SIFAT – SIFAT GELOMBANG
A. Gelombang
Memiliki Karakteristik (Ciri - Ciri) Secara Umum :
1. Pemantulan (refleksi) Gelombang
Pemantulan (refleksi) adalah peristiwa pengembalian seluruh atau sebagian
dari suatu berkas partikel atau gelombang bila berkas tersebut bertemu dengan
bidang batas antara dua medium. Suatu garis atau permukaan dalam medium dua
atau tiga dimensi yang dilewati gelombang disebut muka gelombang. Muka
gelombang ini merupakan tempat kedudukan titik-titik yang mengalami gangguan
dengan fase yang sama, biasanya tegak lurus arah gelombang dan dapat mempunyai
bentuk, misalnya muka gelombang melingkar dan muka gelombang lurus.
Pada jarak yang sangat jauh dari suatu sumber dalam medium yang seragam,
muka gelombang merupakan bagian-bagian kecil dari bola dengan jari-jari yang
sangat besar, sehingga dapat dianggap sebagai bidang datar. Misalnya, muka
gelombang sinar matahari, yang tiba di Bumi merupakan bidang datar.
|
berlaku suatu hukum yang berbunyi:
|
a. sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terhadap bidang batas
pemantul pada titik jatuh, semuanya berada dalam satu bidang,
b. sudut datang (θi) sama dengan sudut pantul (θr).
Hukum tersebut dinamakan “Hukum Pemantulan”.
. PEMANTULAN PADA TALI
Coba Anda ikat tali pada sebuah tiang, lalu getarkan. Apa
yang terjadi? Setelah mengenai tiang, tali tersebut akan mengalami pemantulan.
Bentuk gelombang pantul yang terjadi baik pada ujung tali yang terikat atau
ujung tali yang dapat bergerak bebas.Berikut ini
adalah contoh pemantulan pada gelombang tali
Pemantulan gelombang
pada ujung tetap akan mengalami perubahan bentuk atau fase. Akan tetapi
pemantulan gelombang pada ujung bebas tidak mengubah bentuk atau fasenya.
Ketika gelombang yang merambat pada sebuah medium bertemu
penghalang atau rintangan maka gelombang dapat mengalami transmisi (diteruskan)
atau dapat mengalami refleksi (pemantulan) atau juga mengalami kedua-duanya.
Tegangan pada kedua tali, baik tali tipis maupun tali tebal adalah sama
sehingga perbandingan kecepatan perambatan gelombang pada kedua tali, hanya
ditentukan oleh massa jenis masing-masing tali.
Setelah pulsa menemui rintangan atau halangan
yaitu titik batas antara tali tipis dan tali tebal, pulsa tersebut ada yang
dipantulkan dan ada pula yang diteruskan. Dari pengamatan dapat diperoleh bahwa
pulsa yang dipantulkan mengalami perubahan sudut fase , sedangkan
pulsa transmisi tidak
mengalami peruabahn fase. Peristiwa ini sama dengan pemantulan gelombang pada
ujung tali terikat. Kecepatan perambatan pulsa pada tali tebal yaitu kecepatan
pulsa transmisi lebih rendah dibandingkan kecepatan pulsa pada tali tipis,
yaitu pulsa pantul.
2. Pembiasan (Refraksi Gelombang)
Perubahan arah gelombang saat gelombang masuk ke medium baru yang
mengakibatkan gelombang bergerak dengan kelajuan yang berbeda disebut
pembiasan. Pada pembiasan terjadi perubahan laju perambatan. Panjang
gelombangnya bertambah atau berkurang sesuai dengan perubahan kelajuannya,
tetapi tidak ada perubahan frekuensi.
Pada gambar tersebut kecepatan gelombang
pada medium 2 lebih kecil daripada medium 1. Dalam hal ini, arah gelombang
membelok sehingga perambatannya lebih hampir tegak lurus terhadap batas. Jadi,
sudut pembiasan (θ2), lebih kecil daripada sudut
datang (θ1).
Gelombang yang datang dari medium 1 ke
medium 2 mengalami perlambatan. Muka gelombang A, pada waktu yang sama t di
mana A1 merambat sejauh l1 = v1t, terlihat
bahwa A2 merambat sejauh l2 = v2t. Kedua segitiga
yang digambarkan memiliki sisi sama yaitu a. Sehingga:
sin θ1 = l1/a = v1t/a dan sin
θ2 = l2/a = v2t/a
Dari kedua persamaan tersebut diperoleh:
(sin θ1/sin θ2) = v1/v2………………………………………………….. (1)
Perbandingan v1/v2 menyatakan
indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1, n, sehingga:
n = n2/n1 ………………………………………………………. (2)
Dari persamaan (1) dan (2) akan diperoleh:
sin θ1/sin θ2 = n
(sin θ1/sin θ2) = (n2/n1) ………………………………………………. (3)
atau
n1.sin θ1 = n2.θ2 …………………………………. (4)
Persamaan (4) merupakan pernyataan Hukum Snellius.
Lebih jelasnya :
Hukum Snellius, yaitu:
1. Sinar datang, garis normal, dan sinar
bias terletak pada satu bidang datar.
2. Jika sinar datang dari medium lebih
rapat menuju medium yang kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis
normal.
3. Jika sinar datang dari medium kurang
rapat menuju medium yang lebih rapat, maka sinar akan dibiaskan mendekati garis
normal .
4. Perbandingan sinus sudut datang (i)
dengan sinus sudut bias (r) merupakan suatu bilangan tetap. Bilangan tetap
inilah yang sebenarnya menunjukkan indeks bias.
Secara matematis dapt dirumuskan sbb :
Sin i = n2 = v1
Sin r = n1
= v2
I = sudut datang
r = sudut bias
v1 = Cepat rambat gelombang dalam medium 1 (m/s)
v2 = Cepat rambat gelombang dalam medium 2 (m/s)
Contoh Soal :
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
Ditanya : r=
....?
Jawab:
Dengan menggunakan persamaan n1 sinq1 = n2 sinq2, maka diperoleh:
sinθ1 = sinθ2
sin 30o =½ sin r
½ = ½ sin
r
Sin r = ,
atau r = 45o.
3. Difraksi (Pelenturan) Gelombang
Difraksi merupakan peristiwa penyebaran atau pembelokan gelombang pada saat
gelombang tersebut melintas melalui bukaan atau mengelilingi ujung penghalang.
Besarnya difraksi bergantung pada ukuran penghalang dan panjang
gelombang,
Makin kecil panghalang dibandingkan panjang gelombang dari gelombang itu,
makin besar pembelokannya.
4. Interferensi Gelombang
Interaksi antara dua gerakan gelombang atau lebih yang mempengaruhi suatu
bagian medium yang sama sehingga gangguan sesaat pada gelombang paduan
merupakan jumlah vektor gangguan-gangguan sesaat pada masing-masing gelombang
merupakan penjelasan fenomena interferensi. Interferensi terjadi pada dua
gelombang koheren, yaitu gelombang yang memiliki frekuensi dan beda fase sama.
Pada gelombang tali, jika dua buah gelombang tali merambat berlawanan arah,
saat bertemu keduanya melakukan interferensi. Setelah itu, masing-masing
melanjutkan perjalanannya seperti semula tanpa terpengaruh sedikit pun dengan
peristiwa interferensi yang baru dialaminya. Sifat khas ini hanya dimiliki oleh
gelombang.
|
Jika dua buah gelombang bergabung sedemikian rupa sehingga puncaknya tiba
pada satu titik secara bersamaan, amplitudo gelombang hasil gabungannya lebih
besar dari gelombang semula. Gabungan gelombang ini disebut saling menguatkan
(konstruktif). Titik yang mengalami interferensi seperti ini disebut perut
gelombang. Akan tetapi, jika puncak gelombang yang satu tiba pada suatu titik
bersamaan dengan dasar gelombang lain, amplitudo gabungannya minimum (sama
dengan nol). Interferensi seperti ini disebut interferensi saling melemahkan
(destruktif). Interferensi pada gelombang air dapat diamati dengan
menggunakan tangki riak dengan dua pembangkit gelombang lingkaran.
|
Berdasarkan gambar, S1 dan S2 merupakan
sumber gelombang lingkaran yang berinterferensi. Garis tebal (tidak
putus-putus) menunjukkan muka gelombang yang terdiri atas puncak-puncak
gelombang, sedangkan garis putus-putus menunjukkan dasar-dasar gelombang.
Perpotongan garis tebal dan garis putus-putus diberi tanda lingkaran kosong
(O). Pada tangki riak, garis sepanjang titik perpotongan itu berwarna agak
gelap, yang menunjukkan terjadinya interferensi yang saling melemahkan
(destruktif). Di antara garis-garis agak gelap, terdapat pitapita yang sangat
terang dan gelap secara bergantian. Pita sangat terang terjadi jika puncak dua
gelombang bertemu (perpotongan garis tebal), dan pita sangat gelap terjadi jika
dasar dua gelombang bertemu (perpotongan garis putus-putus). Titik-titik yang
paling terang pada pita terang dan titik-titik yang paling gelap pada pita
gelap merupakan titik-titik hasil interferensi saling menguatkan.
5. Dispersi Gelombang
Dispersi adalah peristiwa penguraian sinar cahaya yang merupakan campuran
beberapa panjang gelombang menjadi komponen-komponennya karena pembiasan.
Dispersi terjadi akibat perbedaan deviasi untuk setiap panjang gelombang, yang
disebabkan oleh perbedaan kelajuan masing-masing gelombang pada saat melewati
medium pembias.
Apabila sinar cahaya putih jatuh pada salah satu sisi prisma, cahaya putih
tersebut akan terurai menjadi komponen-komponennya dan spektrum lengkap cahaya
tampak akan terlihat.
Secara matematis rumus dispersi dapat dirumuskan sbb :
φ = Du – Dm
φ = (nu – 1) β – (nm –
1)β
φ = (nu – nm )β
dengan keterangan bahwa :
φ = sudut dispersi
nu = indeks bias warna
ungu
nm = indeks bias warna
merah
β = sudut puncak atau sudut pembias prima
contoh soal :
seberkas sinar dengan sudut datang sebesar
45o melewati suatu prisma sama sisi yang berada di udara dan
terjadi deviasi minimum. Tentukanlah besar sudut deviasi minimum dan
indeks bias prisma tersebut.
Penyelesaian :
Besaran yang diketahui :
i1 =
45o
β
= 60o karena prisma sama sisi
nm =
1 karena udara
maka;
Dm = 2i1 –
β
Dm = 2 x 45o –
60o
Dm = 90o –
60o
Dm = 30o
Jadi, besar sudut deviasi minimumnya
adalah 30o
nm sin ½ (β + Dm )
= np sin ½ β
np = (nm sin
½ (β + Dm )) / sin ½ β
np = (1 sin ½ (600 +
30o)) / sin ½ 600
np = sin 45o/
sin 30o
np = ½ √2/ ½
np = √2
sehingga, indeks bias prisma tersebut
adalah sebesar √2
6. Polarisasi Gelombang
Polarisasi merupakan proses pembatasan
getaran vektor yang membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah.
Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal saja dan tidak dapat
terjadi pada gelombang longitudinal . Suatu gelombang transversal
mempunyai arah rambat yang tegak lurus dengan bidang rambatnya. Apabila suatu
gelombang memiliki sifat bahwa gerak medium dalam bidang tegak lurus arah
rambat pada suatu garis lurus, dikatakan bahwa gelombang ini terpolarisasi
linear.
Sebuah gelombang tali mengalami polarisasi setelah dilewatkan pada celah
yang sempit. Arah bidang getar gelombang tali terpolarisasi adalah searah
dengan celah .
Mengapa polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal?
Ide polarisasi gelombang
dengan mudah dapat kita pahami dengan memperhatikan secara seksama suatu
gelombang transversal pada tali ketika melewati sebuah celah. Dari penjelasan
sebelumnya dapat kita nyatakan bahwa suatu gelombang terpolarisasi linear bila
getaran dari gelombang tersebut selalu terjadi dalam satu arah saja. Arah ini
disebut arah polarisasi. Untuk
mengamati polarisasi ini, marilah kita ikat seutas tali pada titik O di
dinding, kemudian masukkan ujung tali lain, yaitu ujung A ke sebuah celah,
seperti pada gambar 1.26. Pasang celah dalam posisi vertikal, kemudian getarkan
ujung tali di A sehingga gelombang transversal yang merambat dari A dapat
menembus celah, dan sampai di titik O. Ubahlah posisi celah menjadi horisontal,
kemudian getarkan kembali ujung tali A secara vertikal. Hasil pengamatan
menunjukkan bahwa gelombang vertikal tidak dapat menembus celah (tampak tidak
ada gelombang diantara celah dan titik O). Jika kemudian tali di titik A
digetarkan berputar, artinya digetarkan ke segala arah dan celah dipasang
vertikal, apa yang terjadi? Ternyata, gelombang dapat menembus celah
dengan arah getaran gelombang yang sama dengan arah posisi celah, yaitu arah
vertikal. Apa yang dapat Anda pahami dari peristiwa tersebut?
Gambar 1.26
Polarisasi Gelombang
Peristiwa tersebut
menunjukkan terjadinya polarisasi pada gelombang tali yang melewati sebuah
celah sempit, dengan arah polarisasi gelombang sesuai arah celahnya. Polarisasi
dapat diartikan sebagai penyearah gerak getaran gelombang. Jika gelombang
bergetar ke segala arah, seperti pada gambar 1.26 setelah melewati sebuah celah,
arah getaran gelombang menjadi satu arah getar saja, yang disebut dengan
gelombang terpolarisasi linear.
Jadi, hanya
gelombang-gelombang yang memiliki arah getaran tegaklurus dengan arah
rambatannya saja yang disebut sebagai gelombang transversal, yang dapat
mengalami polarisasi. Oleh karena cahaya atau gelombang elektromagnet termasuk
gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi.
B. Sifat - Sifat dari Gelombang Bunyi
1. Gelombang Bunyi Memerlukan Medium Dalam
Perambatannya
Karena
gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik, maka dalam perambatannya
bunyi memerlukan medium. Hal ini dapat dibuktikan saat dua orang astronout
berada jauh dari bumi dan keadaan dalam pesawat dibuat hampa udara,
astronout tersebut tidak dapat bercakap-cakap langsung tetapi menggunakan
alat komunikasi seperti telepon. Meskipun dua orang astronout tersebut
berada dalam satu pesawat. Kemampuan medium untuk menggetarkan partikel berbeda
– beda bahkan ada medium yang dapat meredam bunyi, misalnya air.
2. Gelombang Bunyi Mengalami Pemantulan (Refleksi)
Salah satu sifat gelombang adalah dapat dipantulkan sehingga gelombang bunyi
juga dapat mengalami hal ini. Hukum pemantulan gelombang: sudut
datang = sudut pantul juga berlaku pada gelombang bunyi. Hal ini
dapat dibuktikan bahwa pemantulan bunyi dalam ruang tertutup dapat
menimbulkan gaung. Yaitu sebagian bunyi pantul bersamaan
dengan bunyi asli sehingga bunyi asli terdengar tidak jelas. Untuk
menghindari terjadinya gaung maka dalam bioskop, studio, radio, televisi,
dan gedung konser musik, dindingnya dilapisi zat peredam suara yang
biasanya terbuat dari kain wol, kapas, gelas, karet, atau besi.
3. Gelombang Bunyi Mengalami Pembiasan (Refraksi)
Salah satu sifat gelombang adalah mengalami pembiasan. Peristiwa pembiasan
dalam kehidupan sehari-hari misalnya pada malam hari bunyi petir terdengar
lebih keras daripada siang hari. Hal ini disebabkan karena pada pada siang
hari udara lapisan atas lebih dingin daripada di lapisan bawah. Karena
cepat rambat bunyi pada suhu dingin lebih kecil daripada suhu panas maka
kecepatan bunyi di lapisan udara atas lebih kecil daripada di lapisan
bawah, yang berakibat medium lapisan atas lebih rapat dari medium lapisan
bawah. Hal yang sebaliknya terjadi pada malam hari. Jadi pada siang hari
bunyi petir merambat dari lapisan udara atas ke lapisan udara bawah.
Jika bunyi datangnya merambat vertikal ke bawah, pada malam hari, arah rambat
bunyi dibiaskan mendekati garis normal. Sebaliknya, pada siang hari arah rambat
bunyi dibiaskan menjauhi garis normal. Sesuai dengan hukum pembiasan gelombang
bahwa gelombang datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat akan
dibiaskan mendekati garis normal atau sebaliknya.
4. Gelombang Bunyi Mengalami Pelenturan (Difraksi)
Gelombang bunyi sangat mudah mengalami difraksi karena gelombang bunyi di udara
memiliki panjang gelombang dalam rentang sentimeter sampai beberapa meter.
Difraksi adalah peristiwa pelenturan gelombnag ketika melewati celah, yang
ukuran celahnya se- orde dengan panjang gelombangnya. Seperti yang
kita ketahui, bahwa gelombang yang lebih panjang akan lebih mudah di
difraksikan. Peristiwa difraksi terjadi misalnya saat kita dapat mendengar
suara mesin mobil di tikungan jalan walaupun kita belum melihat mobil tersebut
karena terhalang oleh bangunan tinggi di pinggir tikungan.
5. Gelombang Bunyi Mengalami Perpaduan (Interferensi)
Gelombang bunyi mengalami gejala perpaduan gelombang atau interferensi, yang
dibedakan menjadi dua yaitu interferensi konstruktif atau
penguatan bunyi dan interferensi destruktif atau
pelemahan bunyi. Misalnya waktu kita berada diantara dua buah loud-speaker
dengan frekuensi dan amplitudo yang sama atau hampir sama maka kita akan
mendengar bunyi yang keras dan lemah secara bergantian.
6. Gelombang Bunyi Mengalami Pelayangan Bunyi
Interfensi
yang ditimbulkan dari dua gelombang bunyi dapat menyebabkan peristiwa
pelayangan bunyi, yaitu penguatan dan pelemahan bunyi. Hal tersebut terjadi
akibat superposisi dua gelombnag yang memiliki frekuensi yang sedikit berbeda
dan merambat dalam arah yang sama. Jika kedua gelombang bunyi tersebut merambat
bersamaan, akan menghasilkan bunyi paling kuat saat fase keduanya sama. Jika
kedua getaran berlawanan fase, akan menghasilkan bunyi paling lemah.
C.
Sifat - Sifat dari Gelombang Cahaya
1. Gelombang Cahaya
Mengalami Interferensi
Gelombang cahaya seperti
halnya gelombang bunyi yaitu dapat berinteferensi. Untuk mendapatkan
inteferensi cahaya pun diperlukan sumber cahaya yang koheren, yaitu sumber
cahaya yang memiliki frekuensi sama, dan beda fase tetap. Sumber cahaya yang
koheren dapat diamati dari percobaan yang dilakukan oleh Young dan Fresnell.
Interferensi cahaya dapat menghasilkan pola gelap terang. Pola gelap dihasilkan
dari interferensi destruktif (saling melemahkan) akibat penggabungan dua
gelombang yang memiliki fase berlawanan. Pola terang dihasilkan dari
interferensi konstruktif (saling menguatkan) akibat penggabungan dua gelombang
yang memiliki fase yang sama.
2. Gelombang Cahaya Mengalami Difraksi
Difraksi gelombang
adalah proses pembelokan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang
berupa celah atau sudut penghalang yang menghalangi sebagian muka gelombang.
Difraksi cahaya juga terjadi pada celah sempit yang terpisah sejajar satu sama
lain pada jarak yang sama. Celah sempit itu disebut kisi difraksi. Semakin
banyak celah pada sebuah kisi, semakin tajam pola difraksi yang dihasilkan pada
layar. Difraksi maksimum terjadi jika pada layar tampak garis – garis terang.
Pola difraksi yang dibentuk juga oleh sebuah celah bulat terdiri atas bentuk
terang pusat yang dikelilingi cincin terang dan gelap.
3. Gelombang Cahaya Mengalami Polarisasi
Polarisasi adalah proses
penyaringan arah getar suatu gelombang. Alat untuk meyaring arah getar ini
disebut polaroid. Salah satu contohnya adalah kristal. Polarisasi
juga terdapat pada pemantulan dan pembiasan, dan pada pembiasan ganda.
Penyerapan dan pemantulan kembali cahaya oleh partiket disebut hamburan. Jika
cahaya tidak terpolarisasi datang pada suatu medium (gas), cahaya yang
dihamburkan dapat terpolarisasi sebagian atau seluruhnya. Arah polarisasi
sedemikian rupa sehingga tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh garis
sinar datang dan garis penglihatan.
D.
Sifat - Sifat Gelombang Elektromagnetik
1) Perubahan medan listrik
dan medan magnet terjadi pada saat yang bersamaan.
2) Arah medan listrik dan
medan magnet saling tegak lurus.
3) Kuat medan listrik dan
magnet besarnya berbanding lurus satu dengan yang lain, yaitu menurut hubungan
E = c . B.
4) Arah perambatan
gelombang elektromagnetik selalu tegak lurus arah medan listrik dan medan
magnet.
5) Gelombang
elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa.
6) Gelombang
elektromagnetik merambat dengan laju yang hanya bergantung pada sifat-sifat
listrik dan magnet medium.
7) Laju rambat gelombang
elektromagnetik dalam ruang hampa merupakan tetapan umum dan nilainyac = 3 x 108 m/s.
8) Gelombang
elektromagnetik adalah berupa gelombang transversal.
9) Gelombang
elektromagnetik dapat mengalami proses pemantulan, pembiasan, polarisasi,
interferensi, dan difraksi (lenturan).
DAFTAR PUSTAKA :