Gambar Sampul Fisika  · a_BAB 1 GELOMBANG
Fisika · a_BAB 1 GELOMBANG
JokoBudiyanto

24/08/2021 16:43:54

SMA 12 K-13

Lihat Katalog Lainnya
Halaman
Joko BudiyantoJoko BudiyantoJoko BudiyantoJoko BudiyantoJoko BudiyantoUntuk SMA/MA Kelas XIIFISIKA
FisikaUntuk SMA/MA Kelas XIIDisusun oleh:Joko BudiyantoEditor:Diyah NurainiDesign Cover:DestekaSetting/Layout: Ike Marsanti, Esti PertiwiDiterbitkan oleh Pusat PerbukuanDepartemen Pendidikan NasionalTahun 2008Diperbanyak Oleh:...Hak Cipta pada Departemen Pendidikan NasionalDilindungi Undang-undangBuku ini telah dibeli hak ciptanya olehDepartemen Pendidikan Nasional dariPenerbit CV Teguh Karya530.07JOK 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 Nurainiii
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 untukdisebarluaskan kepada masyarakat melalui situs internet (website) JaringanPendidikan Nasional.Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikan dantelah ditetapkan sebagai buku teks pelajaran yang memenuhi syarat kelayakanuntuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri PendidikanNasional 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 DepartemenPendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para siswa dan guru diseluruh Indonesia.Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada DepartemenPendidikan Nasional ini, dapat diunduh (down load), digandakan, dicetak,dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun, untuk penggandaan yangbersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkanoleh Pemerintah. Diharapkan bahwa buku teks pelajaran ini akan lebih mudahdiakses sehingga siswa dan guru di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesiayang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini.Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada para siswakami ucapkan selamat belajar dan manfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kamimenyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, sarandan kritik sangat kami harapkan.Jakarta, Februari 2009Kepala Pusat PerbukuanKata Sambutan iii
Kata PengantarPuji syukur patut kalian panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karenadengan rahmat dan karunia-Nya kalian memperoleh kesempatan untuk melanjutkanbelajar ke jenjang berikutnya.Saat ini kalian akan diajak kembali belajar tentang Fisika. Fisika merupakansalah satu cabang IPA yang mendasari perkembangan teknologi maju dan konsephidup harmonis dengan alam.Perkembangan pesat di bidang teknologi informasi dan komunikasi dewasa ini,sedikit banyak dipicu oleh temuan-temuan di bidang fisika material melaluipenemuan piranti mikroelektronika yang mampu memuat banyak informasi denganukuran yang sangat kecil. Oleh karena itu, sebagai seorang pelajar kalian perlu memilikikemampuan berpikir, bekerja, dan bersikap ilmiah serta berkomunikasi sebagai salahsatu 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 pendidikanyang lebih tinggi serta mengembangkan ilmu dan teknologi. Selain itu, juga untukmembantu kalian mengembangkan kemampuan bernalar, mengembangkanpengalaman, memupuk sikap ilmiah, dan membentuk sikap positif terhadap fisika.Buku ini memuat aspek materi fisika yang menekankan pada segala bentuk fenomenaalam dan pengukurannya, gerak benda dengan berbagai hukumnya, penerapan gejalagelombang dalam berbagai bidang ilmu fisika, dan lain-lain yang disusun secarasistematis, komprehensif, dan terpadu. Dengan demikian, kalian akan memperolehpemahaman yang lebih luas dan mendalam tentang aspek-aspek tersebut.Akhirnya, semoga buku ini bermanfaat bagi kalian dalam memperolehpengetahuan, pemahaman, dan kemampuan menganalisis segala hal yang berkaitandengan fenomena alam sehingga kalian mampu hidup selaras berdasarkan hukumalam, mampu mengelola sumber daya alam dan lingkungan serta mampu mengurangidampak bencana alam di sekitar kalian.Selamat belajar, semoga sukses.Juli, 2007Penulis iv
vDaftar IsiKATA SAMBUTAN..........................................................................................................iiiKATA PENGANTAR .......................................................................................... ivDAFTAR ISI................................................................................................................vBAB1GELOMBANG.............................................................................................1A. Pengertian Gelombang.............................................................................2B. Energi Gelombang....................................................................................8C. Superposisi...............................................................................................9D. Gelombang Berjalan dan Gelombang Stasioner......................................10E. Sifat-Sifat Gelombang...............................................................................17Kilas Balik........................................................................................................21Uji Kompetensi...............................................................................................22BAB2GELOMBANG CAHAYA............................................................................25A. Teori Maxwell...........................................................................................26B. Energi dalam Gelombang Elektromagnetik.............................................27C. Sifat-Sifat Gelombang Cahaya.................................................................33D. Efek Doppler pada Gelombang Elektromagnetik....................................48E. Aplikasi Gelombang Cahaya....................................................................48Kilas Balik........................................................................................................51Uji Kompetensi...............................................................................................53BAB3GELOMBANG BUNYI...............................................................................57A. Bunyi merupakan Gelombang Longitudinal............................................58B. Sifat Bunyi ................................................................................................59C. Efek Doppler............................................................................................60D. Cepat Rambat Gelombang.......................................................................62E. Sumber Bunyi ...........................................................................................65F. Energi dan Intensitas Gelombang ............................................................69G. Pelayangan Bunyi ......................................................................................71H. Aplikasi Bunyi Ultrasonik........................................................................74Kilas Balik........................................................................................................76Uji Kompetensi...............................................................................................78BAB4LISTRIK STATIS........................................................................................81A. Listrik Statis dan Muatan Listrik.............................................................82B. Hukum Coulomb.....................................................................................83C. Medan Listrik...........................................................................................86D. Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik .........................................92E. Kapasitor...................................................................................................97Kilas Balik ........................................................................................................ 106Uji Kompetensi............................................................................................... 107BAB5MEDAN MAGNETIK................................................................................ 111A. Medan Magnetik di Sekitar Arus Listrik................................................112B. Gaya Magnetik (Gaya Lorentz)................................................................ 120C. Penerapan Gaya Magnetik....................................................................... 126Kilas Balik........................................................................................................ 128
Uji Kompetensi............................................................................................... 129BAB6INDUKSI ELEKTROMAGNETIK............................................................133A . Ggl Induksi ............................................................................................... 134B. Aplikasi Induksi Elektromagnetik........................................................... 141C. Induktansi................................................................................................. 146Kilas Balik........................................................................................................ 152Uji Kompetensi............................................................................................... 153BAB7ARUS DAN TEGANGAN LISTRIK BOLAK-BALIK..............................156A. Rangkaian Arus Bolak-Balik.....................................................................158B. Daya pada Rangkaian Arus Bolak-Balik.................................................. 170C. Resonansi pada Rangkaian Arus Bolak-Balik.......................................... 172Kilas Balik........................................................................................................ 174Uji Kompetensi............................................................................................... 174UJI KOMPETENSI SEMESTER 1...................................................................................178BAB8RADIASI BENDA HITAM......................................................................... 189A. Radiasi Panas dan Intensitas Radiasi .......................................................190B. Hukum Pergeseran Wien......................................................................... 193C. Hukum Radiasi Planck............................................................................ 194D. Efek Fotolistrik dan Efek Compton......................................................... 197Kilas Balik........................................................................................................ 202Uji Kompetensi............................................................................................... 203BAB9FISIKA ATOM.............................................................................................207A. Teori Model Atom....................................................................................208B. Tingkat Energi.......................................................................................... 214C . Bilangan Kuantum .................................................................................... 217D . Asas Pauli .................................................................................................. 220E. Energi Ionisasi dan Afinitas Elektron...................................................... 221Kilas Balik........................................................................................................ 224Uji Kompetensi............................................................................................... 225BAB10 RELATIVITAS KHUSUS............................................................................229A. Relativitas Newton...................................................................................230B. Percobaan Michelson dan Morley........................................................... 232C. Postulat Teori Relativitas Khusus ............................................................. 233D. Massa, Momentum, dan Energi Relativistik........................................... 239E. Aplikasi Kesetaraan Massa dan Energi.................................................... 242Kilas Balik........................................................................................................ 244Uji Kompetensi............................................................................................... 245BAB11 FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS...................................................249A . Partikel Penyusun Inti Atom.................................................................... 250B. Radioaktivitas........................................................................................... 255C. Reaksi Inti................................................................................................ 265D. Reaktor Nuklir......................................................................................... 269Kilas Balik........................................................................................................ 271Uji Kompetensi............................................................................................... 272UJI KOMPETENSI SEMESTER 2...................................................................................275GLOSARIUM.................................................................................................................... 287DAFTAR PUSTAKA......................................................................................................... 289DAFTAR KONSTANTA................................................................................................... 291KUNCI JAWABAN........................................................................................................... 294INDEKS............................................................................................................................. 296vi
vii
Bab 1 GelombangGelombangBerdasarkanarah rambatBerdasarkanmedium perantaraPuncakLembahGelombangtransversalRapatanRengganganGelombangmekanikGelombangelektromagnetikGelombanglongitudinalSifat gelombangRefleksiRefraksiDifraksiInterferensiDispersiPolarisasiPETPETPETPETPETA KA KA KA KA KONSEPONSEPONSEPONSEPONSEPviii
Bab 1 Gelombang11GELOMBANGGempa bumi diakibatkan pergeserankulit bumi yang membentuk polagelombang.Sumber: Encarta Encyclopedia, 2006Peristiwa gempa bumi yang sering terjadi di Indonesia merupakanperistiwa alam yang dahsyat. Gempa bumi terjadi akibat bergesernyalapisan kulit bumi. Pergeseran lapisan kulit bumi ini membentuk suatupola gelombang. Secara umum, gelombang dibedakan menjadi gelombangmekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik adalahgelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium. Sementara itu,gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dalam perambatannyatidak memerlukan medium. Untuk lebih memahami konsep gelombangikutilah uraian berikut ini.
2Fisika XII untuk SMA/MAKonsep gelombang banyak diterapkan dalamkehidupan sehari-hari. Gelombang bunyi, gelombangcahaya, gelombang radio, dan gelombang air merupakanbeberapa contoh bentuk gelombang. Ketika kita melihatfenomena gelombang laut, ternyata, air gelombang tidakbergerak maju, melainkan melingkar. Sehingga air hanyabergerak naik-turun begitu gelombang melintas. Tepipantai menahan dasar gelombang, sehingga puncakgelombang bergerak lebih cepat untuk memecah di tepipantai. Dengan demikian, terjadinya gerak gelombanglaut dapat dirumuskan sebagai berikut. Pertama, airmencapai dasar lingkaran pada lembah gelombang.Kemudian, air mencapai bagian atas lingkaran padapuncak gelombang. Lalu, puncak gelombang memecahdi tepi pantai. Gelombang air bergerak dengan kecepatanyang bisa diketahui. Tetapi, setiap partikel pada air itusendiri, hanya berosilasi terhadap titik setimbang.Gelombang bergerak melintasi jarak yang jauh, tetapimedium (cair, padat, atau gas) hanya bisa bergerak terbatas.Dengan demikian, walaupun gelombang bukan merupakanmateri, pola gelombang dapat merambat pada materi.A.Pengertian GelombangSebuah bandul yang berayun mengalami gerak osilasi.Karakteristik gerak osilasi yang paling dikenal adalahbahwa gerak tersebut bersifat periodik atau berulang-ulang.Contoh osilasi yang dapat kita jumpai dalam kehidupansehari-hari antara lain bandul jam yang berayun ke kiridan ke kanan atau getaran dawai pada alat musik. Apabilabandul berayun atau berosilasi ia memiliki energi dalamjumlah yang tetap, yang berubah-ubah antara energipotensial pada tiap-tiap ujung ayunannya dan energi gerakpada titik tengahnya. Kecepatan osilasi bandul merupakanfrekuensinya. Benda berosilasi dapat membawa sebagianatau seluruh energinya ke objek lain dengan gerakangelombang. Misalnya, apabila air dibuat berosilasi, energiosilasinya tersebar ke permukaan di sekitarnya dalam bentukgelombang, karena tiap-tiap molekul air memengaruhimolekul di sekelilingnya. Pada kasus bunyi menyebardengan cara serupa.Pada bab ini, kalian akan mempelajari tentang gelom-bang secara umum, sifat-sifatnya, fase gelombang, gelombangberjalan, gelombang stasioner, pembiasan gelombang,difraksi gelombang, dan masih banyak lagi.amplitudo, difraksi, dispersi,fase gelombang, frekuensi,gelombang, interferensiGambar 1.1 Gelombang laut.Sumber: Ensiklopedi Umum untukPelajar, PT Ichtiar Baru van Hoeve,2005Istilah “memecah” padagelombang laut terjadi ketikaseluruh gelombangberinteraksi dengan dasarperairan dangkal sehinggatidak lagi merupakangelombang sederhana.
Bab 1 Gelombang3Sebuah gelombang terdiri dari osilasi yang bergerak tanpamembawa materi bersamanya. Gelombang membawaenergi dari satu tempat ke tempat lain. Pada kasus gelombanglaut, energi diberikan ke gelombang air, misalnya olehangin di laut lepas. Kemudian energi dibawa oleh gelombangke pantai.Gelombang periodik merupakan gerak gelombangsecara teratur dan berulang-ulang yang mempunyai sumberberupa gangguan yang kontinu dan berosilasi, berupagetaran atau osilasi. Gelombang air bisa dihasilkan olehbenda penggetar apapun yang diletakkan di permukaan,seperti tangan, atau air itu sendiri dibuat bergetar ketikaangin bertiup melintasinya, dan bisa juga karena sebuahbatu yang dilempar ke dalamnya.Gelombang LautGelombang laut dibedakan menjadi tiga macam, yaitu gelombang primer ataugelombang longitudinal. Gelombang ini merambat di permukaan bumi di dasar laut dengankecepatan antara 7 - 14 km/sekon. Yang kedua adalah gelombang sekunder atau gelombangtransversal. Gelombang ini merambat seperti gelombang primer melalui permukaan bumidi dasar laut. Dan yang ketiga adalah gelombang panjang. Gelombang ini dapatmenyebabkan 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 olehbergesernya lempengan kerak bumi.Percikan Fisikabuihpantaipuncak gelombanghempasangelombangpanjang gelombangketinggiangelombanglembahgelombangbatas bawah pengaruhgelombangdasar gelombangbukit pasirGelombang adalah osilasiyang berpindah, tidakmembawa materibersamanya.
4Fisika XII untuk SMA/MA1. Karakteristik GelombangKarakteristik utama suatu gelombangditunjukkan oleh beberapa besaran yangpenting, yang digunakan untuk men-deskripsikan gelombang sinusoida periodik,seperti diperlihatkan pada Gambar 1.2.Titik-titik tertinggi pada gelombangdisebut puncak gelombang, sedangkan titik-titik terendah disebut lembah gelombang.Amplitudo adalah perpindahan maksimum, yaitu ketinggianmaksimum puncak, atau kedalaman maksimum lembah,relatif terhadap posisi kesetimbangan. Makin besaramplitudo, makin besar energi yang dibawa. Ayunan totaldari puncak sampai ke lembah sama dengan dua kaliamplitudo. Jarak dua titik berurutan pada posisi yang samadisebut panjang gelombang (λ). Panjang gelombang jugasama dengan jarak antardua puncak yang berurutan.Frekuensi ( f ), adalah jumlah puncak atau siklus lengkapyang melewati satu titik per satuan waktu. Sementara itu,periode (T ), adalah waktu yang diperlukan untuk sekaliosilasi, yaitu waktu yang berlalu antara dua puncak berurutanyang melewati titik yang sama pada ruang. Besar T adalahsetara dengan f1.Jarak yang ditempuh gelombang dalam satuan waktudisebut kecepatan gelombang (v). Jika sebuah gelombangmenempuh jarak satu panjang gelombang (λ), dalam satuperiode (T ), maka kecepatan gelombang adalah samadengan λ/T, atau v = Tλ.Karena T1 = f, maka:v= .fλ................................................................ (1.1)Kecepatan gelombang bergantung pada sifat mediumperambatannya. Misalnya, kecepatan gelombang pada talibergantung pada tegangan tali (FT), dan massa tali persatuan panjang (m/L).Hubungan tersebut dapat dirumuskan:v=LmFT............................................................. (1.2)Dari persamaan (1.2), apabila besar massa per satuanpanjang semakin besar, maka makin besar inersia yangdimiliki tali, sehingga perambatan gelombang akan lambat.Kecepatan gelombang tidaksama dengan kecepatanpartikel.Gambar 1.2 Karakteristik gelombang kontinusatu frekuensi.perpindahanpuncakamplitudolembahposisikesetimbanganλ
Bab 1 Gelombang5Gambar 1.3 Gelombang airmerupakan contoh gelombangtransversal.Sumber: Jendela Iptek Energi, PT BalaiPustaka, 20002. Gelombang Transversal dan GelombangLongitudinalPada gelombang yang merambat di atas permukaanair, air bergerak naik dan turun pada saat gelombangmerambat, tetapi partikel air pada umumnya tidak ber-gerak maju bersama dengan gelombang. Gelombangseperti ini disebut gelombang transversal, karena ganggu-annya tegak lurus terhadap arah rambat, seperti yangdiperlihatkan pada Gambar 1.4. Gelombang elektro-magnetik termasuk jenis gelombang ini, karena medanGambar 1.4 Gelombang transversal.Sumber: Fisika Jilid 1, Erlangga, 2001panjanggelombanglistrik dan medan magnet berubahsecara periodik dengan arah tegak lurussatu sama lain. Dan juga tegak lurusterhadap arah rambat.Pada gelombang bunyi, udara secarabergantian mengalami perapatan danperenggangan karena adanya pergeseranpada arah gerak. Gelombang seperti inidisebut gelombang longitudinal.Rapatan adalah daerah sepanjang gelombang longitu-dinal yang memiliki tekanan dan kerapatan molekul-molekulnya lebih tinggi dibandingkan saat tidak adagelombang yang melewati daerah tersebut. Sementara itu,daerah dengan tekanan dan kerapatan molekul-molekulnyalebih rendah dibandingkan saat tidak ada gelombang yangmelewatinya disebut renggangan. Gelombang longitudinalini ditunjukkan oleh Gambar 1.5.gerakan tanganGambar 1.5Gelombang longitudinal pada slinki.rengganganrapatanSemua gelombang memindahkan energinya tidak secarapermanen melainkan melalui medium perambatan gelombangtersebut. Gelombang disebut juga dengan gelombang berjalanatau gelombang merambat disebabkan adanya perpindahanenergi dari satu tempat ke tempat lain karena getaran.Pada gelombang transversal, misalnya gelombang tali,seperti yang ditunjukkan Gambar 1.6, memperlihatkangelombang merambat ke kanan sepanjang tali. Tiappartikel tali berosilasi bolak-balik pada permukaan meja.Gambar 1.6Gelombang yangmerambat pada tali.
6Fisika XII untuk SMA/MArapatanrapatanλλGambar 1.8Panjang gelombang padagelombang longitudinal.Berikut ini dijelaskan beberapa istilah yang berlaku padagelombang transversal, berdasarkan pada Gambar 1.7.1. Puncak gelombang, yaitu titik-titik tertinggi padagelombang (misalnya titik a dan e).2.Dasar gelombang, yaitu titik-titik terendah padagelombang (misalnya titik c dan g).3. Bukit gelombang, yaitu lengkungan o-a-b atau d-e-f.4.Lembah gelombang, yaitu lengkungan b-c-d atauf-g-h.5. Amplitudo (A), yaitu perpindahan maksimum (misal-nya: a'adan c'c).6 .Panjang gelombang (λ), yaitu jarak antara dua puncakberurutan (misalnya a-e) atau jarak dua dasar berurut-an (c-g).7. Periode (T ) yaitu waktu yang diperlukan untukmenempuh a-e atau c-g.jaraksepanjangtaliaObcdefghAperpindahanλλGambar 1.7Grafik simpangan terhadap kedudukan.Gelombang seringdigambarkan sebagai runutamplitudo terhadap waktu.Makin besar frekuensi, makinbanyak osilasi yang terjadisetiap detik, dan makinpendek pula panjanggelombangnya.Tangan yang berosilasi memindahkan energi ke tali, yangkemudian membawanya sepanjang tali dan dipindahkanke ujung lain. Grafik perpindahan gelombang tali tersebutdapat diamati pada Gambar 1.7.Panjang gelombang, frekuensi, dankecepatan gelombang merupakanbesaran-besaran yang berlaku dalamgelombang longitudinal. Panjanggelombang menunjukkan jarak antararapatan yang berurutan atau rengganganyang berurutan. Sementara itu, frekuensiadalah jumlah tekanan yang melewatisatu titik tertentu per sekon. Kecepatandimana setiap rapatan tampak bergerak menyatakankecepatan gelombang, yang mempunyai bentuk hampirsama dengan kecepatan gelombang transversal pada talipada persamaan (1.2), yaitu:
Bab 1 Gelombang7v=inersiafaktor elastisgaya faktor Untuk perambatan gelombang longitudinal pada batangpadat, berlaku:v = ñE.............................................................. (1.3)dengan E adalah modulus elastis materi, dan ρ adalahkerapatannya. Sementara itu, untuk perambatan gelombanglongitudinal dalam zat cair atau gas adalah:v = ñB............................................................. (1.4)dengan B menyatakan Modulus Bulk.Tujuan:Menghasilkan gelombang yang berdiri.Alat dan bahan : Tali sepanjang 6 kaki (1,8 m).KegiatanLanjutkan gerakan ini secara konstan selama 6 kali atau lebih sehinggadihasilkan sejumlah gelombang yang sama. Perhatikan jumlah gelombangyang dihasilkan.4. Gerakkan tali lebih cepat, kemudian perhatikan jumlah gelombang yangdihasilkan.Diskusi:1. Bagaimana arah gerak gelombang tali yang terbentuk?2. Kesimpulan apa yang dapat kalian ambil dari kegiatan tersebut?Cara Kerja:1. Ikatlah salah satu ujung tali padasuatu penopang (ujung tetap). Buat-lah agar tali bebas bergerak.2. Pegang ujung tali yang tidak diikat(ujung bebas), kemudian menjauh-lah hingga jarak tertentu dari ujungtetap sehingga tali menjadi lurus.3.Menghadaplah ke ujung tetap.Dengan pelan, gerakkan tali bolak-balik ke kanan dan ke kiri untukmenghasilkan gelombang tali.tali digerakkansecara horizontalpuncakgelombangpuncakgelombangdasargelombangdilihat dari atas
8Fisika XII untuk SMA/MAGambar 1.9Beda fase dua gelombang.gelombang darisumber pertamagelombang darisumber keduabeda fasebeda fase3. Fase GelombangPenjelasan mengenai suatu tahap yang telah dicapaioleh suatu gerak berkala, biasanya dengan membandingkandengan gerak lain yang sejenis dengan frekuensi samadisebut fase. Dua gelombang dikatakan sefase, bilakeduanya berfrekuensi sama dan titik-titik yang ber-sesuaian berada pada tempat yang sama selama osilasi(misalnya, keduanya berada pada puncak) pada saat yangsama. Jika yang terjadi sebaliknya, keduanya tidak sefase.Dan dua gelombang berlawanan fasejika perpindahan keduanya tepatberlawanan arah (misalnya, puncakdan lembah).Beda fase antara dua gelombangmenyatakan ukuran seberapa jauh,diukur dalam sudut, sebuah titikpada salah satu gelombang beradadi depan atau di belakang titik yang bersesuaian darigelombang lainnya. Untuk gelombang-gelombang yangberlawanan fase, beda fasenya adalah 180o; untuk yangsefase, besarnya 0o.B.Energi GelombangGelombang dalam perambatannya membawa sejumlahenergi dari satu tempat ke tempat lain. Energi dipindahkansebagai energi getaran antarpartikel medium perambatan.Untuk gelombang sinusoida dengan frekuensi f, partikelbergerak dalam gerak harmonis sederhana, sehingga energiyang dimiliki tiap partikel adalah:E= 21k.A2.......................................................... (1.5)Dengan A menyatakan amplitudo geraknya, baik secaratransversal maupun longitudinal. Diketahui bahwamenurut persamaan frekuensi gelombang, k = 4π2m/T2atau setara dengan 4π2mf2, sehingga dari persamaan (1.5),diperoleh:E= 2π2mf2A2.................................................... (1.6)Dengan m adalah massa partikel pada medium, yangmerupakan hasil kali massa jenis medium dengan volumenya.Pada transmisi energi olehgelombang, daya yangditransmisikan berbandinglurus dengan kuadratamplitudo, kuadrat frekuensi,dan laju gelombang.P = 2222ASvtfρπ
Bab 1 Gelombang9Dari Gambar 1.10, dapat ditentukan bahwa volumeV = Sl, di mana S adalah luas permukaan melalui managelombang merambat, dan l adalah jarak yang ditempuhgelombang dalam selang waktu t, sehingga l = vt, denganv menyatakan laju gelombang. Sehingga diperoleh:m=ρ.V = ρ.S.l = ρ.S.v.t, maka:E= 2222ASvtfρπ................................................ (1.7)Dari persamaan (1.7) terlihat bahwa energi yang dibawagelombang sebanding dengan kuadrat amplitudo. Energiyang dipindahkan gelombang biasanya dinyatakan dalamintensitas gelombang. Intensitas gelombang (I) didefinisikansebagai daya gelombang yang dibawa melalui bidang seluassatu satuan yang tegak lurus terhadap aliran energi. Sehingga,intensitas gelombang dapat dinyatakan sebagai berikut:I=SP.................................................................... (1.8)Dengan P adalah daya yang dibawa, yang besarnya adalah:P=tE = 2222ASvfρπ........................................... (1.9)Sehingga, intensitas gelombang pada persamaan (1.8) adalah:I= 2222Avfρπ................................................. (1.10)SuperposisiC.Berdasarkan eksperimen bahwa dua atau lebih gelom-bang dapat melintasi ruang yang sama, tanpa adanyaketergantungan di antara gelombang-gelombang tersebutterhadap satu sama lain. Jika dua gelombang atau lebihmerambat dalam medium yang sama dan pada waktu yangsama, akan menyebabkan simpangan dari partikel dalammedium. Simpangan resultan merupakan jumlah aljabardari simpangan (positif dan negatif ) dari masing-masinggelombang. Hal ini disebut prinsip superposisi.Pada superposisi dua gelombang atau lebih akanmenghasilkan sebuah gelombang berdiri. Simpangan yangdihasilkan bisa saling menguatkan atau saling melemahkan,tergantung pada beda fase gelombang-gelombang tersebut.Prinsip superposisimenyatakan sifat gerakangelombang bahwagelombang resultanmerupakan penjumlahan duaatau lebih gelombangindividual. Prinsip superposisihanya berlaku untuk pulsa-pulsa gelombang kecil yangtinggi pulsanya lebih kecildibandingkan panjangnya.vsl = v.tGambar 1.10Perambatangelombang pada mediumbervolume S.l.
10Fisika XII untuk SMA/MAJika beda fase antara gelombang-gelombang yangmengalami superposisi adalah 21, maka hasilnya salingmelemahkan. Apabila panjang gelombang dan amplitudogelombang-gelombang tersebut sama, maka simpanganhasil superposisinya nol. Tetapi, apabila gelombang-gelombang yang mengalami superposisi berfase sama, makasimpangan hasil superposisi itu saling menguatkan. Jikapanjang gelombang dan amplitudo gelombang-gelombangitu sama, maka simpangan resultan adalah sebuahgelombang berdiri dengan amplitudo kedua gelombang.Gelombang Berjalan dan Gelombang StasionerD.Pada sebuah tali yang panjang diregangkan di dalamarah xdi mana sebuah gelombang transversal sedangberjalan. Pada saat t = 0, bentuk tali dinyatakan:y=f (x) ............................................................... (1.11)dengan y adalah pergeseran transversal tali pada kedudukanx. Bentuk gelombang tali yang mungkin pada t = 0ditunjukkan pada Gambar 1.11(a). Pada waktu t gelombangtersebut berjalan sejauh vt ke kanan, dengan v menunjukkanbesarnya kecepatan gelombang, yang dianggap konstan.Maka persamaan kurva pada waktu t adalah:y= f (x – vt).................................................... (1.12)Persamaan (1.12) adalah persamaan umum yang menyatakansebuah gelombang yang berjalan ke kanan, di mana x akansemakin besar dengan bertambahnya waktu, dan secaragrafis ditunjukkan pada Gambar 1.11(b). Apabila kitaingin menyatakan sebuah gelombang yang berjalan ke kiri,maka:y = f (x + vt)........................................................ (1.13)Untuk sebuah fase khas dari sebuah gelombang yangberjalan ke kanan berlaku:x – vt = konstanMaka dari diferensiasi terhadap waktu akan diperoleh:dtdxv = 0 atau dtdx= v......................................... (1.14)Dengan v adalah kecepatan fase gelombang. Untukgelombang yang berjalan ke kiri kita memperolehkecepatan fase gelombang adalah -v.Gambar 1.11Bentuk sebuahtali yang diregangkan (a) padat = 0, (b) pada x = vt.yx0v = tt = tyx0t = 0(a)(b)1. Gelombang Berjalan
Bab 1 Gelombang11Bentuk gelombang tersebut adalah sebuah kurva sinus,ditunjukkan pada Gambar 1.12. Pergeseran maksimum,A, adalah amplitudo kurva sinus tersebut. Nilai pergeserantransversal y adalah sama di x seperti di x + λ, x + 2λ,dan sebagainya. Panjang gelombang λ menyatakan jarakdi antara dua titik yang berdekatan di dalam gelombangtersebut yang berfase sama. Jika gelombang tersebutbergerak ke kanan dengan kecepatan fase v, maka persamaangelombang tersebut pada waktu t adalah:y=)(2sinvtxAλπ.............................................. (1.16)Waktu yag diperlukan gelombang untuk menempuh satupanjang gelombang (λ) disebut periode (T ), sehingga:λ=v .T ............................................................... (1.17)Dengan mensubstitusikan persamaan (1.17) ke persamaan(1.15), maka akan diperoleh:y= )(2sinTtxAλπ......................................... (1.18)Pada konsep gelombang berlaku suatu bilangan gelombang(wave number), kdan frekuensi sudut (ω), yangdinyatakan:k=λπ2dan ω = Tπ2.......................................... (1.19)Sehingga, dari persamaan (1.18) akan diperoleh:y=A sin (kxωt) .............................................. (1.20)Persamaan tersebut berlaku untuk gelombang sinus yangberjalan ke kanan (arah x positif ). Sementara itu, untukarah x negatif berlaku:y=A sin (kx +ωt) .............................................. (1.21)Persamaan gelombang tali pada waktu t = 0 dinyatakan:y= A sin λπ2x...................................................... (1.15)Gambar 1.12Kurva sinus pada gelombang tali.λvtt = 0t = t
12Fisika XII untuk SMA/MAPenyelesaian:Persamaan umum gelombang y, seperti yang diperlihatkan pada persamaan (1.20)adalah:y=msin()ykxt−ωy=)sin(mkxt-y−ωdiberikan:y={{{)2,020sin(02,0xtkAπ−πωJadi,Dari persamaan (1.17) dan persamaan (1.19), akan diperolehnilai kecepatan fase (v)dari gelombang adalah:v=Tλ = kω........................................................ (1.22)Persamaan (1.20) dan (1.21) menunjukkan pergeseran yadalah nol pada kedudukan x = 0 dan t = 0. Pernyataanumum sebuah deret gelombang sinusoida yang berjalanke kanan adalah:y=)sin(φ−ω−tkxA........................................... (1.23)Dengan φ adalah konstanta fase. Jika φ= -90o, makapergeseran ydi x = 0 dan t = 0 adalah ym, yang dinyatakan:y=)cos(tkxAω−.............................................. (1.24)Hal ini disebabkan fungsi cosinus digeser 90odari fungsisinus. Jika sebuah titik pada tali berlaku x = kπ, makapergeseran di titik tersebut adalah:y=)sin(φ+ωtA................................................ (1.25)Persamaan tersebut menunjukkan bahwa setiap elemenkhas dari tali tersebut mengalami gerak harmonis sederhanadi sekitar kedudukan kesetimbangannya pada waktugelombang berjalan sepanjang tali tersebut.Contoh SoalPersamaan gelombang berjalan pada seutas tali dinyatakan dengany = 0,02 sin (20πt – 0,2πx). Jika xdan ydalam cm dan tdalam sekon,tentukan:a.amplitudo,d. bilangan gelombang, danb. panjang gelombang,e.frekuensi gelombang!c.kelajuan perambatan,a.Amplitudo, A = 0,02 cmb. Panjang gelombang (λ),k= λπ2λ = kπ2 = ππ2,02 = 10 cmc.Kelajuan perambatan (v)v= kω = ππ2,020 = 100 cm/s
Bab 1 Gelombang131. Sebuah gelombang berjalan pada seutas kawat dinyatakan oleh persamaan:y = 2,0 sinλ6020,02t, dengan xdan ydalam cm dan tdalam sekon.Tentukan:a.arah perambatan gelombang,b. amplitudo dan frekuensi gelombang,c.panjang gelombang dan cepat rambat gelombang!2. Suatu gelombang transversal merambat sepanjang seutas kawat yangdinyatakan dalam persamaan:y = 3 mm sin[(18 m-1)x – (400 s-1)t]Tentukan cepat rambat gelombang tersebut!Uji Kemampuan 1.1○○○○○○○○○○○○○○Gelombang stasioner disebut juga gelombang berdiri ataugelombang tegak, merupakan jenis gelombang yang bentukgelombangnya tidak bergerak melalui medium, namun tetapdiam. Gelombang ini berlawanan dengan gelombang berjalanatau gelombang merambat, yang bentuk gelombangnyabergerak melalui medium dengan kelajuan gelombang.Gelombang diam dihasilkan bila suatu gelombang berjalandipantulkan kembali sepanjang lintasannya sendiri.Pada dua deret gelombang dengan frekuensi sama,memiliki kelajuan dan amplitudo yang sama, berjalan didalam arah-arah yang berlawanan sepanjang sebuah tali,maka persamaan untuk menyatakan dua gelombang tersebutadalah:y1=)( sintkxAω−y2=)( sintkxAω+d. Bilangan gelombang (k),k= λπ2 = 102π = 0,2πe.Frekuensi ( f ),ω= fπ220π= 2πff= ππ220 = 10 HzGelombang stasioner terjadikarena interferensi antaragelombang datang dengangelombang pantul.Gelombang datang dangelombang terpantul padagelombang stasioner inimempunyai panjanggelombang, amplitudo, danfase sama, tetapi berlawananarah.2. Gelombang Stasioner
14Fisika XII untuk SMA/MAResultan kedua persamaan tersebut adalah:y=y1 + y2 = )sin(tkxAω−+)( sintkxAω+....... (1.26)Dengan menggunakan hubungan trigonometrik,resultannya menjadi:y= 2A sin kx cosωt ......................................... (1.27)Persamaan (1.27) adalah persamaan sebuah gelombangtegak (standing wave). Ciri sebuah gelombang tegak adalahkenyataan bahwa amplitudo tidaklah sama untuk partikel-partikel yang berbeda-beda tetapi berubah dengan kedudukanxdari partikel tersebut. Amplitudo (persamaan (1.27))adalah 2ymsin kx, yang memiliki nilai maksimum 2ymdikedudukan-kedudukan di mana:kx= 25,23,2πππ, dan seterusnyaataux= 45 ,43 ,4λλλ, dan seterusnyaTitik tersebut disebut titik perut, yaitu titik-titik denganpergeseran maksimum. Sementara itu, nilai minimumamplitudo sebesar nol di kedudukan-kedudukan di mana:kx= , 2, 3π π π, dan seterusnyaatau x= λλλλ2 ,23 , ,2, dan seterusnyaTitik-titik tersebut disebut titik simpul, yaitu titik-titik yangpergeserannya nol. Jarak antara satu titik simpul dan titikperut berikutnya yaitu seperempat panjang gelombang.a. Gelombang Stasioner pada Tali denganUjung TetapGambar 1.13 menunjukkan refleksi sebuah pulsagelombang pada tali dengan ujung tetap. Ketika sebuahpulsa sampai di ujung, maka pulsa tersebut mengarahkansemua gaya yang arahnya ke atas pada penopang, makapenopang memberikan gaya yang sama tapi berlawananarahnya pada tali tersebut (menurut Hukum III Newton).Gaya reaksi ini menghasilkan sebuah pulsa di penopang,yang berjalan kembali sepanjang tali dengan arahberlawanan dengan arah pulsa masuk. Dapat dikatakanbahwa pulsa masuk direfleksikan di titik ujung tetap tali,di mana pulsa direfleksikan kembali dengan arahpergeseran transversal yang dibalik. Pergeseran di setiaptitik merupakan jumlah pergeseran yang disebabkan olehgelombang masuk dan gelombang yang direfleksikan.Gambar 1.13Refleksisebuah pulsa di ujung tetapsebuah tali.
Bab 1 Gelombang15Karena titik ujung tetap, maka kedua gelombang harusberinterferensi secara destruktif di titik tersebut sehinggaakan memberikan pergeseran sebesar nol di titik tersebut.Maka, gelombang yang direfleksikan selalu memiliki bedafase 180odengan gelombang masuk di batas yang tetap.Dapat disimpulkan, bahwa ketika terjadi refleksi di sebuahujung tetap, maka sebuah gelombang mengalamiperubahan fase sebesar 180o. Hasil superposisi gelombangdatang (y1), dan gelombang pantul (y2), pada ujung tetap,berdasarkan persamaan (1.27) adalah:y=2A sin kx cosωty=Ap cosωt ...................................................... (1.28)Ap=2A sin kx ......................................................(1.29)b. Gelombang Stasioner pada Tali denganUjung BebasRefleksi sebuah pulsa di ujung bebas pada sebuah taliyang diregangkan terlihat pada Gambar 1.14. Pada saatpulsa tiba di ujung bebas, maka pulsa memberikan gayapada elemen tali tersebut. Elemen ini dipercepat daninersianya mengangkut gaya tersebut melewati titikkesetimbangan. Di sisi lain, gaya itu juga memberikansebuah gaya reaksi pada tali. Gaya reaksi ini menghasilkansebuah pulsa yang berjalan kembali sepanjang tali denganarah berlawanan dengan arah pulsa yang masuk. Dalamhal ini refleksi yang terjadi adalah di sebuah ujung bebas.Pergeseran maksimum partikel-partikel tali akan terjadipada ujung bebas tersebut, di mana gelombang yang masukdan gelombang yang direfleksikan harus berinterferensisecara konstruktif. Maka, gelombang yang direfleksikantersebut selalu sefase dengan gelombang yang masuk dititik tersebut. Dapat dikatakan, bahwa pada sebuah ujungbebas, maka sebuah gelombang direfleksikan tanpa per-ubahan fase.Jadi, sebuah gelombang tegak yang terjadi di dalamsebuah tali, maka akan terdapat titik simpul di ujungtetap, dan titik perut di ujung bebas. Hasil superposisigelombang datang dan gelombang pantul pada ujungbebas adalah:y=y1 + y2dengan:y1=A sin (kxωt) dan y2 = -A sin (kx +ωt)Gambar 1.14Refleksisebuah pulsa di ujung bebassebuah tali yangdiregangkan.
16Fisika XII untuk SMA/MASeutas tali panjangnya 80 cm direntangkan horizontal. Salah satu ujungnyadigetarkan harmonik naik-turun dengan frekuensi 14Hzdan amplitudo 12 cm,sedang ujung lainnya terikat. Getaran harmonik tersebut merambat ke kanansepanjang kawat dengan cepat rambat 3 cm/s. Tentukan amplitudo gelombanghasil interferensi di titik yang berjarak 53 cm dari titik asal getaran!Penyelesaian:Diketahui:l= 80 cmf=41HzA=12 cmv= 3 cm/sx= (80 – 53) cm = 27 cmUntuk menentukan amplitudo gelombang stasioner Asdengan persamaan:As= 2A sin kxλ= fv= 413= 12 cmk= λπ2= 122π cm-1As= 2(12) sinπ122(27)= 24 sin 4,5π = 24 × 1 = 24 cmContoh SoalSeutas kawat dengan panjang 120 cm direntangkan horizontal. Salah satu ujungnyadigetarkan harmonik dengan gerakan naik-turun dengan frekuensi 14 Hz, danamplitudo 12 cm, sedangkan ujung lainnya terikat. Getaran harmonik tersebutmerambat ke kanan dengan cepat rambat 4 cm/s. Jika interferensi terjadi pada66 cm dari sumber getar, berapakah amplitudo gelombang tersebut?Uji Kemampuan 1.2○○○○○○○○○○○○○○maka:y=[])( sin )( sintkxtkxAω+−ω−y=2A cos kx sin ωt......................................... (1.30)y=Ap sinωt...................................................... (1.31)Ap=2A cos k x.................................................... (1.32)
Bab 1 Gelombang17E. Sifat-sifat Gelombang1. PemantulanPemantulan (refleksi) adalah peristiwa pengembalianseluruh atau sebagian dari suatu berkas partikel ataugelombang bila berkas tersebut bertemu dengan bidangbatas antara dua medium.Suatu garis atau permukaan dalam medium dua atautiga dimensi yang dilewati gelombang disebut mukagelombang. Muka gelombang ini merupakan tempatkedudukan titik-titik yang mengalami gangguan denganfase yang sama, biasanya tegak lurus arah gelombang dandapat mempunyai bentuk, misalnya muka gelombangmelingkar dan muka gelombang lurus, seperti yang terlihatpada Gambar 1.15. Pada jarak yang sangat jauh dari suatusumber dalam medium yang seragam, muka gelombangmerupakan bagian-bagian kecil dari bola dengan jari-jariyang sangat besar, sehingga dapat dianggap sebagai bidangdatar. Misalnya, muka gelombang sinar matahari, yangtiba di Bumi merupakan bidang datar.Pada peristiwa pemantulan, seperti yang ditunjukkanpada Gambar 1.16, berlaku suatu hukum yang berbunyi:a.sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terhadapbidang batas pemantul pada titik jatuh, semuanyaberada dalam satu bidang,b.sudut datang (iθ) sama dengan sudut pantul (rθ).Hukum tersebut dinamakan “Hukum Pemantulan”.Gambar 1.15 Mukagelombang: (a) gelombangmelingkar, (b) gelombang datar.sinarmuka gelombangsinarsinarmuka gelombang2. Pembiasan (Refraksi)Perubahan arah gelombang saat gelombang masukke medium baru yang mengakibatkan gelombang bergerakdengan kelajuan yang berbeda disebut pembiasan. Padapembiasan terjadi perubahan laju perambatan. Panjanggelombangnya bertambah atau berkurang sesuai denganperubahan kelajuannya, tetapi tidak ada perubahanfrekuensi. Peristiwa ini ditunjukkan pada Gambar 1.17.Pada gambar tersebut kecepatan gelombang padamedium 2 lebih kecil daripada medium 1. Dalam halini, arah gelombang membelok sehingga perambatannyalebih hampir tegak lurus terhadap batas. Jadi, sudutpembiasan (2θ), lebih kecil daripada sudut datang (1θ).Gambar 1.17 PembiasanGelombang.θ1sinarmedium 1medium 2A1A2i2i1θ1θ2θ2Gambar 1.16 Pemantulangelombang oleh bidang.sinardatangsinarpantulmukagelombangdatangmukagelombangpantulθiθrθiθra
18Fisika XII untuk SMA/MAGelombang yang datang dari medium 1 ke medium 2mengalami perlambatan. Muka gelombang A, pada waktuyang sama tdi mana A1 merambat sejauh 1l= v1t, terlihatbahwa A2 merambat sejauh 2l= v2t. Kedua segitiga yangdigambarkan memiliki sisi sama yaitu a. Sehingga:sin 1θ = al1 = atv1dan sin2θ = al2 = atv2,Dari kedua persamaan tersebut diperoleh:2sinsin1θθ = 21vv........................................................... (1.33)Perbandingan v1/v2menyatakan indeks bias relatif medium2 terhadap medium 1, n, sehingga:n=12nn................................................................ (1.34)Dari persamaan (1.33) dan (1.34) akan diperoleh:2sinsin1θθ=n2sinsin1θθ=12nn....................................................... (1.35)atau11sin.èn = 22sin.èn........................................ (1.36)Persamaan (1.36) merupakan pernyataan Hukum Snellius.Hukum Snellius dikemukakanoleh Willbrord van RoijenSnell (1580 - 1626) seorangastronom dan ahlimatematika dari Belanda.3. DifraksiDifraksi merupakan peristiwa penyebaran atau pem-belokan gelombang pada saat gelombang tersebut melintasmelalui bukaan atau mengelilingi ujung penghalang.Besarnya difraksi bergantung pada ukuran penghalang danpanjang gelombang, seperti pada Gambar 1.18. Makin kecilpanghalang dibandingkan panjang gelombang darigelombang itu, makin besar pembelokannya.Gambar 1.18 Difraksigelombang: (a) pada celahlebar, (b) pada celah sempit.muka gelombangcelah lebarsinar gelombangmukagelombangcelah sempitsinar terdifraksi(a)(b)4. InterferensiInteraksi antara dua gerakan gelombang atau lebih yangmemengaruhi suatu bagian medium yang sama sehinggagangguan sesaat pada gelombang paduan merupakan jumlahvektor gangguan-gangguan sesaat pada masing-masinggelombang merupakan penjelasan fenomena interferensi.Interferensi terjadi pada dua gelombang koheren, yaitugelombang yang memiliki frekuensi dan beda fase sama.Pada gelombang tali, jika dua buah gelombang talimerambat berlawanan arah, saat bertemu keduanya me-lakukan interferensi. Setelah itu, masing-masing melanjutkan
Bab 1 Gelombang19perjalanannya seperti semula tanpa terpengaruh sedikit pundengan peristiwa interferensi yang baru dialaminya. Sifat khasini hanya dimiliki oleh gelombang.Jika dua buah gelombang bergabung sedemikian rupasehingga puncaknya tiba pada satu titik secara bersamaan,amplitudo gelombang hasil gabungannya lebih besar darigelombang semula. Gabungan gelombang ini disebutsaling menguatkan (konstruktif ). Titik yang mengalamiinterferensi seperti ini disebut perut gelombang. Akantetapi, jika puncak gelombang yang satu tiba pada suatutitik bersamaan dengan dasar gelombang lain, amplitudogabungannya minimum (sama dengan nol). Interferensiseperti ini disebut interferensi saling melemahkan(destruktif ). Interferensi pada gelombang air dapat diamatidengan menggunakan tangki riak dengan dua pembangkitgelombang lingkaran.Analisis interferensi gelombang air digunakan sepertipada Gambar 1.20. Berdasarkan gambar, S1dan S2 merupakansumber gelombang lingkaran yang berinterferensi. Garistebal (tidak putus-putus) menunjukkan muka gelombangyang terdiri atas puncak-puncak gelombang, sedangkangaris putus-putus menunjukkan dasar-dasar gelombang.Perpotongan garis tebal dan garis putus-putus diberi tandalingkaran kosong (O). Pada tangki riak, garis sepanjangtitik perpotongan itu berwarna agak gelap, yang me-nunjukkan terjadinya interferensi yang saling melemahkan(destruktif ). Di antara garis-garis agak gelap, terdapat pita-pita yang sangat terang dan gelap secara bergantian. Pitasangat terang terjadi jika puncak dua gelombang bertemu(perpotongan garis tebal), dan pita sangat gelap terjadijika dasar dua gelombang bertemu (perpotongan garisputus-putus). Titik-titik yang paling terang pada pitaterang dan titik-titik yang paling gelap pada pita gelapmerupakan titik-titik hasil interferensi saling menguatkan.Gambar 1.19 Interferensigelombang tali.2AyxA0-A-2Aλy = y1 + y2y1y2λ2AyA0-A-2A2λxλ2AyA0-A-2A2λGambar 1.20Interferensigelombang air.5. DispersiDispersi adalah peristiwa penguraian sinar cahaya yangmerupakan campuran beberapa panjang gelombang menjadikomponen-komponennya karena pembiasan. Dispersiterjadi akibat perbedaan deviasi untuk setiap panjanggelombang, yang disebabkan oleh perbedaan kelajuan masing-masing gelombang pada saat melewati medium pembias.
20Fisika XII untuk SMA/MA6. PolarisasiPolarisasi merupakan proses pembatasan getaranvektor yang membentuk suatu gelombang transversalsehingga menjadi satu arah. Polarisasi hanya terjadi padagelombang transversal saja dan tidak dapat terjadi padagelombang longitudinal. Suatu gelombang transversalmempunyai arah rambat yang tegak lurus dengan bidangrambatnya. Apabila suatu gelombang memiliki sifat bahwagerak medium dalam bidang tegak lurus arah rambat padasuatu garis lurus, dikatakan bahwa gelombang initerpolarisasi linear.Sebuah gelombang tali mengalami polarisasi setelahdilewatkan pada celah yang sempit. Arah bidang getargelombang tali terpolarisasi adalah searah dengan celah.Gambar 1.22 Polarisasigelombang tali.tidak terpolarisasiterpolarisasiApabila sinar cahaya putih jatuh pada salah satu sisiprisma, cahaya putih tersebut akan terurai menjadikomponen-komponennya dan spektrum lengkap cahayatampak akan terlihat.Gambar 1.21 Gelombangterpolarisasi linier.Komunikasi Lewat SatelitSatelit geostasioner mengedari Bumi pada ketinggian sekitar 35.900 km. Satelit iniberedar pada ketinggian tersebut dengan laju yang mengimbangi laju rotasi planet,sehingga satelit tetap berada di atas lokasi permukaan bumi tertentu. Tahun 1945 penuliscerita fiksi ilmiah Arthur C. Clarke mengisahkan tentang penggunaan satelit geostasioneruntuk meneruskan sambungan telepon, siaran televisi, dan sinyal-sinyal lain antarstasiundi permukaan bumi yang terpisah pada jarak ribuan kilometer. Satelit komunikasigeostasioner pertama, Syncom 2, diluncurkan pada tahun 1963. Sejak saat itu, ratusansatelit komunikasi telah ditempatkan di orbit stasioner. Mereka menerima sinyal dari antenapemancar di permukaan bumi, menguatkannya, dan menyalurkan ke antena atau pesawatpenerima di berbagai tempat.Percikan Fisika
Bab 1 Gelombang21 ̄Gelombang adalah getaran yang merambat melalui medium. ̄Berdasarkan arah rambatnya, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu gelombangtransversal dan gelombang longitudinal. Sementara itu, berdasarkan mediumperantaranya dibedakan menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. ̄Besarnya energi dapat dihitung dengan persamaan: E = 2222ASvtfρπ.Intensitas gelombang dinyatakan: I = 2222Avfρπ. ̄Gelombang berjalan adalah gelombang mekanik yang memiliki intensitasgelombang konstan di setiap titik yang dilalui gelombang. ̄Dua gelombang dikatakan sefase jika keduanya mempunyai frekuensi sama dantitik-titik yang bersesuaian berada pada tempat yang sama selama osilasi padasaat yang sama. ̄Prinsip superposisi menyatakan bahwa simpangan resultan merupakan jumlahaljabar dari simpangan, baik positif maupun negatif dari masing-masing gelombang. ̄Persaman gelombang berjalan dinyatakan dengan:y = A sin (kxωt), untuk gelombang sinus yang merambat ke kanan (x positif ),y = A sin (kx + ωt), untuk gelombang sinus yang merambat ke kiri (x negatif ). ̄Gelombang stasioner adalah gelombang yang terjadi dari hasil perpaduan duagelombang yang memiliki amplitudo dan frekuensi sama, tetapi arah rambatnyaberlawanan. ̄Persamaan gelombang stasioner adalah: y = 2A sin kx cosωt.Amplitudo gelombang stasioner pada tali dengan ujung tetap: AP = 2A sin kx.Amplitudo gelombang stasioner pada tali dengan ujung bebas: AP= 2A cos kx. ̄Gelombang memiliki sifat-sifat sebagai berikut:-refleksi (pemantulan)-interferensi (perpaduan)-refraksi (pembiasan)-dispersi-difraksi (pelenturan)-polarisasiFisikawan KitaLord Rayleigh (1842 - 1919)Lord Rayleigh adalah seorang ahli fisika dari Inggris.Ia lahir pada tanggal 12 November 1842 di LangfordGrove, Maldon, Essek Inggris dengan nama John WilliamStrutt, dan meninggal pada 30 Juni 1919 di Terling PlaceWitham, Essex. Pada tahun 1861 ia masuk kuliah diTrinity College Cambridge dan lulus tahun 1865.Sumbangan Rayleigh yang lain adalah penjabaranteori gelombang, elektrodinamika, hamburan cahaya,persamaan fungsi gelombang permukaan pada bidang,aliran fluida, hidrodinamika, elektromagnetik, kapilaritas,kekentalan, dan fotografi.FFFFFiestaiestaiestaiestaiesta
22Fisika XII untuk SMA/MAA. Pilihlah jawaban yang paling tepat!1.Dari suatu tempat ke tempat lain, gelombang memindahkan ... .a.amplitudod. massab. energie.panjang gelombangc.fase2. Perbedaan gelombang transversal dengan longitudinal terletak pada ... .a.panjang gelombangd. arah getarb. frekuensie.arah rambatc.cepat rambat3. Bila gelombang melalui celah sempit, maka terjadi ... .a.refleksid. interferensib. refraksie.polarisasic.difraksi4. Pada pembiasan gelombang dari daerah dangkal ke daerah dalam, makin kecilsudut datang, maka ... .a.makin besar sudut biasb. sudut bias tetapc.makin kecil pula sudut biasd.sudut bias tergantung pada indeks biase.sudut bias dapat menjadi lebih kecil atau lebih besar, t ergantung padacepat rambat gelombang5. Gelombang stasioner terjadi bila ada dua gelombang menjalar dalam arahberlawanan dengan ketentuan ... .a.mempunyai fase yang samab. mempunyai frekuensi yang samac.mempuyai amplitudo yang samad. mempunyai amplitudo maupun frekuensi yang samae.mempunyai amplitudo maupun frekuensi berbeda6 . Intensitas gelombang bunyi pada jarak 5 m dari sumber bunyi adalah 2×10- 4watt/m2.Pada jarak 10 m dari sumber bunyi intensitasnya adalah ... .a.0,5 ×10- 4watt/m2d.4 ×10- 4watt/m2b. 1 ×10- 4watt/m2e.8 ×10- 4watt/m2c.2×10- 4watt/m27.Dalam 3 sekon terbentuk 30 gelombang, berarti frekuensi gelombangnyasebesar ... .a.3 Hzd. 15 Hzb. 5 Hze.30 Hzc.10 HzUji Kompetensi
Bab 1 Gelombang238. Sebuah gelombang lurus datang pada bidang antara dua medium dengansudut datang 45o. Jika indeks bias medium 2 relatif terhadap medium 1adalah 2, maka besar sudut adalah ... .a.60od.30ob. 45oe.15oc.37o9. Sebuah slinki menghasilkan gelombang longitudinal dengan jarak renggangandan rapatan berurutan 7,5 cm. Jika cepat rambat gelombang pada slinki 3 m/s,maka frekuensi gelombangnya adalah ... .a.3 Hzd.20 Hzb.7,5 Hze.22,5 Hzc.10 Hz10. Jarak antara dua buah titik yang berdekatan dengan fase sama adalah 8 cm.Jika periode gelombang 2 sekon, maka cepat rambat gelombang adalah ... .a.2 m/sd. 16 m/sb. 4 m/se.32 m/sc.8 m/sB. Jawablah dengan singkat dan benar!1.Dari gambar di samping, tentukan:a.frekuensi,b. periode gelombang!2. Sebuah gelombang berjalan memenuhi persamaan y = 0,2 sin 0,4π(60t x).x dan ydalam cm dan tdalam sekon. Tentukan:a.amplitudo gelombang,c.panjang gelombang, danb. frekuensi gelombang,d. cepat rambat gelombang!3. Seutas kawat bergetar menurut persamaan:y = ()t--11s50coscm6sincm)4,0(ππa.Berapakah amplitudo dan cepat rambat kedua gelombang yang super-posisinya memberikan getaran di atas?b. Berapakah jarak antara simpul yang berdekatan?4 . Persamaan gelombang transversal dinyatakan -1-1(12 mm) sin (20 m )(600 s )xt⎡⎤⎣⎦.Hitunglah:a.cepat rambat gelombang,b. kelajuan maksimum partikel!5. Seberkas cahaya masuk ke dalam air dengan sudut datang 60o. Tentukan:a.sudut biasnya jika diketahui nair = 34,b. sudut biasnya jika sinar datang dari air ke udara!v = 2 m/s50 cm