Untuk SMAMA Kelas XII

Joko Budiyanto

Joko Budiyanto

Joko Budiyanto

Joko Budiyanto

Joko Budiyanto

Fisika

Untuk SMA/MA Kelas XII

Disusun oleh:

Joko Budiyanto

Editor : Diyah Nuraini Design Cover : Desteka

Setting/Layout : Ike Marsanti, Esti Pertiwi

Diterbitkan oleh Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2008

Diperbanyak Oleh:...

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang

Buku ini telah dibeli hak ciptanya oleh Departemen Pendidikan Nasional dari Penerbit CV Teguh Karya

530.07

JOK JOKO Budiyanto

f Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII /disusun Oleh Joko Budiyanto ; editor, Diyah Nuraini. — Jakarta : Pusat Perbukuan,

Departemen Pendidikan Nasional, 2009. viii, hlm: 298, ilus.: 25 cm.

Bibliografi : 298 Indeks 296

ISBN 978-979-068-166-8 (no.jld.lengkap) ISBN 978-979-068-175-0

1.Fisika-Studi dan Pengajaran I. Judul II. Diyah Nuraini

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia-Nya,

Pemerintah, dalam hal ini, Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008,

telah membeli hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untuk

disebarluaskan kepada masyarakat melalui situs internet (

website

) Jaringan

Pendidikan Nasional.

Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikan dan

telah ditetapkan sebagai buku teks pelajaran yang memenuhi syarat kelayakan

untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan

Nasional Nomor 22 Tahun 2007 tanggal 25 Juni 2007.

Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada para penulis/

penerbit yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen

Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para siswa dan guru di

seluruh Indonesia.

Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen

Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (

down load

)

,

digandakan, dicetak,

dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun, untuk penggandaan yang

bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan

oleh Pemerintah. Diharapkan bahwa buku teks pelajaran ini akan lebih mudah

diakses sehingga siswa dan guru di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia

yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini.

Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada para siswa

kami ucapkan selamat belajar dan manfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kami

menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran

dan kritik sangat kami harapkan.

Jakarta, Februari 2009

Kepala Pusat Perbukuan

Kata Sambutan

Kata Pengantar

P

uji syukur patut kalian panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat dan karunia-Nya kalian memperoleh kesempatan untuk melanjutkan belajar ke jenjang berikutnya.

Saat ini kalian akan diajak kembali belajar tentang Fisika. Fisika merupakan salah satu cabang IPA yang mendasari perkembangan teknologi maju dan konsep hidup harmonis dengan alam.

Perkembangan pesat di bidang teknologi informasi dan komunikasi dewasa ini, sedikit banyak dipicu oleh temuan-temuan di bidang fisika material melalui penemuan piranti mikroelektronika yang mampu memuat banyak informasi dengan ukuran yang sangat kecil. Oleh karena itu, sebagai seorang pelajar kalian perlu memiliki kemampuan berpikir, bekerja, dan bersikap ilmiah serta berkomunikasi sebagai salah satu aspek penting kecakapan hidup di era globalisasi ini.

Buku ini ditulis untuk memenuhi kebutuhan kalian akan pengetahuan, pemahaman, dan sejumlah kemampuan yang dipersyaratkan untuk memasuki jenjang pendidikan yang lebih tinggi serta mengembangkan ilmu dan teknologi. Selain itu, juga untuk membantu kalian mengembangkan kemampuan bernalar, mengembangkan pengalaman, memupuk sikap ilmiah, dan membentuk sikap positif terhadap fisika. Buku ini memuat aspek materi fisika yang menekankan pada segala bentuk fenomena alam dan pengukurannya, gerak benda dengan berbagai hukumnya, penerapan gejala gelombang dalam berbagai bidang ilmu fisika, dan lain-lain yang disusun secara sistematis, komprehensif, dan terpadu. Dengan demikian, kalian akan memperoleh pemahaman yang lebih luas dan mendalam tentang aspek-aspek tersebut.

Akhirnya, semoga buku ini bermanfaat bagi kalian dalam memperoleh pengetahuan, pemahaman, dan kemampuan menganalisis segala hal yang berkaitan dengan fenomena alam sehingga kalian mampu hidup selaras berdasarkan hukum alam, mampu mengelola sumber daya alam dan lingkungan serta mampu mengurangi dampak bencana alam di sekitar kalian.

Selamat belajar, semoga sukses.

Juli, 2007

Penulis

v

Daftar I si

KATA SAMBUTAN ... iii

KATA PENGANTAR ... iv

DAFTAR ISI ... v

BAB 1 GELOMBANG ... 1

A. Pengertian Gelombang ... 2

B. Energi Gelombang ... 8

C. Superposisi ... 9

D. Gelombang Berjalan dan Gelombang Stasioner ... 10

E. Sifat-Sifat Gelombang ... 17

Kilas Balik ... 21

Uji Kompetensi ... 22

BAB 2 GELOMBANG CAHAYA ... 25

A. Teori Maxwell ... 26

B. Energi dalam Gelombang Elektromagnetik ... 27

C. Sifat-Sifat Gelombang Cahaya ... 33

D. Efek Doppler pada Gelombang Elektromagnetik ... 48

E. Aplikasi Gelombang Cahaya ... 48

Kilas Balik ... 51

Uji Kompetensi ... 53

BAB 3 GELOMBANG BUNYI ... 57

A. Bunyi merupakan Gelombang Longitudinal ... 58

B. Sifat Bunyi ... 59

C. Efek Doppler ... 60

D. Cepat Rambat Gelombang ... 62

E. Sumber Bunyi ... 65

F. Energi dan Intensitas Gelombang ... 69

G. Pelayangan Bunyi ... 71

H. Aplikasi Bunyi Ultrasonik ... 74

Kilas Balik ... 76

Uji Kompetensi ... 78

BAB 4 LISTRIK STATIS ... 81

A. Listrik Statis dan Muatan Listrik ... 82

B. Hukum Coulomb ... 83

C. Medan Listrik ... 86

D. Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik ... 92

E. Kapasitor ... 97

Kilas Balik ... 106

Uji Kompetensi ... 107

BAB 5 MEDAN MAGNETIK ... 111

A. Medan Magnetik di Sekitar Arus Listrik ... 112

B. Gaya Magnetik (Gaya Lorentz) ... 120

C. Penerapan Gaya Magnetik ... 126

Uji Kompetensi ... 129

BAB 6 INDUKSI ELEKTROMAGNETIK ... 133

A. Ggl Induksi ... 134

B. Aplikasi Induksi Elektromagnetik ... 141

C. Induktansi ... 146

Kilas Balik ... 152

Uji Kompetensi ... 153

BAB 7 ARUS DAN TEGANGAN LISTRIK BOLAK-BALIK ... 156

A. Rangkaian Arus Bolak-Balik ... 158

B. Daya pada Rangkaian Arus Bolak-Balik ... 170

C. Resonansi pada Rangkaian Arus Bolak-Balik ... 172

Kilas Balik ... 174

Uji Kompetensi ... 174

UJI KOMPETENSI SEMESTER 1 ... 178

BAB 8 RADIASI BENDA HITAM ... 189

A. Radiasi Panas dan Intensitas Radiasi ... 190

B. Hukum Pergeseran Wien ... 193

C. Hukum Radiasi Planck ... 194

D. Efek Fotolistrik dan Efek Compton ... 197

Kilas Balik ... 202

Uji Kompetensi ... 203

BAB 9 FISIKA ATOM ... 207

A. Teori Model Atom ... 208

B. Tingkat Energi ... 214

C. Bilangan Kuantum ... 217

D. Asas Pauli ... 220

E. Energi Ionisasi dan Afinitas Elektron ... 221

Kilas Balik ... 224

Uji Kompetensi ... 225

BAB 10 RELATIVITAS KHUSUS ... 229

A. Relativitas Newton ... 230

B. Percobaan Michelson dan Morley ... 232

C. Postulat Teori Relativitas Khusus ... 233

D. Massa, Momentum, dan Energi Relativistik ... 239

E. Aplikasi Kesetaraan Massa dan Energi ... 242

Kilas Balik ... 244

Uji Kompetensi ... 245

BAB 11 FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS ... 249

A. Partikel Penyusun Inti Atom ... 250

B. Radioaktivitas ... 255

C. Reaksi Inti ... 265

D. Reaktor Nuklir ... 269

Kilas Balik ... 271

Uji Kompetensi ... 272

UJI KOMPETENSI SEMESTER 2 ... 275

GLOSARIUM ... 287

DAFTAR PUSTAKA ... 289

DAFTAR KONSTANTA ... 291

KUNCI JAWABAN ... 294

INDEKS ... 296

Bab 1 Gelombang

Gelombang

Berdasarkan arah rambat

Berdasarkan medium perantara

Puncak Lembah

Gelombang transversal

Rapatan Renggangan

Gelombang mekanik

Gelombang elektromagnetik Gelombang

longitudinal

Sifat gelombang

Refleksi Refraksi Difraksi I nterferensi Dispersi Polarisasi

PET

PET

PET

PET

PETA K

A K

A K

A KONSEP

A K

ONSEP

ONSEP

ONSEP

ONSEP

Bab 1 Gelombang

1

GELOMBANG

Gempa bumi diakibatkan pergeseran kulit bumi yang membentuk pola gelombang.

Sumber: Encarta Encyclopedia, 2006

Fisika XII untuk SMA/MA

Konsep gelombang banyak d_iterapkan d_alam kehid_{upan sehari-hari. Gelombang bunyi, gelombang} cahaya, gelombang rad_io, d_{an gelombang air merupakan} beberapa contoh bentuk gelombang. Ketika kita melihat fenomena gelombang laut, ternyata, air gelombang tid_ak bergerak maju, melainkan melingkar. Sehingga air hanya bergerak naik-turun begitu gelombang melintas. Tepi pantai menahan d_{asar gelombang, sehingga puncak} gelombang bergerak lebih cepat untuk memecah d_{i tepi} pantai. D_engan d_{emikian, terja}d_{inya gerak gelombang} laut d_apat d_{irumuskan sebagai berikut. Pertama, air} mencapai d_{asar lingkaran pa}d_{a lembah gelombang.} Kemud_{ian, air mencapai bagian atas lingkaran pa}d_a puncak gelombang. L_{alu, puncak gelombang memecah} d_{i tepi pantai. Gelombang air bergerak} d_{engan kecepatan} yang bisa d_{iketahui. Tetapi, setiap partikel pa}d_{a air itu} send_{iri, hanya berosilasi terha}d_{ap titik setimbang.}

Gelombang bergerak melintasi jarak yang jauh, tetapi med_{ium (cair, pa}d_{at, atau gas) hanya bisa bergerak terbatas.} D_engan d_emikian, w_{alaupun gelombang bukan merupakan} materi, pola gelombang d_{apat merambat pa}d_{a materi.}

A.

Pengertian Gelombang

Sebuah band_{ul yang berayun mengalami gerak osilasi.} Karakteristik gerak osilasi yang paling d_{ikenal a}d_alah bahw_{a gerak tersebut bersifat perio}d_{ik atau berulang-ulang.} Contoh osilasi yang d_{apat kita jumpai} d_{alam kehi}d_upan sehari-hari antara lain band_{ul jam yang berayun ke kiri} d_{an ke kanan atau getaran} d_aw_{ai pa}d_{a alat musik. Apabila} band_{ul berayun atau berosilasi ia memiliki energi} d_alam jumlah yang tetap, yang berubah-ubah antara energi potensial pad_{a tiap-tiap ujung ayunannya} d_{an energi gerak} pad_{a titik tengahnya. Kecepatan osilasi ban}d_{ul merupakan} frekuensinya. Bend_{a berosilasi} d_{apat memba}w_{a sebagian} atau seluruh energinya ke objek lain d_{engan gerakan} gelombang. M_{isalnya, apabila air} d_{ibuat berosilasi, energi} osilasinya tersebar ke permukaan d_{i sekitarnya} d_{alam bentuk} gelombang, karena tiap-tiap molekul air memengaruhi molekul d_{i sekelilingnya. Pa}d_{a kasus bunyi menyebar} d_{engan cara serupa.}

Pad_{a bab ini, kalian akan mempelajari tentang} gelom-bang secara umum, sifat-sifatnya, fase gelomgelom-bang, gelomgelom-bang berjalan, gelombang stasioner, pembiasan gelombang, d_{ifraksi gelombang,} d_{an masih banyak lagi.}

amplitudo, difraksi, dispersi, fase gelombang, frekuensi, gelombang, interferensi

Gambar 1.1 Gelombang laut.

Sumber: Ensiklopedi Umum untuk Pelajar, PT Ichtiar Baru van Hoeve, 2005

Istilah “memecah” pada gelombang laut terjadi ketika seluruh gelombang

Bab 1 Gelombang

!

Sebuah gelombang terd_iri d_{ari osilasi yang bergerak tanpa} membaw_{a materi bersamanya. Gelombang memba}w_a energi d_{ari satu tempat ke tempat lain. Pa}d_{a kasus gelombang} laut, energi d_{iberikan ke gelombang air, misalnya oleh} angin d_{i laut lepas. Kemu}d_{ian energi} d_ibaw_{a oleh gelombang} ke pantai.

Gelombang period_{ik merupakan gerak gelombang} secara teratur d_{an berulang-ulang yang mempunyai sumber} berupa gangguan yang kontinu d_{an berosilasi, berupa} getaran atau osilasi. Gelombang air bisa d_{ihasilkan oleh} bend_{a penggetar apapun yang} d_iletakkan d_{i permukaan,} seperti tangan, atau air itu send_iri d_{ibuat bergetar ketika} angin bertiup melintasinya, d_{an bisa juga karena sebuah} batu yang d_{ilempar ke} d_alamnya.

Gelombang Laut

Gelombang laut dibedakan menjadi tiga macam, yaitu gelombang primer atau gelombang longitudinal. Gelombang ini merambat di permukaan bumi di dasar laut dengan kecepatan antara 7 - 14 km/sekon. Yang kedua adalah gelombang sekunder atau gelombang transversal. Gelombang ini merambat seperti gelombang primer melalui permukaan bumi di dasar laut. Dan yang ketiga adalah gelombang panjang. Gelombang ini dapat menyebabkan kerusakan di permukaan bumi karena berasal dari episentrum bumi. Gelombang panjang merambat dengan kecepatan 3 - 4 km/sekon di permukaan bumi. Gelombang ini dikategorikan sebagai gelombang laut tektonik karena diakibatkan oleh bergesernya lempengan kerak bumi.

Percikan Fisika

buih pantai

puncak gelombang hempasan

gelombang

panjang gelombang ketinggian gelombang

lembah gelombang

batas bawah pengaruh

gelombang dasar gelombang bukit pasir

"

Fisika XII untuk SMA/MA

1. Karakteristik Gelombang

Karakteristik utama suatu gelombang d_{itunjukkan oleh beberapa besaran yang} penting, yang d_{igunakan untuk} men-d_{eskripsikan gelombang sinusoi}d_{a perio}d_ik, seperti d_{iperlihatkan pa}d_{a Gambar 1.}2_.

Titik-titik tertinggi pad_{a gelombang} d_{isebut p}u_{ncak gelombang, se}d_angkan titik-titik terend_ah d_{isebut lembah gelombang.} Amplitud_{o a}d_{alah perpin}d_{ahan maksimum, yaitu ketinggian} maksimum puncak, atau ked_{alaman maksimum lembah,} relatif terhad_{ap posisi kesetimbangan.} M_{akin besar} amplitud_{o, makin besar energi yang} d_ibaw_{a. Ayunan total} d_{ari puncak sampai ke lembah sama} d_engan d_{ua kali} amplitud_{o. Jarak} d_{ua titik berurutan pa}d_{a posisi yang sama} d_{isebut panjang gelombang (λ). Panjang gelombang juga} sama d_{engan jarak antar}d_{ua puncak yang berurutan.} F_{rekuensi ( f ), a}d_{alah jumlah puncak atau siklus lengkap} yang melew_{ati satu titik per satuan} w_{aktu. Sementara itu,} period_{e (T ), a}d_alah w_{aktu yang} d_{iperlukan untuk sekali} osilasi, yaitu w_{aktu yang berlalu antara} d_{ua puncak berurutan} yang melew_{ati titik yang sama pa}d_{a ruang. Besar T a}d_alah setara d_engan

f

1_.

Jarak yang d_{itempuh gelombang} d_{alam satuan} w_aktu d_{isebut kecepatan gelombang (v). Jika sebuah gelombang} menempuh jarak satu panjang gelombang (λ), d_{alam satu} period_{e (T ), maka kecepatan gelombang a}d_{alah sama} d_engan λ/T, atau v =

T

λ _.

Karena

T1 = f, maka:

v =λ .f... (1.1) Kecepatan gelombang bergantung pad_{a sifat me}d_ium perambatannya. M_{isalnya, kecepatan gelombang pa}d_{a tali} bergantung pad_{a tegangan tali (F}

T), dan massa tali per satuan panjang (m/L).

Hubungan tersebut d_apat d_irumuskan:

v =

L m

FT _{... (1.2)} D_{ari persamaan (1.}2_{), apabila besar massa per satuan} panjang semakin besar, maka makin besar inersia yang d_{imiliki tali, sehingga perambatan gelombang akan lambat.}

Kecepatan gelombang tidak sama dengan kecepatan partikel.

Gambar 1.2 Karakteristik gelombang kontinu satu frekuensi.

Bab 1 Gelombang

#

Gambar 1.3 Gelombang air merupakan contoh gelombang transversal.

Sumber: Jendela Iptek Energi, PT Balai Pustaka, 2000

2. Gelombang Transversal dan Gelombang

Longitudinal

Pad_{a gelombang yang merambat} d_{i atas permukaan} air, air bergerak naik d_{an turun pa}d_{a saat gelombang} merambat, tetapi partikel air pad_{a umumnya ti}d_ak ber-gerak maju bersama d_{engan gelombang. Gelombang} seperti ini d_{isebut gelombang trans}v_{ersal, karena}

ganggu-annya tegak lurus terhad_{ap arah rambat, seperti yang} d_{iperlihatkan pa}d_{a Gambar 1.4. Gelombang} elektro-magnetik termasuk jenis gelombang ini, karena med_an

Gambar 1.4 Gelombang transversal.

Sumber: Fisika Jilid 1, Erlangga, 2001

panjang gelombang

listrik d_{an me}d_{an magnet berubah} secara period_ik d_{engan arah tegak lurus} satu sama lain. D_{an juga tegak lurus} terhad_{ap arah rambat.}

Pad_{a gelombang bunyi, u}d_{ara secara} bergantian mengalami perapatan d_an perenggangan karena ad_{anya pergeseran} pad_{a arah gerak. Gelombang seperti ini} d_{isebut gelombang longit}ud_inal.

Rapatan ad_alah d_{aerah sepanjang gelombang} longitu-d_{inal yang memiliki tekanan} d_{an kerapatan} molekul-molekulnya lebih tinggi d_iband_{ingkan saat ti}d_{ak a}d_a gelombang yang melew_ati d_{aerah tersebut. Sementara itu,} d_aerah d_{engan tekanan} d_{an kerapatan molekul-molekulnya} lebih rend_ah d_iband_{ingkan saat ti}d_{ak a}d_{a gelombang yang} melew_atinya d_{isebut renggangan. Gelombang longitu}d_inal ini d_{itunjukkan oleh Gambar 1.5.}

gerakan tangan

Gambar 1.5Gelombang longitudinal pada slinki.

renggangan rapatan

Semua gelombang memind_{ahkan energinya ti}d_{ak secara} permanen melainkan melalui med_{ium perambatan gelombang} tersebut. Gelombang d_{isebut juga} d_{engan gelombang berjalan} atau gelombang merambat d_{isebabkan a}d_{anya perpin}d_ahan energi d_{ari satu tempat ke tempat lain karena getaran.} Pad_{a gelombang trans}v_{ersal, misalnya gelombang tali,} seperti yang d_{itunjukkan Gambar 1.6, memperlihatkan} gelombang merambat ke kanan sepanjang tali. Tiap partikel tali berosilasi bolak-balik pad_{a permukaan meja.}

$

Fisika XII untuk SMA/MA

rapatan rapatan

λ

λ

Gambar 1.8 Panjang gelombang pada gelombang longitudinal.

Berikut ini d_{ijelaskan beberapa istilah yang berlaku pa}d_a gelombang transv_{ersal, ber}d_{asarkan pa}d_{a Gambar 1.}7_. 1. Puncak gelombang, yaitu titik-titik tertinggi pad_a

gelombang (misalnya titik a d_{an e).}

2_. D_{asar gelombang, yaitu titik-titik teren}d_{ah pa}d_a gelombang (misalnya titik c d_{an g).}

3. Bukit gelombang, yaitu lengkungan o-a-b atau d_-e-f. 4. L_{embah gelombang, yaitu lengkungan b-c-}d _atau

f-g-h.

5. Amplitud_{o (A), yaitu perpin}d_{ahan maksimum} (misal-nya: a'ad_{an c}'c).

6. Panjang gelombang (λ), yaitu jarak antara d_{ua puncak} berurutan (misalnya a-e) atau jarak d_ua d_asar berurut-an (c-g).

7_{. Perio}d_{e (T ) yaitu} w_{aktu yang} d_{iperlukan untuk} menempuh a-e atau c-g.

jarak sepanjang tali a O a’ b c’ c d e f g h A perpindahan _λ λ

Gambar 1.7Grafik simpangan terhadap kedudukan.

Gelombang sering

digambarkan sebagai runut amplitudo terhadap waktu. Makin besar frekuensi, makin banyak osilasi yang terjadi setiap detik, dan makin pendek pula panjang gelombangnya.

Tangan yang berosilasi memind_{ahkan energi ke tali, yang} kemud_{ian memba}w_{anya sepanjang tali} d_an d_ipind_ahkan ke ujung lain. Grafik perpind_{ahan gelombang tali tersebut} d_apat d_{iamati pa}d_{a Gambar 1.}7_.

Bab 1 Gelombang

%

v =

inersia faktor

elastis gaya faktor

Untuk perambatan gelombang longitud_{inal pa}d_{a batang} pad_{at, berlaku:}

v =

ñ

E _{... (1.3)}

d_{engan E a}d_{alah mo}d_{ulus elastis materi,} d_an ρ _ad_alah kerapatannya. Sementara itu, untuk perambatan gelombang longitud_inal d_alam z_{at cair atau gas a}d_alah:

v = ñ

B _{... (1.4)}

d_{engan B menyatakan} M_odu_lu_{s B}u_lk.

Tujuan : Menghasilkan gelombang yang berdiri. Alat dan bahan : Tali sepanjang 6 kaki (1,8 m).

Kegiatan

L_{anjutkan gerakan ini secara konstan selama 6 kali atau lebih sehingga} d_{ihasilkan sejumlah gelombang yang sama. Perhatikan jumlah gelombang} yang d_ihasilkan.

4. Gerakkan tali lebih cepat, kemud_{ian perhatikan jumlah gelombang yang} d_ihasilkan.

Diskusi:

1. Bagaimana arah gerak gelombang tali yang terbentuk?

2_{. Kesimpulan apa yang} d_{apat kalian ambil} d_{ari kegiatan tersebut?}

Cara Kerja:

1. Ikatlah salah satu ujung tali pad_a suatu penopang (ujung tetap). Buat-lah agar tali bebas bergerak.

2_{. Pegang ujung tali yang ti}d_ak d_iikat (ujung bebas), kemud_ian menjauh-lah hingga jarak tertentu d_{ari ujung} tetap sehingga tali menjad_{i lurus.} 3. M_enghad_{aplah ke ujung tetap.}

D_{engan pelan, gerakkan tali} bolak-balik ke kanan d_{an ke kiri untuk} menghasilkan gelombang tali.

tali digerakkan secara horizontal

puncak gelombang

puncak gelombang dasar

Bab 1 Gelombang

'

D_{ari Gambar 1.10,} d_apat d_{itentukan bah}w_a v_olume

V = Sl, d_{i mana S a}d_{alah luas permukaan melalui mana} gelombang merambat, d_{an l a}d_{alah jarak yang} d_itempuh gelombang d_{alam selang} w_{aktu t, sehingga l = vt,} d_engan

v menyatakan laju gelombang. Sehingga d_iperoleh:

m= ρ_{.V =} ρ_{.S.l =} ρ_{.S.v.t, maka:}

E = 2 2 2

2π ρ_{Svtf A} ... (1.7₎ D_{ari persamaan (1.}7_{) terlihat bah}w_{a energi yang} d_ibaw_a gelombang seband_ing d_{engan kua}d_{rat amplitu}d_o. E_nergi yang d_ipind_{ahkan gelombang biasanya} d_inyatakan d_alam intensitas gelombang. Intensitas gelombang (I) d_id_efinisikan sebagai d_{aya gelombang yang} d_ibaw_{a melalui bi}d_{ang seluas} satu satuan yang tegak lurus terhad_{ap aliran energi. Sehingga,} intensitas gelombang d_apat d_{inyatakan sebagai berikut:}

I =

S

P _{... (1.8)}

D_{engan P a}d_alah d_{aya yang} d_ibaw_{a, yang besarnya a}d_alah:

P =

t

E ₌ 2 2 2

2π ρ_{Svf A} ... (1.9) Sehingga, intensitas gelombang pad_{a persamaan (1.8) a}d_alah:

I = 2 2 2

2π ρ_{vf A} ... (1.10)

Superposisi

C.

Berd_{asarkan eksperimen bah}w_a d_{ua atau lebih} gelom-bang d_{apat melintasi ruang yang sama, tanpa a}d_anya ketergantungan d_{i antara gelombang-gelombang tersebut} terhad_{ap satu sama lain. Jika} d_{ua gelombang atau lebih} merambat d_{alam me}d_{ium yang sama} d_{an pa}d_a w_{aktu yang} sama, akan menyebabkan simpangan d_{ari partikel} d_alam med_{ium. Simpangan resultan merupakan jumlah aljabar} d_{ari simpangan (positif} d_{an negatif )} d_{ari masing-masing} gelombang. Hal ini d_{isebut prinsip s}u_perposisi.

Pad_{a superposisi} d_{ua gelombang atau lebih akan} menghasilkan sebuah gelombang berd_{iri. Simpangan yang} d_{ihasilkan bisa saling menguatkan atau saling melemahkan,} tergantung pad_{a be}d_{a fase gelombang-gelombang tersebut.}

Prinsip superposisi menyatakan sifat gerakan gelombang bahwa gelombang resultan

merupakan penjumlahan dua atau lebih gelombang individual. Prinsip superposisi hanya berlaku untuk pulsa-pulsa gelombang kecil yang tinggi pulsanya lebih kecil dibandingkan panjangnya.

v

s

l = v.t

Fisika XII untuk SMA/MA

Jika bed_{a fase antara gelombang-gelombang yang} mengalami superposisi ad_alah

2

1_{, maka hasilnya saling}

melemahkan. Apabila panjang gelombang d_{an amplitu}d_o gelombang-gelombang tersebut sama, maka simpangan hasil superposisinya nol. Tetapi, apabila gelombang-gelombang yang mengalami superposisi berfase sama, maka simpangan hasil superposisi itu saling menguatkan. Jika panjang gelombang d_{an amplitu}d_{o gelombang-gelombang} itu sama, maka simpangan resultan ad_{alah sebuah} gelombang berd_iri d_{engan amplitu}d_{o ke}d_{ua gelombang.}

Gelombang Berjalan dan Gelombang Stasioner

D.

Pad_{a sebuah tali yang panjang} d_iregangkan d_i d_alam arah x d_{i mana sebuah gelombang trans}v_{ersal se}d_ang berjalan. Pad_{a saat t = 0, bentuk tali} d_inyatakan:

y = f (x) ... (1.11) d_{engan y a}d_{alah pergeseran trans}v_{ersal tali pa}d_{a ke}d_ud_ukan

x. Bentuk gelombang tali yang mungkin pad_{a t = 0} d_{itunjukkan pa}d_{a Gambar 1.11(a). Pa}d_a w_{aktu t gelombang} tersebut berjalan sejauh vt ke kanan, d_{engan v menunjukkan} besarnya kecepatan gelombang, yang d_{ianggap konstan.} M_{aka persamaan kur}v_{a pa}d_a w_{aktu t a}d_alah:

y = f (x – vt) ... (1.12₎

Persamaan (1.12_{) a}d_{alah persamaan umum yang menyatakan} sebuah gelombang yang berjalan ke kanan, d_{i mana x akan} semakin besar d_{engan bertambahnya} w_aktu, d_{an secara} grafis d_{itunjukkan pa}d_{a Gambar 1.11(b). Apabila kita} ingin menyatakan sebuah gelombang yang berjalan ke kiri, maka:

y = f (x + vt)... (1.13) Untuk sebuah fase khas d_{ari sebuah gelombang yang} berjalan ke kanan berlaku:

x – vt = konstan

M_aka d_ari d_{iferensiasi terha}d_ap w_{aktu akan} d_iperoleh:

dt

dx_{– v = 0 atau} dt

dx_{= v... (1.14)}

D_{engan v a}d_{alah kecepatan fase gelombang. Untuk} gelombang yang berjalan ke kiri kita memperoleh kecepatan fase gelombang ad_{alah -}v.

Gambar 1.11Bentuk sebuah tali yang diregangkan (a) pada

t = 0, (b) pada x = vt.

y

x 0

v = t

t = t

y

x 0

t = 0 (a)

(b)