Kata pengantar
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya lah kami dapat menyelesaikan Buku dengan judul “Menerapkan Konsep dan Prinsip Gelombang Bunyi dan Cahaya dalam Teknologi” sebatas pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki serta sumber referensi yang kami baca.
Kami sangat berharap buku ini dapat membantu siswa dalam menambah wawasan dan pemahamannya mengenai Menerapkan Konsep dan Prinsip Gelombang Bunyi dan Cahaya dalam Teknologi. Kami pun juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam buku ini terdapat kekurangan-kekurangan. Untuk itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun.
Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa depan.
Bandung, Desember 2015
I. KOMPETENSI INTI
1. Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya
2. Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.
3. Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingintahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah
4. Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.
II. KOMPETENSI DASAR
3.1 Menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan cahaya dalam teknologi. 4.1 Merencanakan dan melaksanakan percobaan interferensi cahaya.
III. ANALISIS KOMPETENSI DASAR
a. Daftar Kata Kerja Operasional pada C-3 (Menerapkan) Taksonomi Anderson:
b. Analisis KD Menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan cahaya dalam teknologi
Menerapkan
Menggeneralisasi
kan Menyiapkan Menunjukkan
Menentukan Memperkirakan Menghasilkan Membuat sketsa Mendramatisasik
an Mengelola Memproduksi Menyelesaikan
IV. INDIKATOR
1. Menunjukkan peristiwa interferensi gelombang cahaya 2. Menjelaskan penerapan gelombang cahaya dalam teknologi 3. Mengeneralisasi peristiwa resonansi dan perubahan frekuensi 4. Menjelaskan penerapan gelombang bunyi dalam teknologi
V. MATERI PRASYARAT
Besaran-besaran fisis gelombang tegak dan gelombang berjalan pada berbagai kasus nyata.
VI. MATERI POKOK
a. Penerapan gelombang cahayadalam teknologi b. Penerapan gelombang bunyi dalam teknologi
VII. KONSEP ESENSIAL a. Gelombang cahaya
X. MATERI
Gelombang Cahaya Fakta
Di masa kecil kita sudah sangat mengenal permainan gelembung sabun. Baik itu gelembung yang dihasilkan oleh permainan yang dijual di sekolah atau mungkin yang dibuat dengan menggunakan sabun cuci atau sabun mandi. Bentuk gelembung sabun yang dihasilkan biasanya seperti gambar disamping tetapi ada juga gelembung yang memiliki bentuk dan ukuran lain. Pada awalnya kita mungkin akan bertanya-tanya kenapa terdapat pelangi pada gelembung sabun tersebut? Warna-warna yang terlihat pada gelembung sabun merupakan salah satu fenomena gelombang cahaya yaitu interferensi. Interferensi pada gelembung sabun ini merupakan interferensi yang terjadi pada selaput tipis. Interferensi cahaya pada selaput tipis ini terjadi dari cahaya matahari yang dipantulkan oleh lapisan permukaan atas dan bawah dari selaput tipis (gelembung sabun) tersebut. Jalannya cahaya matahari pada lapisan gelembung sabun ialah sebagai berikut:
Da ri gambar di samping , sinar AB merupakan sinar matahari (sinar monokromatik) yang datang pada permukaan lapisan gelembung sabun. Sebagian sinar AB dipantulkan oleh permukaan bidang batas udara dan selaput (sinar BE) dan sebagian lagi dibiaskan ke dalam medium selaput gelembung sabun (sinar BC).
Sinar BC dipantulkan oleh permukaan bidang batas selaput dan udara (sinar CD). Sinar CD dipantulkan oleh permukaan atas dan sebagian lagi dibiaskan keluar permukaan (sinar DF). Sinar BE dan DF datang bersamaan di mata kita sehingga kita dapat melihat pola-pola warna.
Sinar datang dengan sudut datang i pada selaput gelembung dengan ketebalan d dan indeks bias n, sehingga sinar mengalami pemantulan dan pembiasan dengan sudut bias r. Dengan mempertimbangkan kedua faktor di atas, dapat ditentukan syarat-syarat terjadinya interferensi berikut ini.
2n.d cos r = (m – 1/2) λ ; m = 1, 2, 3, ...
Syarat terjadinya interferensi minimum (gelap)
2n.d cos r = mλ ; m = 0, 1, 2, ...
Penerapan dalam Teknologi
1.Mesin scanner a. Pengertian mesin scanner
Alat yang difungsikan untuk mengcopy atau menyalin dokumen berupa teks atau gambar yang keluarannya merupakan softfile. Fungsi mesin scanner ini sebenarnya mirip seperti mesin fotocopy dan perbedaanya adalah jika mesin fotocopy hasilnya hanya dapat dilihat pada kertas yang sudah selesi di fotocopy sedangkan mesin scanner hasilnya dapat di lihat dan di tampilkan lewat monitor terlebih dahulu sehingga kita dapat mengedit atau memperbaiki dan kemudian bisa di simpan kembali baik dalam bentuk file text maupun file gambar. b. Prinsip kerja mesin scanner
Prinsip kerja dari mesin scanner tidak jauh berbeda dengan prinsip kerja dari mesin fotocopy perbedaanya terletak pada keluarannya (output). Jika mesin fotocopy outputnya berupa lembaran-lembaran kertas sedangkan output dari mesin scanner berupa softfile yang bisa kita lihat melalui monitor denngan format file JPG atau GIF.
Berikut merupakan penjelasan prinsip kerja mesin scanner yang menggunakan prinsip gelombang cahaya dalam teknologi mesin scanner:
i. Gambar akan dipindai oleh lampu.
ii. Lampu mulai menyala dan akan dibawa oleh motor stepper. Motor stepper akan mulai menggerakan lampu sampai posisi akhir gambar.
iii. Cahaya yang dipancarkan lampu ke gambar akan segera dipantulkan lalu pantulan yang dihasilkan akan di baca oleh beberapa cermin menuju lensa scanner lalu cahaya pantulan tersebut akhirnya akan sampai ke sensor CCD (Charge Coupled Device). CCD yaitu suatu alat yang terdapat pada scanner yang mempunyai fungsi untuk menerima hasil scanner lalu kemudian di kirim ke ADC) . iv. Sensor CCD akan mengukur intensitas cahaya serta panjang gelombang yang di
pantulkan dan merubahnya menjadi tegangan listrik analog.
vi.Sinyal digital dari sensor CCD akan di kirim ke papan logik dan dikirimkan lagi ke komputer dalam bentuk data digital yang menunjukan warna pada titik-titik gambar yang dipantulkan.
vii. Hasil scanning data dapat dilihat melalui monitor dan dapat disimpan dalam format gambar.
2. Compact Disk (CD)
a. Pengertian
Compact Disk (CD) merupakan sebuah perangkat yang digunakan untuk menyimpan data. Secara fisis, CD berbentuk piringan bulat yang terbuat dari bahan Polycarbonate yang dilapisi dengan Alumunium seperti yang terlihat pada Gambar (a).
Gambar (b) merupakan permukaan CD memiliki lubang-lubang mikro yang mewakili angka-angka biner. Informasi disimpan secara digital pada lubang-lubang mikro dalam compact disc, dalamnya 0,12 µm, lebar 0,6 µm, dan panjang 0,9 µm hingga 3,3 µm. Tepi-tepi yang berada di depan mewakili bilangan biner 1 dan area yang menghalanginya mewakili bilangan biner 0.
b. Prinsip Kerja
Pembacaan data dapat dilakukan dengan cara menyinarkan sinar laser melewati lapisan CD. Sinar laser tersebut merupakan sinar monokromatik yang memiliki panjang gelombang tertentu, misalnya sinar laser berwarna hijau dengan panjang gelombang 495-570 nm dan frekuensi 526 THz. Kemudian sinar ini dipantulkan oleh permukaan CD. Di dalam CD player jarak antara laser dengan piringan CD tidak sampai 2 mm.
Setiap pantulan yang berasal dari permukaan CD berbeda-beda karena memiliki angka biner berbeda. Hal ini ditunjukkan dengan permukaan CD yang memiliki lubang-lubang kecil dengan tingkat kedalaman yang berbeda (jika dimelihat dengan ukuran mikro). Pantulan sinar laser yang telah berisi pengkodean tertentu ini kemudian diinterpretasikan, diterjemahkan sebagai data bit oleh perangkat pembaca (Head Laser).
Gelombang Bunyi Fakta
Pernahkah anda memainkan gitar atau mungkin hanya sekedar memperhatikan dan mendengarkannya saja? Jika diperhatikan dengan seksama, apakah yang
Gambar (a)
menyebabkan gitar dapat menghasilkan bunyi yang nyaring? Bagian gitar yang menghasilkan bunyi yang nyaring adalah kolom udara.
Alat musik khususnya gitar pada umumnya dibuat berlubang agar terjadi resonansi, sehingga suara gitar tersebut menjadi nyaring. Tanpa adanya kolom udara, sebuah gitar tidak dapat menghasilkan bunyi yang nyaring, karena kolom udara akan ikut bergetar apabila senar gitar dipetik. Partikel udara dalam kolom udara akan bergetar dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi yang dihasilkan oleh senar gitar yang dipetik. Namun partikel udara di kolom bagian d dan e partikel udaranya hanya bergetar sekali, sehingga tidak terjadi resonansi. Sedangkan partikel udara pada kolom udara a, b, dan c bergeraknya terus menerus, sehingga terjadi resonansi dan terdengarlah bunyi.
Setelah mengetahui alasan gitar dapat mengahasilkan suara atau nada yang nyaring, selanjutnya apakah alasan yang menyebabkan gitar menghasilkan nada atau suara yang berbeda-beda? Yang menyebabkan gitar menghasilkan bunyi atau nada yang berbeda-beda adalah perbedaan frekuensi yang dihasilkan oleh senar gitar itu sendiri. Nada yang terdengar adalah dari nada tinggi hingga nada yang rendah, tinggi rendahnya nada ini disebut frekuensi. Frekuensi yang ditimbulkan oleh gitar bergantung pada panjang senar gitar yang dipetik. Berikut adalah tabel perbandingan note frekuensi:
Tabel Note Frekuensi a a
b a
c d
e
Seperti halnya pada gitar yang memiliki frekuensi yang berbeda untuk setiap nadanya, suara manusia pun demikian, yaitu memiliki frekuensi yang berbeda-beda. Perbedaan frekuensi pada suara manusia dapat disebut dengan tipe suara. pada tipe tertentu merupakan tipe suara tertentu. Suara manusia dapat diklasifikasikan dalam dua kelas yaitu suara pria dan wanita. Tipe suara dari pria yaitu tenor, bariton, dan bass. Sedangkan untuk wanita ada tipe sopran, mezzo-sopran, dan alto. Tipe suara manusia dapat diklasifikasikan berdasarkan jangkauan vokalnya (vocal range). Range vocal dapat diketahui dengan serangkaian tes menggunakan alat musik seperti piano atau gitar dengan cara mengeluarkan note terendah yang mampu dicapai
(serendah mungkin) kemudian bunyikan kembali note terendah tetapi dalam
oktaf yang lebih tinggi demikian seterusnya sampai mencapai batas maksimal
suara. Lalu hitung berapa oktaf yang mampu dicapai maka itu disebut vocal
range. Berikut merupakan vocal range sesuai dengan tipe suara dan representasinya
dalam frekuensi berdasarkan scientific pitch notation:Gender
Tipe Suara
Range
Vokal
Frekuensi
Range Vokal
(Hz)
Frekuensi
Fundamental
(Hz)
Pria
Tenor
C3-C5
130,8-523,3
16,35
Bariton
F2-F4
87,31-349,2
21,80
Bass
E2-E4
82,4-329,6
20,60
Wanita
Soprano
C4-A5
261,6-1046,5
16,35
Mezzo-Soprano
A3-A5
220,0-880,0
27,50
Alto
F3-F5
174,6-698,5
21,80
Selain pengaruh kolom udara yang menyebabkan nyaring tidaknya bunyi yang dihasilkan oleh gitar, intensitas bunyi juga berpengaruh pada kenyaringan bunyi nada itu sendiri. Intensitas bunyi dipengaruhi oleh amplitudo dan frekuensi. Berikut adalah persamaan yang menunjukkan bahwa intensitas bunyi dipengaruhi oleh amplitudo dan frekuensi:
Penerapan dalam Teknologi
a. Sound Navigation and Ranging (SONAR)
Maret 2015 yaitu kecelakaan kapal kargo KM Kumala Endah. Untuk menemukan korban kecelakaan Tim SAR menggunakan gelombang bunyi yang dimanfaatkan sebagai salah satu media yang digunakan dalam melakukan segala macam survei dari permukaan laut sampai ke dasarnya. Hal ini disebabkan karena gelombang bunyi dapat merambat melalui medium zat gas, cair, dan padat. Salah satu peralatan yang menerapkan prinsip gelombang bunyi adalah perangkat SONAR (Sound Navigation and Ranging).
Selain dimanfaatkan untuk menangani pencarian kapal atau korban kecelakaan kapal laut seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, SONAR juga dimanfaatkan di bidang eksplorasi bawah laut baik itu digunakan untuk Pengukuran Kedalaman dasar laut (Bathymetry), pengidentifikasian jenis-jenis lapisan sedimen dasar laut (Subbottom Profilers), pemetaan dasar laut (Sea bed Mapping), pencarian kapal-kapal karam didasar laut, penentuan jalur pipa dan kabel dibawah dasar laut, melakukan survey penangkapan ikan, dan lain sebagainnya,
Perangkat sonar ini bekerja dengan cara mengirimkan gelombang bunyi kepada suatu objek yang akan dipantulkan kembali objek yang akan dideteksi.Prinsip kerja perangkat Sonar ini sama dengan cara kerja suatu gelombang yang merambat pada medium tertentu, dalam hal ini medium tersebut adalah air laut. Perambatan gelombang bunyi yang merambat pada air tawar dan pada air laut berbeda, dikarenakan karakteristik air laut yang memiliki salinitas dan densitas yang sangat berbeda. Dan hal ini yang menyebabkan perambatan gelombang bunyi pada medium air laut lebih sulit karena suatu gelombang akan lebih mudah merambat pada partikel yang lebih kecil dan kerapatannya rendah atau jarak antar partikelnya tidak rapat, oleh karena itu dibutuhkan gelombang yang frekuensinya lebih tinggi untuk menambah daya jangkau gelombang bunyi. Gelombang bunyi yang digunakan untuk pengukuran pada zona yang sulit dijangkau adalah gelombang dengan frekuensi diatas 20.000 Hz. Pada gelombang sebesar ini, Sonar mampu mendeteksi benda-benda kecil di daerah jangkauannya.
Transducer memancarkan gelombang bunyi, lalu objek memantulkannya
Prinsip Kerja SONAR
(Sumber:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/07/Sonar_Principle_EN.s vg/400px-Sonar_Principle_EN.svg.png)
Dibawah ini adalah hasil pemantulan gelombang bunyi yang ditangkap dan diproses oleh sonar unit:
Gambar (a) Gambar (b)
Gambar (a) merupakan hasil pemantulan yang menunjukkan gambaran keadaan bawah laut di kedalaman tertentu. Sedangkan pada Gambar (b) merupakan hasil pemantulan yang menunjukkan beberapa jenis dan ukuran ikan yang berada di bawah laut.
b. Ultrasonography (USG)
Komponen yang ada dalam USG 1). Transducer
Transducer adalah komponen USG yang ditempelkan pada bagian tubuh yang akan diperiksa, seperti dinding perut atau dinding poros usus besar pada pemeriksaan prostat. Di dalam transducer terdapat kristal yang digunakan untuk menangkap pantulan gelombang yang disalurkan oleh transducer. Gelombang yang diterima masih dalam bentuk gelombang akustik (gelombang pantulan) sehingga fungsi kristal disini adalah untuk mengubah gelombang tersebut menjadi gelombang elektronik yang dapat dibaca oleh komputer sehingga dapat diterjemahkan dalam bentuk gambar.
2). Monitor dan mesin USG
Mesin USG merupakan bagian dari USG dimana fungsinya untuk mengolah data yang diterima dalam bentuk gelombang. Mesin USG adalah CPUnya USG sehingga di dalamnya terdapat komponen-komponen yang sama seperti pada CPU pada PC.sedangkan monitor berfungsi untuk
Proses pengambilan gambar
Prinsip kerjanya menggunakan Gelombang Ultrasonik yang dibangkitkan oleh kristal yang diberikan gelombang listrik. Kristal ini terbuat dari berbagai macam, salah satunya adalah Quartz. Sifat kristal semacam ini, akan memberikan getaran jika diberikan gelombang listrik. Alat ultrasonik sendiri ada berbagai tipe. Ada Tipe Scan A, B dan C. Yang biasa untuk mendeteksi crack pada baja adalah tipe A. Prinsip kerjanya mudah sekali. Tinggal menggunakan sensor ultrasonik untuk mengirimkan gelombang ultrasonik dan menangkapnya kembali.Tipe B yaitu pada layar monitor (screen) echo nampak sebagai suatu titik dan garis terang dan gelapnya bergantung pada intensitas echo yang dipantulkan dengan sistem ini maka diperoleh gambaran dalam dua dimensi berupa penampang irisan tubuh. Yang tipe C dapat menampilkan Citra 3 Dimensi dengan cara menangkap pantulan-pantulan yang berbeda dari tebal tipisnya benda dalam suatu cairan. Karena ada berbagai macam gelombang ultrasonik yang dipantulkan dalam waktu yang berbeda, gelombang-gelombang ini lalu diterjemahkan oleh prosesor untuk dirubah menjadi gambar.
Prinsip kerja perangkat USG
menimbulkan bermacam-macam pantulan sesuai dengan jaringan yang dilaluinya.
Pantulan yang berasal dari jaringan-jaringan tersebut akan membentur transducer, dan kemudian diubah menjadi pulsa listrik lalu diperkuat dan selanjutnya diperlihatkan dalam bentuk cahaya pada layar oscilloscope.
Gambar disamping merupakan hasil dari Ultrasonography (USG) janin yang berbeda-beda dimensinya yaitu 2D, 3D dan 4D. Setiap dimensinya terlihat ada perbedaan, namun gambar 4D-lah yang paling jelas atau nyata bentuk fisik janinnya.
Daftar Pustaka
Tipler. 2001. FISIKA Untuk Sains dan Tehnik JILID 1. Jakarta: ERLANGGA.
Purwoko,Drs. 2010. PHYSICS. Jakarta: Yudhistira
Indrajit Dudi. 2007. Mudah dan Aktif Belajar Fisika. Bandung: PT. Setia Purna Inves
Santoso, Puji. 2015. Tim SAR Temukan 2 ABK Kapal. [ONLINE]. Tersedia:
