Secara umum sifat-sifat gelombang adalah sebagai beri-kut.
a. Gelombang dapat mengalami pemantulan (refleksi) b. Gelombang dapat mengalami pembiasan (refraksi) c. Gelombang dapat mengalami pemantulan
(interfer-ensi)
d. Gelombang dapat mengalami pemantulan (difraksi) e. Gelombang dapat mengalami pemantulan
(polari-sasi)
a. Pematulan dan Pembiasan Gelombang
1) Pemantulan Gelombang
Coba Anda perhatikan sebuah tangki riak. Tangki riak adalah sebuah tangki berisi air yang diberikan usiakn atau gangguan sehingga akan menimbulkan riak gelom-bang yang merambat ke dinding tangki. Riak gelomgelom-bang yang timbul kemudian dipantulkan kembali oleh dinding tangki.
Gelombang datang pada tangki riak berupa gelombang lingkaran dengan sudut pusat adalah sumber gelombang S. Gelombang pantul yang dihasilkan oleh bidang lurus juga berupa gelombang lingkaran dengan S’ sebagai pusat lingkaran. Jarak S ke bidang pantul dengan jarak S’ ke
Gambar 1.25
Gelombang tali terpolarisasi linear.
arah getar
A O
Gambar 1.26
Pemantulan gelombang pada tangkai riak.
2) Pembiasan Gelombang
Masih ingatkah Anda mengenai pembiasan? Pembelokkan arah perambatan gelombang dapat terjadi jika gelombang tersebut melewati bidang dua medium yang memiliki indeks bias yang berbeda. Contohnya gelombang cahaya yang merambat dari udara ke air akan mengalami pembe-lokkan. Pembelokkan arah perambatan gelombang disebut pembiasan gelombang.
Menurut Hukum Snellius tentang pembiasan menyatakan sebagai berikut.
a) Sinar datang, garis normal, dan sinar bias, terletak pada satu bidang datar.
b) Sinar yang datang dari medium dengan indeks bias kecil ke medium dengan indeks bias yang lebih besar dibiaskan mendekati garis normal dan sebaliknya. c) Perbandingan sinus sudut (sin i) terhadap sinus sudut
bias (sin r) dari satu medium ke medium lainnya selalu tetap.Perbandingan ini disebut sebagai indeks bias relatif suatu medium terhadap medium lain.
Hukum Snellius dapat ditulis persamaannya sebagai
S
S’
Menurut Hukum Snellius, gelombang datang, gelom-bang pantul, dan garis normal berada pada satu bidang dan sudut datang akan sama dengan sudut pantul.
Gelombang datang
Gelombang pantul
Garis normal Garis normal
Garis da-tang r i r i Gambar 1.27 S = sumber gambar S’ = bayangan sumber gelom-bang
Gambar 1.28 Pemantulan gelombang cahaya. Sudut datang i sama dengan sudut pantul.
dengan n1 adalah indeks bias medium pertama, n2 adalah indeks bias medium kedua, i adalah sudut datang, dan r adalah sudut bias.
Indeks bias mutlak suatu medium didefinsikan sebagai berikut.
dengan:
c = laju cahaya di ruang hampa v = laju cahaya dalam suatu medium
Indeks bias relatif suatu medium (n2) terhadap medium lainnya (n1) didefinisikan sebagai perbandingan tetap antara sinus sudut datang terhadapsinus sudut bias pada peralihan cahaya dari medium 1 (n1) ke medium 2 (n2).
dengan n21 didefinisikan sebagai indeks bias medium (2) relatif terhadap indeks bias medium (1).Apabila cahaya datang dari ruang hampa (n1 = 1) ke dalam air (n2), indeks bias n2 menjadi indeks mutlak dan dapat ditulis persamaan-nya sebagai berikut.
Pada peristiwa pembiasan juga mengalami perbedaan panjang gelombang. Persamaannya dapat diturunkan se-bagai berikut. Udara n1 air n2 i r Gambar 1.29
Pembiasan gelombang dari udara ke air.
Dari medium satu ke medium lainnya, frekuensi gelombang tetap. Jadi, yang mengalami perubahan adalah kecepatan dan panjang gelombang.
b. Interferensi Gelombang
Dua gelombang disebut sefase apabila kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi sama dan pada setiap saat yang sama memiliki arah simpangan yang sama pula. Adapun dua gelombang disebut berlawanan fase apabila kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi sama dan pada setiap saat yang sama memiliki arah simpangan yang berlawanan.
Untuk mengamati peristiwa intefrenesi dua gelombang dapat digunakan tangki riak.
Dalam sebuah tangki yang berisi air digetarkan dua gelombang permukaan. Kedua gelombang tersebut akan merambat sehingga satu sama lain akan bertemu. Pertemuankedua gelombang tersebut akan mengalami interferensi. Jika pertemuan kedua gelombang tersebut saling menguatkan disebut interferensi 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. Peris-tiwa ini terjadi jika pada titik pertemuan tersebut kedua gelombangnya berlawanan fase.
Gambar 1.30 Interferensi gelombang pada
tali riak.
Gambar 1.31 a. Dua gelombang sefase b.Dua gelombang berlawanan
b a
(a) interferensi maksimum (b) interferensi minimum
c. 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 itu gelombang terhalangi, bentuk dan arah per-ambatannya dapat berubah.
Perhatikan gambar berikut!
Sebuah gelombang pada permukaan air merambat lurus. Lalu, gelombang tersebut terhalang oleh sebuah penghalang yang memiliki sebuah celah sempit. Gelom-bang akan merambat melewati celah sempit tersebut. Celah sempit seolah-olah merupakan sumber gelombang baru. Oleh karena itu, setelah melewati celah sempit gelombang akan merambat membentuk lingkaran-lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya.
d. Dispersi Cahaya
Jika cahaya merah atau cahaya monokromatik yang
Gambar 1.32
Interferensi gelombang pada tali riak
b a
di titik Q simpangan resultan selalu di titik O bergetar kuat
ceah sempit gelombang datang
Gambar1.33
Gelombang permukaan air-mengalamidifraksi oleh celah sempit.
Selain mengalami deviasi atau pembelokan, cahaya polikromatik juga terurai menjadi komponen-komponen warna cahaya. Komponen warna tersebut adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Peristiwa pen-guraian warna cahaya menjadi komponen-komponennya disebut dispersi cahaya.
Ketika melewati prisma, frekuensi gelombang tidak berubah. Besaran yang berubah adalah kecepatan dan panjang gelombang. Alat yang digunakan untuk mengu-kur panjang gelombang cahaya disebut spektroskop atau spektrometer. Panjang gelombang cahaya akan berbeda untuk setiap warna berbeda. Cahaya warna merah memiliki panjang gelombang terbesar dan cahaya ungu memiliki panjang gelombang terkecil, sedangkan warna-warna Gambar 1.34
Seberkas cahaya me-rah (monokromatik) melewati
prisma segitiga.
Gambar 5.35 Seberkas cahaya polikroma-tik dilensakan pada prisma
segitiga.
dilewatkan pada sebuah prisma akan menghasilkan cahaya monokromatik yaitu warna merah lagi.Demikian juga jika pda sebuah prisma dilewatkan cahaya monokromatik lainnya, misalnya cahaya biru, pada keluaran prisma akan manghasilkan monokromatik biru.
Sekarang Anda coba lewatkan cahaya poikromatik (cahaya puith) yaitu cahaya yang terdiri atas berbagai macam warna cahaya pada sebuah prisma. Apa yang ter-jadi? Tentunya Anda akan mendapatkan peristiwa yang berbeda.
Panjang gelombang suatu warna cahaya tertentu terhadap medium yang dilaluinya memiliki persamaan sebagai berikut.
dengan adalah panjang gelombang cahaya ketika melalui medium dengan indeks bias n, sedangkan adalah panjang gelombang cahaya di udara. Oleh karena
, panjang gelombang cahaya dalam suatu medium selalu lebih kecil daripada panjang gelombangnya di udara dan untuk n = 1, = . Jadi, dari persamaan di atas diperoleh panjang gelombang suatu warna cahaya berbanding terbalik dengan indeks bias suatu medium terhadap cahaya tersebut.
Cahaya meraha memiliki sudut deviasi terkecil dan cahaya ungu memiliki sudut deviasi terbesar.
Deviasi ungu:
Deviasi merah:
Dengan nu dan nm adalah indeks bias prisma untuk warna ungu dan merah. Oleh karena indeks bias ungu lebih besar daripada indeks bias merah, pembelokan atau penyimpangan cahaya ungu lebih besar daripada cahaya merah.
Dengan kata lain diperoleh lebih besar daripada . Selisih sudut deviasi warna ungu dan sudut deviasi warna merah disebut sudut dispersi ( ).
Persamaan sudut dispersi sebagai berikut.
dengan:
J = sudut dispersi antara ungu dan merah
u
D = deviasi ungu
m
D = deviasi merah
Subtitusikan persamaan deviasi ungu dan merah dapat diperoleh sebagai berikut.
Jika dua prisma segitiga digabungkan dengan mene-patkan sudut puncaknya berseberangan, cahaya akanke-luar dari prismatanpa mengalami dispersi. Susunan dua prisma yang tidak mengalami dispersi disebut prisma akromatik.
Susunan prisma akromatik diperoleh jiak dispersi oleh prisma (1) sama dengan dispersi prisma (2) sehingga kedua dispersi tersebut saling meniadakan. Secara matematis persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.
e. Efek Doppler
Perhatikan gambar berikut ini.
Akan tampak, bentuk gelombang di bagian kanan,
lebih rapat dibandingkan dengan bentuk gelombang di bagian kiri. Hal ini menunjukkan, frekuensi gelombang yang searah dengan arah gerak alat getar menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan frekuensi frekuensi gelom-bang yang dijauhi oleh alat getar. Peristiwa perbedaan
b a
Gambar 1.36 Peramabatan gelombang pada
permukaan air pada saat a. sumber getar tidak bergerak;
b. sumer getar bergerakke kanan.
Fenomena perubahan frekuensi karena pengaruh gerak relatif antara sumber bunyi dan pendengar, untuk pertama kalinya diamati oleh Christian Doppler (1803-1853), seorang ahli fisika berkebangsaan Austria.
Jika sumber bunyi diam terhadap pengamat maka frekuensi yang terdengar oelh pengamat sama dengan frekuensi yang dipancarkan oleh sumber bunyi. Hal ini tidak bergantung pada apakah pengamatnya dekat dengan sumber ataupun cukup jauh, asalkan bunyi tersebut masih dapat terdengar.Jika sumber bunyi atau pengamat bergerak atau kedua-duanya bergerak, pengamat akan mendengar frekuensi yang berbeda dengan yang dipancarkan oleh sumber bunyi. Jika sumber bunyi bergerak mendekati Anda, Anda akan mendengar bunyi yang frekuensinya lebih tinggi.Jika sumber bunyi menjauh maka anda akan mendengar bunyi yang frekuensinya lebih rendah dari frekuensi yang dihasilkan oleh sumber bunyi.
1) Sumber Bunyi Bergerak dan Pengamat Diam
Perhatikan gambar berikut.
Seorang pengamat (p) berada di sebelah kanan sumber. Apabila sumber bunyi s tidak bergerak terhadap p, lingkaran puncak gelombang akan simetris berpusat di s. Ketika sumber bunyi s bergerak ke kanan mendekati pengamat p, lingkaran puncak gelombang di kanan menjadi lebih rapat, sedangkan yang di sebelah kiri menjadi lebih renggang.
Perbedaan panjang geombang yang terbentuk menjadi persamaan berikut ini.
Gambar 1.37
Pengamat diam sumber bunyi s dari pengamat dengan kece-patan vs.
dan
Jika sumber bunyi memancarkan gelombang bunyi dengan
frekuensi fs, Oleh karena pengaruh gerak sumber bunyi ke kanan mendekati pengamat p, panjang gelombang yang diterima p adalah
Frekuensi yang didengar oleh pengamat akan menjadi
Jadi, frekuensi yang didengar pengamat akan menjadi
Jika sumber bunyi menjauhi pengamat maka persamaan yang akan diperoleh menjadi
Frekuensi yang didengar oleh pengamat akan menjadi
Jadi, frekuensi yang didengar pengamat akan menjadi
Secara umum, untuk sumber bunyi bergerak relatif terh-adap pengamat yang diam akan berlaku persamaan
dengan: s f
= frekuensi sumber bunyi p
f
= frekuensi yang didengar oleh pengamat v = kecepatan bunyi di udara ( 340 m/s)
s v
= kecepatan sumber bunyi
2) Sumber Bunyi Diam dan Pengamat Bergerak
Jika pengamat p tidak bergerak terhadap sumber bu-nyi s yang diam, dalam selang waktu t pengamat akan
menerima getaran sebanyak dengan v adalah cepat rambat gelombang bunyi dan L adalah panjang
gelombang bunyi.Ketika pengamat p bergerak mendekati sumber bunyi s dengan kecepatan vp, banyaknya getaran yang diterima oleh pengamat dalam waktu t menjadi lebih banyak sebesar
Frekuensi yang diterima pengamat
Frekuensi yang didengar oleh pengamat adalah
Gambar 1.38
Sumber bunyi s diam penga-mat p mendekati sumber bunyi dengan kecepatan vp.
Persamaan ini berlaku untuk sumber bunyi s diam dan pengamat p mendekati sumber bunyi.
Jika pengamat p bergerak dengan kecepatan vp men-jauhi sumber bunyi s dalam waktu t banyaknya getaran yang diterima pengamat akan menjadi
Frekuensi yang didengar oleh pengamat akan menjadi
Secara umum, sumber bunyi diam, tetapi pengamat bergerak terhadap sumber bunyi, frekuensi yang didengar oleh pengamat akan menjadi
3) Sumber Bunyi dan Pengamat Bergerak
a) Jika pengamat diam dan suber bunyi diam, fp = fs b) Jika salah satu dari pengamat atau sumber bunyi
mendekati, fp > fs.
c) Jika salah satu dari pengamat atau sumber bunyi men-jauhi, fp < fs.
Persamaan umum Efek Doppler adalah sebagai berikut.
dengan: p f
= frekuensi yang didengar oleh pengamat (Hz) s
f
= frekuensi dari sumber bunyi (Hz)
v = kecepatan gelombang bunyi di udara (m/s) s
v
= kecepatan gerak sumber bunyi (m/s) p
v
= kecepatan gerak pengamat (m/s)
Christian Huygen (1629-1695) Nama lengkapnya adalah Christian Hygens (1629-1695), Huygen terlahir sebagai seorang pakar matematika, fisika, dan pen-emu yang menciptakan jam bandul pertma. Dia juga yang menemukan cincin-cincin di sekeliling planet Saturnus. Dalam bukunya yang berjudul “Traite de la lumie’re”, yang diterbitkan pada 1690, ia menolak teori partikel caha-ya. Ia menyimpulkan bahwa cahaya bergetar begitu cepat, tentu cahaya itu lebih tepat dikatakan terdiri atas gelombang, bukan partikel. Dalam “Prinsip Huygens”, ia menunjukkan bahwa setiap titik yang ada pada sebuah gelombang yang dianggap menghasilkan gelombang-gelombang kecil (wavelets) yang bergabung bersama untuk membentuk sebuah garis batas gelombang (wave-front).
Sumber: Scienceworld wolfram.com
Fisikawan Kita
Gambar 1.39
Percobaan Cermin Fresnel Cara menentukan tanda (+) dan tanda (−) yaitu sebagai
berikut.
a) Jika p bergerak mendekati s, b) Jika p bergerak menjauhi s, c) Jika s bergerak mendekati p, d) Jika s bergerak menjauhi s,
e) Jika s dan p sama-sama diam, vs = 0 dan vp =