KARAKTERISTIK GELOMBANG

SIFAT – SIFAT GELOMBANG

A.        Gelombang Memiliki Karakteristik (Ciri - Ciri) Secara Umum :

Berikut ini adalah Penjelasan Lengkapnya mengenai Sifat Gelombang  :

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.

Pemantulan Gelombang

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)

Pembiasan 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

v_{1 =} Cepat rambat gelombang dalam medium 1 (m/s)

v_{2 =} Cepat rambat gelombang dalam medium 2 (m/s)

Contoh Soal :

Sebuah gelombang lurus datang pada bidang batas antara dua medium dengan sudut datang 30^o. Jika indeks bias medium 2 relatif terhadap medium 1 adalah ½, berapa sudut biasnya?

Penyelesaian:

Diketahui :

Sudut datang i = 30^o

Indeks bias  n= = ½

Ditanya :  r= ....?

Jawab:

Dengan menggunakan persamaan n₁ sinq₁ = n₂ sinq₂, maka diperoleh:

sinθ₁ = sinθ₂

sin 30^o =½  sin r

½   = ½  sin r

Sin r ₌ , atau  r = 45^o.

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.

Difraksi Gelombang

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.

Interferensi Gelombang

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 = D_u – D_m

φ = (n_u – 1) β – (n_m – 1)β

φ = (n_u – n_m )β

dengan keterangan bahwa :

φ = sudut dispersi

n_u = indeks bias warna ungu

n_m = indeks bias warna merah

β = sudut puncak atau sudut pembias prima

contoh soal :

seberkas sinar dengan sudut datang sebesar 45^o 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 = 45^o

       β = 60^o karena prisma sama sisi

       n_m = 1 karena udara

maka;

D_m = 2i₁ – β

D_m = 2 x 45^o – 60^o

D_m = 90^o – 60^o

D_m = 30^o

Jadi, besar sudut deviasi minimumnya adalah 30^o

n_m sin ½ (β + D_m ) = n_p sin ½ β

n_p = (n_m sin ½ (β + D_m )) / sin ½ β

n_p = (1 sin ½ (60⁰ + 30^o)) / sin ½ 60⁰

n_p = sin 45^o/ sin 30^o

n_p = ½ √2/ ½

n_p = √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 .

Polarisasi Gelombang

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 :

http://fisikasmasmk.blogspot.com/2012/06/hukum-pembiasan-gelombang-cahaya.html

http://ilmakribooo.wordpress.com/2013/09/01/sifat-sifat-gelombang-dan-contohnya/

http://andrimuchsin.blogspot.com/2013/10/sudut-dispersi-dispersi-cahaya-oleh.html

http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=29:contoh-penurunan-persamaan-umum-pembiasan-gelombang&catid=1:gelombang-mekanik&Itemid=75

http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=33:mengapa-polarisasi-hanya-terjadi-pada-gelombang-transversal&catid=1:gelombang-mekanik&Itemid=79