bias n1, dan sudut pembias β seperti pada gambar dibawah ini.

Besar sudut yang dibentuk antara sinar yang masuk ke prisma dan yang keluar prisma disebutsudut deviasi, yang besarnya dapat ditulis sebagai berikut:

D=i+r'- β

Keterangan:
β = sudut pembias prisma
i = besar sudut cahaya dating ke prisma
r’ = besar sudut cahaya saat meninggalkan prisma

Dengan menggunaka hukum Snellius, kita dapat menghitung sudut deviasi minimum sebagai berikut:

Dm=2i-β

Bila sudut pembias lebih besar dari 150 (β > 150) besar sudut deviasi minimum n1 sin ((Dm+ β))/2= n_2 sin⁡(β/2)
Bila sudut pembias lebih kecil dari 150 (β < 150) maka 

Dm =(n₂/n₁ - 1)β
Keterangan:
n1 = indeks bias medium di sekitar prisma, bila udara n = 1
n2 = indeks bias prisma
Dm = sudut deviasi minimum (derajat)

Sudut Dispersi

Bila cahaya putih (polikromatik) atau cahaya matahari melewati suatu prisma maka cahaya yang keluar dari prisma berupa spektrum cahaya matahari yang terdiri atas warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nilla, dan ungu. Penguraian warna polikromatik menjadi warna monokromatik yang disebabkan oleh perbedaan cepat rambat dari masing – masing warna disebut dengan disperse. Setiap warna cahaya memiliki sududt deviasi minimum masing – masing.
Selisih deviasi warna ungu dengan warna merah disebut sudut dispersi. Jadi, lebar sudut disperse atau lebar spectrum matahari dapat dinyatakan sebagai berikut:

φ= (nμ- 1)β - (nm- 1)β atau
φ= (nμ- nm )β

Dengan:
nµ = indeks bias sinar ungu
nm = indeks bias sinar merah
φ = sudut disperse
β = sudut pembias prisma

f. Polarisasi Gelombang

Gelombang yang hanya merambat pada satu bidang disebut gelombang terpolarisasi linier, sedangkan gelombang yang merambat tidak pada satu bidang disebut gelombang takterpolarisasi.

Keterangan :

'
(a) Gelombang terpolarisasi linier pada arah vertical

(b) Gelombang terpolarisasi linier pada arah horizontal

(c) Gelombang takterpolarisasi

Gelombang cahaya terpolarisasi adalah gelombang cahaya yang getarannya hanya dalam satu bidang, proses untuk mengubah cahaya takterpolarisasi menjadi cahaya terpolarisasi dikenal sebagai polarisasi.