BAB IPENDAHULUAN

A.      Latar Belakang

Gelombang adalah getaran yang merambat, baik melalui medium ataupun tidak melalui medium. Perambatan gelombang ada yang memerlukan medium, seperti gelombang tali melalui tali dan ada pula yang tidak memerlukan medium yang berarti bahwa gelombang tersebut dapat merambat melalui vakum ( hampa udara ) , seperti gelombang listrik magnet dapat merambat dalam vakum. Perambatan gelombang dalam medium tidak diikuti oleh perambatan media, tapi partikel-partikel mediumnya akan bergetar. Perumusan matematika suatu gelombang dapat diturunkan dengan peninjauan penjalaran suatu pulsa. Dilihat dari ketentuan pengulangan bentuk, gelombang dibagi atas gelombang periodik dan gelombang non periodik.

Gelombang mekanik adalah sesuatu yang dapat dibentuk dan dirambatkan dalam zat perantara bahan elastis. Sebagai contoh khusus diantaranya adalah gelombang bunyi dalam gas, dalam zat cair dan dalam zat padat. Gelombang Elektromagnetik perambatan secara transversal antara medan listrik dan medan magnet ke segala arah.

Gelombang didefinisikan sebagai energi getaran yang merambat. Dalam kehidupan sehari-hari banyak orang berfikir bahwa yang merambat dalam gelombang adalah getarannya atau partikelnya, hal ini sedikit tidak benar karena yang merambat dalam gelombang adalah energi yang dipunyai getaran tersebut. Dari sini timbul benarkan medium yang digunakan gelombang tidak ikut merambat? Padahal pada kenyataannya terjadi aliran air di laut yang luas. Menurut aliran air dilaut itu tidak disebabkab oleh gelombang tetapi lebih disebabkan oleh perbedaan suhu pada air laut.

B. Tujuan

1. Menjelaskan pengertian dari gelombang?2. Bagaimana mengetahui gejala-gejala gelombang?

GEJALA GELOMBANG 1

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Gelombang

Gelombang adalah suatu getaran yang merambat, dalam perambatannya gelombang membawa energi. Dengan kata lain, gelombang merupakan getaran yang merambat dan getaran sendiri merupakan sumber gelombang. Jadi, gelombang adalah getaran yang merambat dan gelombang yang bergerak akan merambatkan energi (tenaga). Gelombang juga dapat diartikan sebagai bentuk dari getaran yang merambat pada suatu medium. Pada gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium perantaranya. Satu gelombang dapat dilihat panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah dan bukit (gelombang tranversal) atau menhitung jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan (gelombang longitudinal). Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam waktu satu detik.Gelombang laut merupakan salah satu contoh gelombang yang sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Selain gelombang laut, masih terdapat banyak contoh lainnya. Ketika Anda melempar sebuah batu kecil pada permukaan air yang tenang, akan muncul gelombang yang berbentuk lingkaran dan bergerak ke luar. Contoh lain adalah gelombang yang merambat sepanjang tali yang terentang lurus bila Anda menggerakan tali naik turun. Ketika kita berbicara mengenai gelombang, kita tidak bisa mengabaikan getaran. dapat dilihat ketika kita melempar batu ke dalam genangan air yang tenang, gangguan yang kita berikan menyebabkan partikel air bergetar atau berosilasi terhadap titik setimbangnya. Perambatan getaran pada air menyebabkan adanya gelombang pada genangan air tadi. Jika kita menggetarkan ujung tali yang terentang, maka gelombang akan merambat sepanjang tali tersebut. Gelombang tali dan gelombang air adalah dua contoh umum gelombang yang mudah kita saksikan dalam kehidupan sehari-hari.Ketika kita melihat gelombang pada genangan air, seolah-olah tampak bahwa gelombang tersebut membawa air keluar dari pusat lingkaran. Demikian pula, ketika Kita menyaksikan gelombang laut bergerak ke pantai, mungkin Kita berpikir bahwa gelombang membawa air laut menuju ke pantai. Kenyataannya bukan seperti itu. Sebenarnya yang Kita saksikan adalah setiap partikel air tersebut berosilasi (bergerak naik turun) terhadap titik setimbangnya. Hal ini berarti bahwa gelombang tidak memindahkan air tersebut. Kalau gelombang memindahkan air, maka benda yang terapung juga ikut bepindah. Jadi, air hanya berfungsi sebagai medium bagi gelombang untuk merambat. Misalnya ketika Kita mandi di air laut, kita akan merasa terhempas ketika diterpa gelombang laut. Hal ini terjadi karena setiap gelombang selalu membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Ketika mandi di laut, tubuh kita terhempas ketika diterpa gelombang laut karena terdapat energi pada gelombang laut. Energi yang terdapat pada gelombang laut bisa bersumber dari angin dan lainnya.

GEJALA GELOMBANG 2

B. Gejala Gelombang

1. Pemantulan Gelombang

Pada peristiwa pemantulan gelombang akan berlaku hukum pemantulan gelombang yaitu sudut pantul sama dengan sudut datang. Artinya, ketika berkas gelombang datang membentuk sudut terhadap garis normal (garis yang tegak lurus permukaan pantul), maka berkas yang dipantulkan akan membentuk sudut terhadap garis normal.Jika gelombang melalui suatu rintangan atau hambatan, misalnya benda padat, maka gelombang tersebut akan dipantulkan. Pemantulan ini merupakan salah satu sifat dari gelombang.

Berikut ini adalah contoh pemantulan pada gelombang tali

Pemantulan ujung terikat dan Pemantulan ujung bebas

Pemantulan gelombang pada ujung tetap akan mengalami perubahan bentuk atau fase. Akan tetapi pemantulan gelombang pada ujung bebas tidak mengubah bentuk atau fasenya.

Contoh Soal :

1. Dalam 1 sekon dihasilkan gelombang seperti gambar di bawah ini

a. berapakah frekuensi gelombang tersebut?

b. Bila jarak PQ = 2 cm, maka berapakah ?

Penyelesaian :

Menurut gambar, gelombang yang terjadi sebanyak 2 gelombang. Berarti, f = 2 gelombang / sekon atau f = 2 Hz.

Pada gambar terjadi 2 gelombang ( 2λ ). Jadi 2 λ= 2 cm atau λ= 1 cm.

GEJALA GELOMBANG 3

2. Seutas tali yang panjangnya 8 m direntangkan lalu digetarkan. Selama 2 sekon terjadi gelombang seperti pada gambar berikut! Tentukan λ, f, T, dan v.

Penyelesaian :

Dari gambar terjadi gelombang sebanyak 4 λ.

Berarti : 4λ= 8 m sehingga λ = 8/4 = 2 m

Selama 2 sekon terjadi 4 λ atau selama 1 sekon terjadi 2λ

Jadi, f = 2 gelombang / sekon atau f = 2 Hz

T = 1/f = ½ sekon sehingga v =λf = 2 m x 2 Hz = 4 m s-1

2. Pembiasan

Pembiasan atau refraksi adalah peristiwa pembelokan arah perambatan suatu gelombang.  Hal ini dapat terjadi jika gelombang tersebut melewati bidang batas dua medium yang memiliki indeks bias yang berbeda.  Indeks bias menyatakan kerapatan suatu medium.  Misalnya cahaya merambat dari udara ke air sehingga arah perambatannya akan mengalami pembelokan.

Pada gambar di bawah ini adalah seberkas cahaya yang jatuh pada permukaan batas dua medium 1 dan medium 2.  Sebagian lagi dipantulkan oleh permukaan dan sebagian lagi dibelokkan (dibiaskan, direfraksikan) masuk ke dalam medium 2.  Berkas gelombang datang digambarkan dengan garis lurus, sinar datang sejajar dengan arah perambatan

GEJALA GELOMBANG 4

Berkas datang pada gambar dianggap gelombang datar dengan muka gelombangnya tegak lurus dengan sinar  datang. Sudut datang Ɵ1 dan sudut refleksi  Ɵ1’ dan sudut refraksi Ɵ2

diukur dari garis normal bidang batas ke sinar yang bersangkutan.Berdasarkan Hukum Snellius tentang pemantulan dan pembiasan:1.  Sinar yang dipantulkan dan dibiaskan terletak pada satu bidang yang dibentuk oleh sinar datang dan garis normal didang batas di titik datang2.  Untuk pemantulan berlaku: sudut datang = sudut pantulƟ1=Ɵ1

3.  Sinar yang datang dari medium dengan indeks bias kecil ke indeks bias yang lebih besar dibiaskan mendekati garis normal dan sebaliknya.4.  Untuk pembiasan berlaku: Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias berharga konstan

n21 adalah konstanta yang disebut indeks bias relatif dari medium 2 terhadap medium 1.Pernyataan 1 dan 2 dinamakan hukum pemantulan Snellius, sedangkan pernyataan 1, 3, dan 4 dinamakan hukum pembiasan Snellius. Hukum pembiasan dapat ditulis jika sudut datang dan sudut bias kecil sehingga sin Ɵ ≈ Ɵ (dalam radian), Sedangkan  indeks bias mutlak suatu medium didefinisikan sebagai berikut, Denganc = laju cahaya di ruang hampav= laju cahaya dalam suatu medium.

Contoh Penurunan Persamaan umum pembiasan gelombang : Sebuah gelombang lurus datang pada bidang batas antara dua medium dengan sudut datang

30o. Jika indeks bias medium 2 relatif terhadap medium 1 adalah ½ , berapa sudut biasnya? Penyelesaian:Diketahui :Sudut datang i = 30o

Indeks bias  n= = ½

GEJALA GELOMBANG 5

Ditanya :  r= ....?Jawab:Dengan menggunakan persamaan n1 sinq1 = n2 sinq2, maka diperoleh:

sinθ1 = sinθ2

sin 30o =½ sin r½   = ½  sin r

Sin r = , atau  r = 45o.

3. Interferensi

Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu gelombang baru. Jika kedua gelombang yang terpadu sefase, maka terjadi interferensi konstruktif (saling menguatkan). Gelombang resultan memiliki amplitudo maksimum.Jika kedua gelombang yang terpadu berlawanan fase, maka terjadi interferensi destruktif (saling melemahkan). Gelombang resultan memiliki amplitudo nol. Setiap orang dengan menggunakan sebuah baskom air dapat melihat bagaimana interferensi antara dua gelombang permukaan air dapat menghasilkan pola-pola bervariasi yang dapat dilihat dengan jelas. Dua orang yang bersenandung dengan nada-nada dasar yang frekuensinya berbeda sedikit akan mendengar layangan (penguatan dan pelemahan bunyi) sebagai hasi interferensi. Warna-warni pelangi menunjukkan bahwa sinar matahari adalah gabungan dari berbagai macam warna dari spektrum kasat mata. Di lain fihak, warna pada gelombang sabun, lapisan minyak, warna bulu burung merah, dan burung kalibri bukan disebabkan oleh pembiasan. Hal ini terjadi karena interferensi konstruktif dan destruktif dari sinar yang dipantulkan oleh suatu lapisan tipis. Adanya gejala interferensi ini bukti yang paling menyakinkan bahwa cahaya itu adalah gelombang. Interferensi cahaya bisa terjadi jika ada dua atau lebih berkas sinar yang bergabung. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar, maka interferensinya sulit diamati. Interferensi cahaya sulit diamati karena dua alasan:(1)   Panjang gelombang cahaya sangat pendek, kira-kira 1% dari lebar rambut.(2) Setiap sumber alamiah cahaya memancarkan gelombang cahaya yang fasenya sembarang (random) sehingga interferensi yang terjadi hanya dalam waktu sangat singkat.Jadi, interferensi cahaya tidaklah senyata seperti interferensi pada gelombang air atau gelombang bunyi. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat berikut ini:(1)   Kedua gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bahwa kedua gelombang cahaya harus memiliki beda fase yang selalu tetap, oleh sebab itu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama.(2)   Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitude yang hampir sama.Terjadi dan tidak terjadinya interferensi dapat digambarkan seperti pada Gambar 2.3.

GEJALA GELOMBANG 6

Gambar 2.3. (a) tidak terjadi interferensi, (b) terjadi interferensi

Untuk menghasilkan pasangan sumber cahaya kohern sehingga dapat menghasilkan pola interferensi adalah :(1)    sinari dua (atau lebih) celah sempit dengan cahaya yang berasal dari celah tunggal (satu celah). Hal ini dilakukan oleh Thomas Young.(2)    dapatkan sumber-sumber kohern maya dari sebuah sumber cahaya dengan pemantulan saja. Hal ini dilakukian oleh Fresnel. Hal ini juga terjadi pada pemantulan dan pembiasan (pada interferensi lapisan tipis).(3)    Gunakan sinar laser sebagai penghasil sinar laser sebagai penghasil cahaya kohern.

Contoh soal interferensi :

Cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 5000 A melewati celah ganda yang terpisah pada jarak 2 mm. Jika jarak celah layar 1 meter, tentukanlah jarak terang pusat dengan garis terang orde ketiga pada layar. Penyelesaian:Diketahui: d = 2 mm; l = 1 meter = 1 ´ 103 mm; λ = 5000 A = 5 ´ 10-4 mm; m = 3

Jika kedua gelombang cahaya dari sumber S1 dan S2 yang sampai pada layar berlawanan fase (berbeda sudut fase 180°),  maka pada layar akan terjadi interferensi minimum atau garis-garis gelap. Untuk mendapatkan beda fase sebesar 180°, beda lintasan harus merupakan kelipatan bilangan ganjil dari setengah panjang gelombang, yaitu

.......................................2.6dengan m = 1, 2, 3, 4, … Berdasarkan persamaan (2.6) dan (2.4) maka diperoleh interferensi minimum yang memnuhi persamaan berikut.

=   (m- ½ )λ                       2.7

GEJALA GELOMBANG 7

4. Difraksi Difraksi gelombang adalah peristiwa pembelokan gelombang ketika melewati celah sempit atau penghalang.

Di dalam suatu medium yang sama, gelombang merambat lurus. Oleh karena itu, gelombang lurus akan merambat ke seluruh medium dalam bentuk gelombang lurus juga. Hal ini tidak berlaku bila pada medium diberi penghalang atau rintangan berupa celah. Untuk ukuran celah yang tepat,

gelombang yang datang dapat melentur setelah melalui celah tersebut. Lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah dinamakan difraksi gelombang.Jika penghalang celah yang diberikan oleh lebar, maka difraksi tidak begitu jelas terlihat. Muka

gelombang yang melalui celah hanya melentur di bagian tepi celah, Jika penghalang celah sempit, yaitu berukuran dekat dengan orde panjang gelombang, maka difraksi gelombang sangat jelas. Celah bertindak sebagai sumber gelombang berupa titik, dan muka gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk lingkaran-lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya.

Contoh Soal Difraksi pada Kisi :

Sebuah kisi memiliki 10.000 celah per cm. Pada kisi dilewatkan cahaya tegaklurus dengan panjang gelombang l. Garis terang difraksi maksimum orde pertama membentuk sudut 30o

terhadap garis normal. Tentukanlah l.Penyelesaian:

Diketahui:  =10-4 cm, sin 30o = ½, m=1.Ditanya : l = ….?Jawab:Berdasarkan hubungan d sinq = ml, diperoleh:(10-4 cm)(1/2) = (1) λJadi, λ=0,5 × 10-4 cm = 5000 Å

GEJALA GELOMBANG 8

5. Superposisi dua gelombang

Superposisi Dua Gelombang Apabila dua gelombang atau lebih merambat pada medium yang sama. Maka, gelombang-gelombang tersebut akan datang di suatu titik pada saat yang sama sehingga terjadilah superposisi gelombang. Artinya, simpangan gelombang-gelombang tersebut di tiap titik dapat dijumlahkan sehingga akan menghasilkan sebuah gelombang baru. Jika dua atau beberapa buah gelombang melewati sebuah medium maka persamaan gelombang resultannya adalah jumlahan dari persamaan gelombang-gelombang tersebut disebut sebagai superposisi gelombang. Hasil superposisi dua gelombang atau lebih akan menghasilkan interferensi konstruktif (positif) atau interferensi destruktif (negatif).

y = y1 + y2

contoh soal :

Gelombang y1 = 2 sin p (8x - 100t) bersuperposisi dengan gelombang y2 = 2 sin p (8x + 100t).

Carilah:

a) persamaan simpangan hasil interferensi;

b) Amplitudo gelombang resultan.

Jawab :

a) y superposisi

y superposisi = y1 + y2

= 2 sin p (8x - 100t) + 2 sin p (8x + 100t)

= 2 sin (8px - 100pt) + 2 sin (8px + 100pt)

Dari persamaan trigonometri:

1 Sin (A + B) = Sin A Cos B + Cos A Sin B

1 Sin (A - B) = Sin A Cos B - Cos A Sin B

GEJALA GELOMBANG 9

Kita misalkan: A = 8px dan B = 100pt , maka:

y superposisi = 2 Sin (A - B) + 2 Sin (A + B)

y superposisi = 2 ( sin (A - B) + Sin (A + B) )

Superposisi dua gelombang

= 2 ( (Sin A Cos B - Cos A Sin B) + (Sin A Cos B + Cos A Sin B) )

= 2 ( Sin A Cos B - Cos A Sin B + Sin A Cos B + Cos A Sin B )

= 2 ( Sin A Cos B + Sin A Cos B - Cos A Sin B + Cos A Sin B)

= 2 ( 2 Sin A Cos B )

= 4 Sin A Cos B

= 4 Sin 8px Cos 100pt

Jadi persamaan gelombang superposisinya adalah:

y superposisi = 4 Sin 8px Cos 100pt

GEJALA GELOMBANG 10

6. Polarisasi cahaya atau polarisasi optik

Salah satu sifat cahaya yang bergerak secara osillasi dan menuju arah tertentu. Karena cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, maka cahaya ini mempunyai medan listrik, E dan juga merupakan medan magnet, H yang keduanya saling beroscilasi dan saling tegak lurus satu sama lain, serta tegak lurus terhadap arah rambatan (lihat gambar). Cahaya juga dikategorikan sebagai gelombang transversal; yang berarti bahwa cahaya merambat tegak lurus terhadap arah osilasinya. Adapun syaratnya adalah bahwa gelombang tersebut mempunyai arah osilasi tegak lurus terhadap bidang rambatannya. Gelombang bunyi, berbeda dengan gelombang cahaya, tidak dapat terpolarisasi sehingga dia bukan gelombang transversal. Suatu cahaya dikatakan terpolarisasi apabila cahaya itu bergerak merambat ke arah tertentu. Arah polarisasi gelombang ini dicirikan oleh arah vektor bidang medan listrik gelombang tersebut serta arah vektor bidang medan magnetnya.

Beberapa macam / jenis polarisasi: polarisasi linear, polarisasi melingkar, polarisasi ellips. Gelombang dengan polarisasi melingkar dan polarisasi ellips dapat diuraikan menjadi 2 gelombang dengan polarisasi tegak lurus. Polarisasi linear terjadi ketika cahaya merambat hanya dengan satu arah yang tegak lurus terhadap arah rambatan atau bidang medan listriknya.

Contoh Soal Polarisasi dengan Penyerapan Selektif :

Seberkas cahaya alamiah dilewatkan pada dua keping kaca polaroid yang arah polarisasi satu sama lain membentuk sudut 60°. Jika intensitas cahaya alamiahnya 100 Wcm-2, tentukanlah intensitas cahaya yang telah melewati cahaya polaroid itu.

Penyelesaian:

Dengan menggunakan persamaan (2.19) diperoleh

Jadi, intensitas cahaya yang dilewatkan 12,5 Wcm-2

GEJALA GELOMBANG 11

BAB IIIPENUTUP

A. Kesimpulan

1. Gelombang didefinisikan sebagai energi getaran yang merambat. Dalam kehidupan sehari-hari banyak orang berfikir bahwa yang merambat dalam gelombang adalah getarannya atau partikelnya, hal ini sedikit tidak benar karena yang merambat dalam gelombang adalah energi yang dipunyai getaran tersebut.

2. Gejala Gelombang

Gejala gelombang dapat dibagi mengadi beberapa bagian adalah sebagai berukut :

1. Pemantulan gelombang, yaitu sudut pantul sama dengan sudut datang.2. Pembiasan gelombang adalah pembelokan arah muka gelombang ketika masuk dari satu medium ke medium lainnya.3. Interferensi gelombang adalah perpaduan atau superposisi gelombang ketika dua gelombang atau lebih tiba di tempat yang sama pada saat yang sama.4. Difraksi gelombang adalah peristiwa pembelokan gelombang ketika melewati celah sempit atau penghalang5. Superposisi Dua Gelombang adalah simpangan gelombang-gelombang tersebut di tiap titik dapat dijumlahkan sehingga akan menghasilkan sebuah gelombang baru.6. Polarisasi cahaya atau polarisasi optik adalah salah satu sifat cahaya yang bergerak secara osillasi dan menuju arah tertentu.

GEJALA GELOMBANG 12