KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah melindungi serta menyertai penulis dalam meyelesaikan tugas “Lensa Fisika”. Penulis juga berterima kasih kepada Ibu Selvi yang telah memberikan tugas serta membimbing penulis dalam mengutarakan dan mendeskripsikan tugas ini. Lensa Fisika merupakan suatu kumpulan materi mengenai Gelombang dan Optika yang dipelajari pada siswa SMA khususnya kelas XII.Tugas ini memuat materi-materi fisika secara kontekstual dengan tujuan agar pembaca bisa mengerti gejala-gejala Gelombang dan Optika dalam kehidupan sehari-hari.Tak ada gading yang tak retak demikianlah bunyi peribahasa. Oleh karena itu penulis meminta maaf apabila ada hal yang kurang relevan dalam konteks materi Gelombang dan Optika. Selain itu, penulis berharap saran dan kritik membangun yang berguna untuk perbaikan-perbaikan selanjutnya.

Manado, September 2012

Penulis

1

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR……………………………………………………………. 1DAFTAR ISI …………………………………………….……………………….. 2PENDAHULUAN ………………………………………………………..………. 3

Latar Belakang ……………………….……………………………….. 3Rumusan masalah ………………………………………………………3Tujuan ………………………………………………………………… 3

PEMBAHASAN ……………………………...…………………………………... 4Gelombang ……………………………………………………………….. 4Gelombang Elektromagnetik (cahaya) …………………………………….13Gelombang Bunyi …………………………………….…………………. 24

PENUTUP ……………………………………………………………………….. 37Kesimpulan ………………………………………...………………….… 37Saran …………………………………..……………………………….. 37

DAFTAR PUSTAKA………………………..………………………………........ 38KRITERIA PENILAIAN …………………...…………………………………….. 39

2

PENDAHULUAN

Latar BelakangSeiring berjalannya waktu kita sering mengalami peristiwa-peristiwa alam baik

kita sadari maupun tidak merupakan suatu gejala gejala Gelombang dan Optika. Peristiwa terjadinya pelangi, cermin, kaca mata, SONAR, CT scan, dan lain-lain merupakan gejala- gejala Gelombang dan Optika. Gejala-gejala yang berkaitan dengan gelombang dan optika mampu di jelaskan dengan penerapan konsep fisika. Fisika seperti hal nya ilmu eksakta lainnya, yang kurang mampu di pahami oleh siswa baik tingkat SD bahkan sampai perguruan tinggi tidak terkecuali SMA konsep-konspe ilmu eksakta yang abstrak yang menurunkan minat siswa dalam mempelajarinya terutama fisika.

Oleh karena itu, penulis mencoba membuat materi fisika secara konstektual dengan mengangkat peristiwa-peristiwa yang terjadi di sekitar kita. Kemudian menjelaskannya dalam konsep-konsep fisika.

Rumusan MasalahApa saja gejala-gejala gelombang yang terjadi disekitar kita?

TujuanDengan adanya materi konstektual yang di buat oleh penulis, di harapkan akan

berguna untuk lebih memahami materi an gelombang optika bagi khalayak ramai sehingga kita semua bis menyukai fisika. Selain itu, pembuatan tugas ini bertujuan untuk menjelaskan materi maupun konsep gelombang dan optika secara garis besar walaupun bukan merupakan konstektual.

3

GELOMBANG

1). Pengertian GelombangGelombang adalah usikan yang merambat secara terus menerus . Medium yang

dilalui gelombang tidak ikut berpindah Gelombang memindahkan energi .

2). Besaran Dasar Gelombang Y arah rambat ( v) A P T

0 Q S U

-A R

a), Panjang Gelombang (λ) adalah jarak antara dua puncak bearurutan ( jarak PT ) atau jarak sebuah puncak dan sebuah lembah ( jarak OS atau jarak QU) atau jarak dua lembah berurutan

b). Pereode (T)adalah waktu yang diperlukan gelombang untuk menempuh satu panjang gelombang ( satu gelombang )

c). Cepat rambat (v)adalah jarak yang ditempuh gelombang tiap satuan waktu

d). Frekuensi (f)adalah banyak gelombang tiap satuan waktu

e). Amplitudo ( A)adalah simpangan maksimum partikel yang dilalui gelombang

* Hubungan freakuensi (f) dengan pereode (T) .f = n/t n = f.t dan T = t/n n = t/T

f.t = t/T f = 1/T jadi frekuensi gelombang berbanding terbalik dengan pereodenya.

* Hubungan cepat rambat (v), pereode (T) dan panjang gelombang (λ) adalah :

. v =

st

Gelombang air pada kolam ikan

4

Jika s = panjang gelombang (λ), maka t = pereode (T), sehingga cepat rambat gelombang

.

3). Sifat umum Gelombanga). dapat dipantulkan ( refleksi )b). dapat dibiaskan ( refraksi )c). dapat dipadukan ( interferensi )d). dapat dilenturkan ( difraksi )e). dapat dipolarisasikan ( khusus gelombang transversal )

4). Macam GelombangBerdasarkan sifat fisiknya gelombang menjadi sebagai berikut :

a). Berdasarkan arah getarnya, gelombang dikelompokkan menjadi :1. Gelombang Transversal, yaitu gelombang yang arah getarnya tegak lurus arah

rambat. Contohnya : gelombang pada tali, permukaan air , dll

2. Gelombang Longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarnya berimpit dengan arah rambatnya. Contohnya : gelombang bunyi, gelombang pada pegas

b). Berdasarkan Mediumnya, gelombang dikelompokan menjadi :1. Gelombang Mekanik, yaitu gelombang yang perambatannya memerlukan

medium. Contohnya: gelombang bunyi, gelombang permukaan air dll.

2. Gelombang Elektromagnetik, yaitu gelombang yang perambatanya tidak memerlukan medium. Contohnya : gelombang cahaya, gelombang TV, gelombang radio dll.

. v = λ/T = λ .f

Gambar di samping menunjukan contoh gelombang longitudinal yakni gelombang bunyi dimana speaker tape mengeluatkan bunyi musik yang searah dengan arah rambat

Gambar usikan kolam di samping merupakan contoh gelombang transversal.

Dawai yang dipetik menghasilkan bunyi yang bias kita dengar akibat adaya udara sebagai medium rambatnya. Sehingga kita tidak bias mendengar bunyi apaun di ruang hampa.

Pertukaran data menggunakan bluetooth merupakan penggunaan gelombang elektromagnetik.Dimana, data

terkirim ke HP sebelahnya dengan menggunakan transmisi gelombang tanpa medium atau pearntara apapun.Jadi kita bisa mengirim data menggunakan

bluetooth dari laut bahkan luar angkasa.

5

c). Berdasarkan Amplitudonya, gelombang dikelompokkan menjadi :1. Gelombang Berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya disetiap titik sama.

Contohnya : gelombang pada tali, gelombang permukaan air dll

2. Gelombang Berdiri atau gelombang Stasioner, yaitu gelombang yang amplitudonya disetiap titik berbeda. Gelombang stasioner dihasilkan oleh interferensi 2 gelombang yang amplitudo, panjang gelombang, dan frekuensi sama , dan berlawanan arah . ( dihasilkan oleh interferensi gelombang datang dan gelombang pantul )

Untuk mempermudah simaklah skema berikut.

A. GELOMBANG BERJALAN DAN GELOMBANG STASIONER1). Persamaan Gelombang Berjalan.a). Persamaan Simpangan Gelombang Jalan

Y .arah rambat (v)

O P .x

Berdasarkan

G. Transversal

G. Longitudinal

G. Mekanik

G. Elektro

Amplitudo

G. Berdiri

G.Berjalan

Medium

Arah Getar

GELOMBANG

Ketika kita menghentakan tali terbentuk gelombang yang memiliki ouncak yang identik (Amplitudonya sama)

6

Gelombang tali merambat dari O ke kanan, maka pada saat titik O telah bergetar t

maka titik P bergetar tp = t -

xv , maka persamaan simpangan gelombang berjalan di P

adalah : yp = A sin w tp

yp = A sin ω( t -

xv

yp = A sin(ω t –

w . xv )

yp = A sin(ωt –2π

xTv )

yp = A sin(ω t –2πx/ λ)

yp = A sin(ωt –kx)

Secara Umum Persamaan Simpangan gelombang berjalan ditulis :

. yp = ±A sin(ω t ± kx)

k = bilangan gelombang =

2 πλ

b). Persamaan Kecepatan Simpangan Gelombang ( kecepatanpartikel medium)Kecepatan simpangan gelombang merupakan turunan pertama dari persamaan simpangan gelombang ( ingat persamaan simpangan getar pada GHS )

. vy= d( yp)/dt

. vy= ω A cos (ωt –kx)

.c). Persaam percepatan simpangan gelombangMerupakan turunan pertama dari persamaan kecepatan simpangan gelombang

. ay= d( vp)/dt

. ay= - ω 2 A sin (ω t –kx)

.d). Fase, sudut fase dan beda fase

Fase gelombang adalah perbandingan antara waktu bergetar dengan periode atau perbadingan sudut fase dengan sudut 1 putaran )

ϕ =

tT

= θ2 π

Beda fase antara dua titik yang dilalui gelombang adalah selisih fase kedua titik tersebut

Δϕ AB=

tBT -

tAT

7

Δϕ AB =

tv−xBTv -

tv−xATv

Δϕ AB= - (

xB−xAλ )

Dua titikdikatakan sefase jika jarak kedua titik merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombangnya. ( xB-xA = n. λ dengan n= 0,1,2,3,…..).Dua titikdikatakan berlawanan fase jika jarak kedua titik merupakan kelipatan ganjil dari setengah panjang gelombangnya. ( xB-xA = (2n +1) .1/2 λ dengan n= 0,1,2,3,…..). Sudut fase (θ) adalah hasil kali antara sudut 1 putaran dengan fase gelombang

.θ = 2π.ϕ =

2 πtT

2). Persamaan Gelombang Stasioner

Gelombang stasioner dihasilkan oleh interferensi dua gelombang berjalan dengan freakuensi dan amplitudo sama serta berlawanan arah.Gelombang stasioner yang dihasilkan oleh interferensi gelombang datang dan gelombang pantul pada tali

a). Gelombang stasioner pada tali ujung tetap

yd = A sin (kx+ ω t)

S x

Yp= -A sin ( kx –ωt + π) =A sin (kx- ωt)

Gelombang datang ( yd), berinterferensi dengan gelombang pantul ( yp ), di S yang berjarak x dari ujung tetap. Maka persamaan gelombang stasioner di S adalah :ys = yd+ yp

ys = A sin ( kx +ωt) + A sin (kx- ωt)

ys = 2A sin kx cos ωt ( ingat sin a + sin b = 2 sin ½ (a+b)cos ½ (a-b) )

As = 2A sin kx ( amplitudo gelombang stasioner, tergantung pada jarak titik ke ujung tetap (x))

Tempat –tempat perut ( As = 2A ) adalah As = 2A sin kx2A = 2A sin kxkx = ½ π , 3/2 π ,5/2 π ,7/2 π ,….2 πλ x = ½ π , 3/2 π ,5/2 π ,7/2 π ,….

.x = ( 1,3,5,7,… ) ¼ λ dari ujung tetap

x = ( 2n- 1) ¼ λ dari ujung tetap ( n = 1,2,3… )Tempat-tempat simpul ( As = 0 ) adalah

As = 2A sin kx0 = 2A sin kx

kx = 0, π , 2 π ,3 π ,4 π ,….2 πλ x = 0, π , 2 π ,3 π ,4 π ,….

.x = ( 1,2,3,4,… ) ½ λ dari ujung tetap

x = ( 2n ) ¼ λ dari ujung tetap ( n = 0,1,2,3,… )

b). Gelombang stasioner pada tali ujung bebas

8

yd = A sin ( kx +ωt )

S x

Yp = -A sin ( kx -ωt)

Gelombang datang ( yd), berinterferensi dengan gelombang pantul ( yp ), di S yang berjarak x dari ujung bebas. Maka persamaan gelombang stasioner di S adalah :ys = yd+ yp

ys = A sin ( kx +wt) - A sin ( kx -ωt )

ys = 2A cos kx sin ωt ( ingat sin a - sin b = 2 cos ½ (a+b)sin ½ (a-b) )

As = 2A cos kx ( amplitudo gelombang stasioner, tergantung pada jarak titik ke ujung tetap (x))

Tempat –tempat perut ( As = 2A ) adalah As = 2A cos kx2A = 2A cos kxkx = 0, π , 2 π ,3 π ,4 π ,….2 πλ x = 0, π , 2 π ,3 π ,4 π ,….

.x = ( 1,2,3,4,… ) ½ λ dari ujung bebas

x = ( 2n ) ¼ λ dari ujung bebas ( n = 0,1,2,3,… )

Tempat-tempat simpul ( As = 0 ) adalahAs = 2A cos kx0 = 2A cos kxkx = ½ π , 3/2 π ,5/2 π ,7/2 π ,….2 πλ x = ½ π , 3/2 π ,5/2 π ,7/2 π ,….

.x = ( 1,3,5,7,… ) ¼ λ dari ujung bebas

x = ( 2n-1) ¼ λ dari ujung bebas ( n = 1,2,3… )

GEJALA GELOMBANGAda berberapa gejalagelombang berlaku umum, baik untuk gelombang mekanik

maupun elektromagnetik. Gejala tersebut adalah:

1. Dispersi GelombangKetika Kita menyentakkan ujung tali naik-turun (setengah getaran), sebuah pulsa

transversal merambat melalui tali (tali sebagai medium).Sesungguhnya bentuk pulsa berubah ketika pulsa merambat sepanjang tali, pulsa tersebar atau mengalami dispersi (perhatikan Gambar di bawah).Jadi, dispersi gelombang adalah perubahan bentuk gelombang ketika gelombang merambat suatu medium.

Getaran di tali yang berubah menimbulkan dipersi gelombang

9

Kebanyakan medium nyata di mana gelombang merambat dapat kita dekati sebagai medium non dispersi.Dalam medium non dispersi, gelombang dapat mempertahankan bentuknya.Sebagai contoh medium non dispersi adalah udara sebagai medium perambatan dari gelombang bunyi.Gelombang-gelombang cahaya dalam vakum adalah nondispersi secara sempurna.Untuk cahaya putih (polikromatik) yang dilewatkan pada prisma kaca mengalami dispersi sehngga membentuk spektrum warna-warna pelangi. Apakah yang bertanggungjawab terhadap dispersi  gelombang cahaya ini? Tentu saja dispersi gelombang terjadi dalam prisma kaca karena kaca termasuk medium dispersi untuk gelombang cahaya.

2. Pemantulan gelombangPemantulan adalah pembalikan arah rambat gelombang karena mengenai bidang

pantul (bidang batas dua medium).Sifat pemantulan gelombang mengikuti hukum Snelius tentang pemantulan.Pada peristiwa pemantulan, gelombang tidak mengalami perubahan panjang gelombang, cepat rambat, frekuaensi dan amplitudo, tetapi hanya mengalami perubahan arah rambat.

3. Pembiasan GelombangPembiasan Gelombang adalah pembelokan arah rambat gelombanmg karena

melalui bidang batas dua medium. Pada peristiwa pembiasan cepat rambat dan panjnag gelombang mengalami perubahan sedangkan frekuensi gelombang tetap. Pembiasan gelombang mengikuti hukum Snelius tentang Pembiasan.

Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada satu bidang datar

Jika gelombang datang dari medium renggang ke medium rapat dibiaskan mendekati garis normal , dan jika sinar datang dari medium rapat ke medium renggang dibiaskan menjauhi garis normal

Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan suatu tetapan yang besarnya merupan indeaks bias relatif kedua medium

sin isin r =

n2

n1 =

v1

v2 =

λ1

λ2

renggang .i i Udara(nu)

r r rapatAir(na)

.i = 0o r< .i r <.i

Pemantulan Sempurna

Gambar yang terbentuk pada cermin merupakan contoh aplikasi pemantulan gelombang dalam hal ini gelombang cahaya. Akibatnya kita bisa

melihat bayangan kita pada cermin

10

renggang .r Udara(nu)

.i ikθ θ rapat

Air(na)

.Sudut bias lebih besar sudut datang. Sudut datang yang menyebabkan sudut terbias 90o disebut sudut kritis. Jika sudut datang melebihi sudut kritis maka terjadi pemantulan sempurna.Jadi syarat terjadinya pemantulan sempurna adalah :1). Gelombang datang dari mediumrapat ke rengggang2). Sudut datang lebih besar sudut kritis

Besar sudut kritis adalah :

sin isin r =

n2

n1

sin ik

sin 90 ° =

n2

n1 sin ik =

n2

n1

Pembiasan gelombang pada permukaan air

4. Difraksi GelombangDi dalam suatu medium yang sama, gelombang merambat lurus. Oleh karena itu,

gelombang lurus akan merambat ke seluruh medium dalam bentuk gelombang lurus juga. Hal ini tidak berlaku bila pada medium diberi penghalang atau rintangan berupa celah.Untuk ukuran celah yang tepat, gelombang yang datang dapat melentur setelah melalui celah tersebut.Lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah dinamakan difraksi gelombang.

Jika penghalang celah yang diberikan oleh lebar, maka difraksi tidak begitu jelas terlihat.Muka gelombang yang melalui celah hanya melentur di bagian tepi celah. Jika penghalang celah sempit, yaitu berukuran dekat dengan orde panjang gelombang, maka difraksi gelombang  sangat jelas. Celah bertindak sebagai sumber gelombang berupa titik, dan muka gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk lingkaran-lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya.

5. Interferensi gelombang

Tampilan “patahan” pada sedotan di samping merupakan peristiwa pembiasan yang terjadi. Walupun sebenarnya sedotan tersebut lurus.

Penghalang

Aliran air Penghalang menciptakan

difraksi gelombang pada aliran

11

Jika pada suatu tempat bertemu dua buah gelombang, maka resultan gelombang di tempat tersebut sama dengan jumlah dari kedua gelombang tersebut. Peristwa ini di sebut sebagai prinsip superposisi linear. Gelombang-gelombang yang terpadu akan mempengaruhi medium. Nah, pengaruh yang ditimbulkan oleh gelombang-gelombang yang terpadu tersebut disebut interferensi gelombang.

Ketika mempelajari gelombang stasioner yang dihasilkan oleh superposisi antara gelombang datang dan gelombang pantul oleh ujung bebas atau ujung tetap, Kita dapatkan bahwa pada titik-titik tertentu, disebut perut, kedua gelombang saling memperkuat (interferensi konstruktif), dan dihasilkan amplitudo paling besar, yaitu dua kali amplitudo semuala. Sedangkan pada titik-titik tertentu, disebut simpul, kedua gelombang saling memperlemah atau meniadakan (interferensi destruktif), dan dihasilkan amplitudo nol.

Dengan menggunakan konsep fase, dapat kita katakan bahwa interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi bila kedua gelombang yang berpadu memiliki fase yang sama. Amplitudo gelombang paduan sama dengan dua kali amplitudo tiap gelombang. Interferensi destruktif (saling meniadakan) terjadi bila kedua gelombang yang berpadu berlawanan fase. Amplitudo gelombang paduan sama dengan nol. Interferensi konstruktif dan destruktif mudah dipahami dengan menggunakan ilustrasi pada Gambar 1.24.

Gambar 1.24. Interferensi Konstruktif

6. Polarisasi GelombangPemantulan, pembiasan, difraksi, dan interferensi dapat terjadi pada gelombang

tali (satu dimensi), gelombang permukaan air (dua dimensi), gelombang bunyi dan gelombang cahaya (tiga dimensi). Gelombang tali, gelombang permukaan air, dan gelombang cahaya adalah gelombang transversal, sedangkan gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal. Nah, ada satu sifat gelombang yang hanya dapat terjadi pada gelombang transversal, yaitu polarisasi.Jadi, polarisasi gelombang tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal, misalnya pada gelombang bunyi.

Fenomena polarisasi cahaya ditemukan oleh Erasmus Bhartolinus pada tahun 1969. Dalam fenomena polarisasi cahaya, cahaya alami yang getarannya ke segala arah tetapi tegak lurus terhadap arah merambatnya (gelombang transversal) ketika melewati filter polarisasi, getaran horizontal diserap  sedang getaran vertikal diserap sebagian (lihat Gambar 1.25). Cahaya alami yang getarannya ke segala arah di sebut cahaya tak terpolarisasi, sedang cahaya yang melewati polaroid hanya memiliki getaran pada satu arah saja, yaitu arah vertikal, disebut cahaya terpolarisasi linear.

12

Gambar 1.25. Polarisasi cahaya pada Polaroid

13

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK (CAHAYA)

Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnet ik yang dapat dideteksi mata manusia.Karena itu, cahaya selain memiliki sifat-sifat gelombang secara umummisal dispersi, interferensi, difraksi, dan polarisasi, juga memiliki sifat-sifat gelombang elektromagnetik, yaitu dapat merambat melalui ruang hampa.

DISPERSI CAHAYAGelombang dan sifat-sifatnya sebagian sudah dikenal pada waktu membahas

getaran dan gelombang. Pada bagian ini, kita akan membahas gelombang cahaya. Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi mata manusia.Cahaya selain memiliki sifat-sifat gelombang secara umum misal dispersi, interferensi, difraksi, dan polarisasi, juga memiliki sifat-sifat gelombang elektromagnetik, yaitu dapat merambat melalui ruang hampa.

Gejala dispersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik).Cahaya putih merupakan cahaya polikromatik, artinya cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjang gelombang. Jika cahaya putih diarahkan ke prisma, maka cahaya putih akan terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Cahaya-cahaya ini memiliki panjang gelombang yang berbeda. Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. Semakin kecil panjang gelombangnya semakin besar indeks biasnya. Disperi pada prisma terjadi karena adanya perbedaan indeks bias kaca setiap warna cahaya. Perhatikan Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Dispersi cahaya pada prisma

Gelombang Cahaya

14

Seberkas cahaya polikromatik diarahkan ke prisma.Cahaya tersebut kemudian terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.Tiap-tiap cahaya mempunyai sudut deviasi yang berbeda.Selisih antara sudut deviasi untuk cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi. Besar sudut dispersi dapat dituliskan sebagai berikut:

Φ = δu - δm = (nu – nm)β .......................................2.

 Keterangan:Φ = sudut dispersinu = indeks bias sinar ungunm = indeks bias sinar merahδu= deviasi sinar unguδm=deviasi sinar merah

Penerapan Dispersi:Contoh peristiwa dispersi pada kehidupan sehari-hari adalah pelangi. Pelangi

hanya dapat kita lihat apbila kita membelakangi matahari dan hujan terjadi di depan kita. Jika seberkas cahaya matahari mengenai titik-titik air yang besar, maka sinar itu dibiaskan oleh bagian depan permukaan air. Pada saat sinar memasuki titik air, sebagian sinar akan dipantulkan oleh bagian belakang permukaan air, kemudian mengenai permukaan depan, dan akhirnya dibiaskan oleh permukaan depan. Karena dibiaskan, maka sinar ini pun diuraikan menjadi pektrum matahari.Peristiwa inilah yang kita lihat di langit dan disebut pelangi.

INTERFERENSI CAHAYAPada sebelumnya, telah diketahui bahwa dua gelombang dapat melalui satu titik

yang sama tanpa saling mempengaruhi. Kedua gelombang gelombang itu memiliki efek gabungan yang diperoleh dengan menjumlahkan simpangannya.Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu gelombang baru.Jika kedua gelombang yang terpadu sefase, maka terjadi interferensi konstruktif (saling menguatkan).Gelombang resultan memiliki amplitudo maksimum.

Jika kedua gelombang yang terpadu berlawanan fase, maka terjadi interferensi destruktif (saling melemahkan).Gelombang resultan memiliki amplitudo nol. Setiap orang dengan menggunakan sebuah baskom air dapat melihat bagaimana interferensi antara dua gelombang permukaan air dapat menghasilkan pola-pola bervariasi yang dapat dilihat dengan jelas. Dua orang yang bersenandung dengan nada-nada dasar yang frekuensinya berbeda sedikit akan mendengar layangan (penguatan dan pelemahan bunyi) sebagai hasi interferensi. Warna-warni pelangi menunjukkan bahwa sinar matahari adalah gabungan dari berbagai macam warna dari spektrum kasat mata. Di lain fihak, warna pada gelombang sabun, lapisan minyak, warna bulu burung merah, dan burung kalibri bukan disebabkan oleh pembiasan. Hal ini terjadi karena interferensi konstruktif dan destruktif dari sinar yang dipantulkan oleh suatu lapisan tipis.Adanya gejala interferensi ini bukti yang paling menyakinkan bahwa cahaya itu adalah gelombang.Interferensi cahaya bisa terjadi jika ada dua atau lebih berkas sinar yang bergabung.Jika cahayanya

15

tidak berupa berkas sinar, maka interferensinya sulit diamati. Interferensi cahaya sulit diamati karena dua alasan:(1)   Panjang gelombang cahaya sangat pendek, kira-kira 1% dari lebar rambut.(2) Setiap sumber alamiah cahaya memancarkan gelombang cahaya yang fasenya sembarang (random) sehingga interferensi yang terjadi hanya dalam waktu sangat singkat.

Jadi, interferensi cahaya tidaklah senyata seperti interferensi pada gelombang air atau gelombang bunyi. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat berikut ini:(1)   Kedua gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bahwa kedua gelombang cahaya harus memiliki beda fase yang selalu tetap, oleh sebab itu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama.(2)   Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitude yang hampir sama.Terjadi dan tidak terjadinya interferensi dapat digambarkan seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. (a) tidak terjadi interferensi, (b) terjadi interferensiUntuk menghasilkan pasangan sumber cahaya kohern sehingga dapat menghasilkan pola interferensi adalah :(1)    sinari dua (atau lebih) celah sempit dengan cahaya yang berasal dari celah tunggal (satu celah). Hal ini dilakukan oleh Thomas Young.(2)    dapatkan sumber-sumber kohern maya dari sebuah sumber cahaya dengan pemantulan saja. Hal ini dilakukian oleh Fresnel.Hal ini juga terjadi pada pemantulan dan pembiasan (pada interferensi lapisan tipis).(3)    Gunakan sinar laser sebagai penghasil sinar laser sebagai penghasil cahaya kohern.

Percobaan Interferensi Fresnelldan YoungUntuk mendapatkan dua sumber cahaya koheren, A. J Fresnelldan Thomas

Youngmenggunakan sebuah lampu sebagai sumber cahaya.Dengan menggunakan sebuah sumber cahaya S, Fresnell memperoleh dua sumber cahaya S1 dan S2 yang kohoren dari hasil pemantulan dua cermin.Sinar monokromatis yang dipancarkan oleh sumber S, dipantulkan oleh cermin I dan cermin II yang seolah-olah berfungsi sebagai sumber S1

dan S2. Sesungguhnya, S1 dan S2 merupakan bayangan oleh cermin I dan Cermin II (Gambar 2.4)

Gambar 2.4. Percobaan cermin Fresnell

Berbeda dengan percobaan yang dilakukan oleh Fresnell, Young menggunakan dua penghalang, yang pertama memiliki satu lubang kecil dan yang kedua dilengkapi dengan dua lubang kecil. Dengan cara tersebut, Young memperoleh dua sumber cahaya (sekunder) koheren yang monokromatis dari sebuah sumber cahaya monokromatis (Gambar 2.5). Pada layar tampak pola garis-garis terang dann gelap.Pola garis-garis

16

terang dan gelap inilah bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi. Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya dari kedua celah tersebut.

Gambar 2.5. Percobaan dua celah oleh Young

Pola interferensi yang dihasilkan oleh kedua percobaan tersebut adalah garis-garis terang dan garis-garis gelap pada layar yang silih berganti.Garis terang terjadi jika kedua sumber cahaya mengalami interferensi yang saling menguatkan atau interferensi maksimum.Adapun garis gelap terjadi jika kedua sumber cahaya mengalami interferensi yang saling melemahkan atau interferensi minimum. Jika kedua sumber cahaya memiliki amplitudo yang sama, maka pada tempat-tempat terjadinya interferensi minimum, akan terbentuk titik gelap sama sekali. Untuk mengetahui lebih rinci tentang pola yang terbentuk dari interferensi dua celah, perhatikan penurunan-penurunan interferensi dua celah berikut.

Pada Gambar 2.6, tampak bahwa lensa kolimator menghasilkan berkas sejajar. Kemudian, berkas cahaya tersebut melewati penghalang yang memiliki celah gkita sehingga S1 dan S2 dapat dipkitang sebagai dua sumber cahaya monokromatis. Setelah keluar dari S1 dan S2, kedua cahaya digambarkan menuju sebuah titik A pada layar. Selisih jarak yang ditempuhnya (S2A – S1A) disebut beda lintasan.

......................................

Gambar 2.6. Percobaan Interferensi Young 

Jika jarak S1A dan S2A sangat besar dibandingkan jarak S1 ke S2, dengan S1S2 = d, sinar S1A dan S2A dapat dianggap sejajar dan selisih jaraknya ΔS = S2B. Berdasarkan segitiga

S1S2B, diperoleh , dengan d adalah jarak antara kedua celah.

Selanjutnya, pada segitiga COA,  .

Untuk sudut-sudut kecil akan didapatkan. Untuk θ kecil, berarti p/l kecil atau p<<l sehingga selisih kecepatan yang ditempuh oleh cahaya dari sumber S2 dan S1akan memenuhi persamaan berikut ini.

................................................

Interferensi maksimum akan terjadi jika kedua gelombang yang tiba di titik Asefase. Dua gelombang memiliki fase sama bila beda lintasannya merupakan kelipatan bilangan cacah dari panjang gelombang.

ΔS = mλ ......

17

Jadi, persamaan interferensi maksimum menjadi

.........................................................

dengand = jarak antara celah pada layar

p = jarak titik pusat interferensi (O) ke garis terang di A

l = jarak celah ke layar

λ = panjang gelombang cahaya

m = orde interferensi (0, 1, 2, 3, ...)

Interensi pada Lapisan TipisDalam keseharian Kita sering mengamati garis-garis berwarna yang tampak pada

lapisan tipis bensin atau oli yang tumpah di permukaan air saat matahari menyoroti permukaan oli tersebut.Di samping itu, Kita tentu pernah main air sabun yang ditiup sehingga terjadi gelembung. Kemudian saat terkena sinar matahari akan terlihat warna-warni.Cahaya warna-warni inilah bukti adanya peristiwa interferensi cahaya pada lapisan tipis air sabun. Interferensi ini terjadi pada sinar yang dipantulkan langsung dan sinar yang dipantulkan setelah dibiaskan.

Interferensi antar gelombang yang dipantulkan oleh lapisan atas dan yang dipantulkan oleh lapisan bawah ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7   Interferensi pada selaput tipis Selisih lintasan yang ditempuh oleh sinar datang hingga menjadi sinar pantul ke-1 dan sinar pantul ke-2 adalahΔS = S2 – S1 = n(AB + BC) – AD = n(2AB) – AD ...........................2.8dengann adalah indeks bias lapisan tipis.

Jika tebal lapisan adalah d, diperoleh d = AB cos r sehingga AB = d/cos r dan AD = AC sin i, dengan AC = 2d tan r.  Dengan demikian, persamaan (2.8) menjadi:

Sesuai dengan hukum Snellius, n sin r = sin I, selisih jarak tempuh kedua sinar menjadi:ΔS = 2nd cos r..............................................2.9

Supaya terjadi interferensi maksimum, ΔS harus merupakan kelipatan dari panjang

gelombang (λ), tetapi karena sinar pantul di B mengalami perubahan fase , ΔS menjadi

..........................................2.10

Jadi, interferensi maksimum sinar pantul pada lapisan tipis akan memenuhi persamaan berikut.

18

=  Dengann = indeks bias lapisan tipisd = tebal lapisanr = sudut biasm = orde interferensi (0, 1, 2, 3, …)λ = panjang gelombang sinar

DIFRAKSI CAHAYAPada pelajaran gerak gelombang, telah diperkenalkan pula bahwa gelombang

permukaan air yang melewati sebuah penghalang berupa sebuah celah sempit akan mengalami lenturan (difraksi). Peristiwa yang sama terjadi jika cahaya dilewatkan pada sebuah celah yang sempit sehingga gelombang cahaya itu akan mengalami difraksi. Selain disebabkan oleh celah sempit, peristiwa difraksi juga dapat disebabkan oleh kisi. Kisi adalah sebuah penghalang yang terdiri atas banyak celah sempit. Jumlah celah dalam kisi dapat mencapai ribuan pada daerah selebar 1 cm. Kisi difraksi adfalah alat yang sangat berguna untuk menganalisis sumber-sumber cahaya. Perhatikan Gambar 2.8.

Gambar 2.8. Cahaya yang melewati celah sempit

Kita dapat melihat gejala difraksi ini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita arahkan pada sumber cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau dengan melihat melalui kisi tenun kain yang terkena sinar lampu yang cukup jauh.

Difraksi Celah TunggalPola difraksi yang disebabkan oleh celah tunggal dijelaskan oleh Christian

Huygens. Menurut Huygens, tiap bagian celah berfungsi sebagai sumber gelombang sehingga cahaya dari satu bagian celah dapat berinterferensi dengan cahaya dari bagian celah lainnya.

Interferensi minimum yang menghasilkan garis gelap pada layar akan terjadi,jika gelombang 1 dan 3 atau 2 dan 4 berbeda fase ½, atau lintasannya sebesar setengah panjang gelombang. Perhatikan Gambar 2.9. 

Gambar 2.9.interferensi celah tunggal

Berdasarkan Gambar 2.9 tersebut, diperoleh beda lintasan kedua gelombang (d sin θ)/2.

19

ΔS = (d sin θ)/2 dan ΔS = ½ λ, jadi d sin θ = λJika celah tunggal itu dibagi menjadi empat bagian, pola interferensi minimumnya menjadiΔS = (d sin θ)/4 dan ΔS = ½ λ, jadi d sin θ = 2 λ.

Berdasarkan penurunan persamaan interferensi minimum tersebut, diperoleh persamaan sebagai berikut.d sin θ = mλ                                                       dengan: d = lebar celahm = 1, 2, 3, . . .

Untuk mendapatkan pola difraksi maksimum, maka setiap cahaya yang melewati celah

harus sefase. Beda lintasan dari interferensi minimum tadi harus dikurangi dengan sehingga beda fase keduanya mejadi 360°. Persamaan interferensi maksimum dari pola difraksinya akan menjadi :

..........................................Dengan (2m – 1) adalah bilangan ganjil, m = 1, 2, 3, …

Difraksi pada KisiJika semakin banyak celah pada kisi yang memiliki lebar sama, maka semakin

tajam pola difraksi dihasilkan pada layar. Misalkan, pada sebuah kisi, untuk setiap daerah selebar 1 cm terdapat N = 5.000 celah. Artinya, kisi tersebut terdiri atas 5.000 celah per cm. dengan demikian, jarak antar celah sama dengan tetapan kisi, yaitu

Pola difraksi maksimum pada layar akan tampak berupa garis-garis terang atau yang disebut dengan interferensi maksimum yang dihasilkan oleh dua celah. Jika beda lintasan yang dilewati cahaya datang dari dua celah yang berdekatan, maka interferensi maksimum terjadi ketika beda lintasan tersebut bernilai 0, λ, 2λ, 3λ, …,. Pola difraksi maksimum pada kisi menjadi seperti berikut.

d sinθ = mλ...................................................... denganm = orde dari difraksi dan d = jarak antar celah atau tetapan kisi.Demikian pula untuk mendapatkan pola difraksi minimumnya, yaitu garis-garis gelap. Bentuk persamaannya sama dengan pola interferensi minimum dua celah yaitu:

d sinθ = (m+ ½ )λ ..........................................

Jika pada difraksi digunakan cahaya putih atau cahaya polikromatik, pada layar akan tampak spectrum warna, dengan terang pusat berupa warna putih.

 

Gambar 2.10.  Difraksi cahaya putih akan menghasilkan pola berupa pita-pita spectrum

20

Cahaya merah dengan panjang gelombang terbesar mengalami lenturan atau pembelokan paling besar.Cahaya ungu mengalami lenturan terkecil karena panjang gelombang cahaya atau ungu terkecil.Setiap orde difraksi menunjukkan spectrum warna.

Daya Urai Alat OptikAlat-alat optic seperti Lup, teropong, dan milkroskop memiliki kemampuan untuk

memperbesar bayangan benda.Namun, perbesaran bayangan benda yang dihasilkan terbatas.Kemampuan perbesaran alat-alat optic itu selain dibatasi oleh daya urai lensa juga dibatasi oleh pola difraksi yang terbentuk pada bayangan benda itu.

Gambar 2.11. Pola difraksi yang dibentuk oleh sebuah celah bulat

Pola difraksi yang dibentuk oleh sebuah celah bulat terdiri atas bintik terang pusat yang dikelilingi oleh cincin-cincin terang dan gelap seperti pada Gambar 2.11.Pola tersebut dapat dijelaskan dengan menggunakan Gambar 2.12.

Gambar 2.12. Daya urai suatu lensa  D=diameter lobangl =jarak celah ke layardm=jari-jari lingkaran terangθ = sudut deviasi 

Pola difraksi dapat diperoleh dengan menggunakan sudut q yang menunjukkan ukuran sudut dari setiap cincin yang dihasilkan dengan persamaan:

.................................................dengan λ merupakan panjang gelombang cahaya yang digunakan.Untuk sudut-sudut kecil, maka diperoleh sinθ » tan θ = dm/λ dan sama dengan sudutnya q sehingga dapat ditulis:

,   atau 

POLARISASI CAHAYAPolarisasi gelombang hanya dapat terjadi pada gelombang transversal, tidak

terjadi pada gelombang longitudinal. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan peristiwa polarisasi, perhatikan gelombang tali pada Gambar 2.13.

21

Gambar 2.13. Gelombang tali yang terpolarisasi

Sebelum dilewatkan pada celah sempit vertical, tali bergetar dengan simpangan seperti spiral.Setelah gelombang pada tali melewati celah, hanya arah getar vertical yang masih tersisa.Adapun arah getar horizontal atu diserap oleh celah sempit itu.Gelombang yang keluar dari celah tadi disebut gelombang polarisasi, lebih khusus disebut terpolarisasi linier.

Terpolarisasi artinya memiliki satu arah getar tertentusaja.Polarisasi yang hanya terjadi pada satu arah disebut polarisasi linear.Apa yang terjadi jika celah sempit dipasang secara horizontal? Apakah terjadi polarisasi linear?Cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dari cahaya tidak terpolarisasi, yaitu dengan menghilangkan (memindahkan) semua arah getar dan melewatkan salah satu arah getar saja. Ada 4 cara untuk melakukan hal ini, yaitu: 1) penyerapan selektif, 2) pemantulan, 3) pembiasan gkita, dan 4) hamburan.

Penyerapan SelektifTeknik yang umum untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi adalah

menggunakan polaroid. Polaroid akan meneruskan gelombang-gelombang yang arah getarnya sejajr dengan sumbu transmisi dan menyerap gelombang-gelombang pada arah lainnya. Oleh karena tehnik berdasarkan penyerapan arah getar, maka disebut polarisasi dengan penyerapan selektif. Suatu polaroid ideal akan meneruskan semua komponen medan listrik E yang sejajar dengan sumbu transmisi dan menyerap suatu medan listrik E yang tegak lurus pada sumbu transmisi.Jika cahaya tidak terpolarisasi dilewatkan pada sebuah kristal, maka arah getaran yang keluar dari kristal hanya terdiri atas satu arah disebutcahaya terpolarisasi linier. Kristal yang dapat menyerap sebagian arah getardisebut dichroic.

Gambar 2.14.Kristal melewatkan cahayaterpolarisasi linear dan menyerap arah lainnya.

Selanjutnya, pada Gambar 2.15 ditunjukkan susunan dua keping Polaroid. Keping Polaroid yang pertama disebut polarisator, sedangkan keping polaroid yang kedua disebut analisator.

22

Gambar 2.15 (a) Polarisator dan analisator dipasang sejajar.(b) Polarisator dan analisator dipasang bersilangan.

 

Jika seberkas cahaya dengan intensitas I0 dilewatkan pada sebuah polalisator

ideal, intensitas cahaya yang dilewatkan adalah 50% atau . Akan tetapi, jika cahaya dilewatkan pada polalisator dan analisator yang dipasang bersilangan, tidak ada intensitas cahaya yang melewati analisator. Secara umum, intensitas yang dilewati analisator adalah

....................................................

Dengan I2 adalah intensitas cahaya yang lewat analisator.I0 adalah intensitas awal seblum maasuk polalisator dan θ adalah sudut antara arah polarisasi polalisator dan arah polarisasi analisator. Jika keduanya sejajar, θ = 0. jika keduanya saling bersilangan,  θ = 90°.

Pemantulan dan Pembiasan GkitaJika seberkas pola cahaya alamiah dijatuhkan pada permukan bidang batas dua

medium, maka sebagian cahaya akan mengalami pembiasan dan sebagian lagi mengalami pemantulan. Sinar bias dan sinar pantul akan terpolarisasi sebagian. Jika sudut sinar datang diubah-ubah, pada suatu saat sinar bias dan sinar pantul membentuk sudut 90°. Pada keadaan ini, sudut sinar datang (i) disebut sudut polarisasi (ip) karena sinar yang terpantul mengalami polarisasi sempurna atau terpolarisasi linear. Menurut Hukum Snellius,

n1 sin ip = n2 sin r, dengan r + ip= 90 atau r = 90 – ip

selanjutnya dapat dituliskan

n1 sin ip = n2 sin (90 – ip)= n2 cos ip

..............................................

Sudut ip disebut sudut polarisasi atau sudut Brewster, yaitu sudut datang pada sinar bias dan sinar pantul membentuk sudut 90°.Dalam sebuah kristal tertentu, cahaya alamiah yang masuk ke dalam kristal dapat mengalami pembiasan gkita. Pembiasan gkita ini dapat terjadi karena kristal tersebut memiliki dua nilai indeks bias. Perhatikan Gambar 23, tampak ada dua bagian sinar yang dibiaskan  yang hanya mengandung E// dan yang lain hanya mengandung. Jadi, indeks

bias serta laju E// dan adalahtidak sama.

23

Gambar 2.16. Polarisasi pada pembiasan gkita

HamburanBerkas cahaya yang melewati gas akan mengalami polarisasi sebagian karena partikel-partikel gas dapat menyerap dan memancarkan kembali cahaya yang mengenainya. Penyerapan dan pemancaran cahaya oleh partikel-partikel gas disebut hamburan.Oleh karena peristiwa hamburan ini, langit pada siang hari tampak berwarna biru.Hal tersebut dikarenakan partikel-parikel udara menyerap cahaya matahari dan memancarkan kembali (terutama) cahaya biru. Demikian pula, pada pagi hari dan sore hari, partikel-partikel udara akan menghamburkan lebih banyak cahaya merah (melalui kolom udara yang lebih panjang) sehingga pada pagi dan sore hari, cahaya matahari tampak lebih banyak memancarkan cahaya merah. Sebaliknya, di bulan tidak ada yang dapat menghamburkan cahaya matahari karena bulan tidak memiliki atmosfir. Oleh karena itu, atmosfir bulan akan tampak gelap.

Penerapan PolarisasiSalah satu penerapan penting dari proses polarisasi adalah Liquid Crystal Dsiplay

(LCD). LCD digunakan dalam berbagai tampilan, dari mulai jam digital, layar kalkulator, hingga layar televise. LCD dapat diartikan alat peraga kristal cair, berisi dua filter polarisasi yang saling menyilang dan didukung oelh sebuah cermin. Biasanya polarisator yang saling menyilang menghalangi semua cahaya yang melewatinya. Namun, diantar kedua filter itu terdapat lapisan kristal cair. Selain energi listrik alat ini dipadamkan, kristalnya memutar sinar-sinar yang kuat dengan membentuk sudut 900. Sinar-sinar yang berputar itu kemudian dapat menembus filter (penyaring) bagian belakang. Kemudian sinar-sinar itu dipantulkan oleh cermin sehingga peraga (layar) tampak putih. Angka atau huruf pada peraga dengan menyatakan daerah-daerah kristal cair. Ini mengubah posisi kristal cair tersebut sehingga kristal-kristal tidak lagi memutar cahaya.

GELOMBANG BUNYI

Dalam sehari-hari Kita sering berhadapan dengan fenomena bunyi.Misalnya, Kita suka mendengar musik, Kita senang memperhatikan seseorang bermain gitar, seruling, terompet dan sebagainya.Peristiwa yang berkaitan dengan musik lainnya seperti Kita senang menonton konser.Ada kalanya Kita ketakutan terhadap bunyi, misalnya suara ledakan, pertir, dan sebagainya.Beberapa fenomena bunyi sering muncul pertanyaan-pertanyaan, misalnya, apakah bunyi terdengar paling bagus di ruang hampa?Di samping itu, kalau kita perhatikan di geung-gedung bioskop atau pada gedung konser, mengapa pada gedung tersebut dipasang peredam suara?Berkaitan dengan bunyi pula, mengapa kelelawar terbang malam tanpa menabrak?Mengapabunyi petir pada malam hari

24

terdengar lebih keras daripada siang hari?Terhadap pertanyaan-pertanyaan tersebut orang sering menanggapi sebagai berikut.Kecepatan bunyi paling cepat adalah di ruang hampa karena tidak ada penghalang sehingga bunyi bebas saja lewat. Demikian pula terhadap pendengaran bunyi akan paling bagus pada ruang hampa karena tak ada penghalang. Pada gedung konser sering dipasang alat peredam suara dengan tujuan suara dari penyanyi agar merdu dan nyaring.Tehadap pertanyaan kelelawar yang terbang malam hari tak menabrak karena penglihatannya sangat tajam sehingga dapat melihat penghalang di depannya sangat cepat. Terhadap pertanyyan petir yang keras di malam hari karena pada waktu malam hari tidak ada aktivitas, suasana menjadi sepi sehingga kalau ada petir akan kedengaran sangat keras dibandingkan dengan siang hari.

SIFAT DASAR GELOMBANG BUNYIPada waktu SMP, kita telah mengetahui bahwa bunyi disebabkan oleh adanya

benda yang bergetar.Bunyi merupakan gelombang mekanik, yaitu gelombang yang memerlukan medium pada saat merambat.Bunyi juga termasuk ke dalam kelompok gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah rambatnya.

Untuk melihat bagaimana bunyi dihasilkan dan mengapa bunyi termasuk gelombang longitudinal, mari kita perhatikan getaran dari diafragma pengeras suara. Ketika diafragma bergerak radial keluar, diafragma ini memampatkan udara yang langsung ada di depannya. Pemampatan ini menyebabkan tekanan udara bertambah sedikit di atas tekanan normal.Daerah yang tekanan udaranya bertambah disebut rapatan.Rapatan ini bergerak menjauh dari pengeras suara pada kecepatan bunyi.Rapatan ini mirip dengan daerah rapatan pada kumparan-kumparan dalam gelombang longitudinal pada slinki.Setelah menghasilkan rapatan, diafragma membalik arah gerakannya menjadi radial ke dalam.Gerakan diafragma ke dalam menghasilkan suatu daerah yang dikenal sebagai renggangan.Renggangan ini menyebabkan tekanan udara sedikit lebih kecil daripada tekanan normal. Rengangan ini mirip dengan daerah renggangan pada kumparan-kumparan dalam gelombang longitudinal pada slinki.Renggangan merambat menjauh dari pengeras suara pada kecepatan bunyi. 

Sifat-sifat bunyi pada dasarnya sama dengan sifat-sifat gelombang longitudinal, yaitu dapat dipantulkan (refleksi), dibiaskan (refraksi), dipadukan (interferensi), dilenturkan (difraksi) dan dapat diresonansikan. Seperti telah disinggung di atas, bunyi memerlukan medium pada saat merambat.Medium tersebut dapat berupa zat padat, zat cair, maupun zat gas.Bunyi tak dapat merambat pada ruang hampa.Jika kita bercakap-cakap, maka bunyi yang kita dengar merambat dari pita suara yang berbicara menuju pendengar melalui medium udara.

Ada beberapa syarat bunyi dapat terdengar telinga kita.Pertama, adanya sumber bunyi.Misalnya, ada gitar yang dipetik, ada gong yang dipukul, ada yang bersuara dan ada suara kendaraan lewat.Kedua, ada mediumnya.Bunyi dapat merambat dalam medium udara (zat gas), air (zat cair) maupun zat padat.Ketiga, bunyi dapat didengar telinga bila memiliki frekuensi 20 - 20.000 Hz. Batas pendengaran manusia adalah pada frekuensi tersebut bahkan pada saat dewasa terjadi pengurangan interval tersebut karena faktor kebisingan atau sakit.Berdasarkan batasan pendengaran manusia itu gelombang dapat dibagi menjadi tiga yaitu audiosonik (20-20.000 Hz), infrasonik (di bawah 20 Hz) dan ultrasonik (di atas 20.000 Hz).Binatang-binatang banyak yang dapat mendengar di luar

Kumparan

25

audio sonik.Contohnya jangkerik dapat mendengar infrasonik (di bawah 20 Hz), anjing dapat mendengar ultrasonik (hingga 25.000 Hz).

Cepat Rambat Bunyi pada Zat PadatPada zaman dahulu, orang mendekatkan telinganya ke atas rel untuk mengetahui kapan kereta datang.Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat merambat pada zat padat. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat padat tergantung pada sifat elastisitas dan massa jenis zat padat tersebut dalam zat padat. Secara matematis, besarnya cepat rambat bunyi pada zat padat didefinisikan sebagai :

Keterangan :V : Cepat rambat bunyi pada zat padat (m/s)E : Modulus Young medium (N/m2)Ρ : Massa jenis medium (kg/m3)

Cepat Rambat Bunyi pada Zat CairPada saat Anda menyelam dalam air, bawalah dua buah batu, kemudian pukulkan kedua batu tersebut satu sama lain. Meskipun Anda berada dalam air, Anda masih bisa mendengar suara batu tersebut.Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat merambat pada zat cair. Besarnya cepat rambat bunyi dalam zat cair tergantung pada Modulus Bulk dan massa jenis zat cair tersebut. Secara matematis hampir analogi dengan persamaan 3.1, yaitu :

Keterangan :V : Cepat rambat bunyi pada zat cair (m/s)B : Modulus Bulk medium (N/m2)Ρ : Massa jenis medium (kg/m3)

Cepat Rambat Bunyi pada Zat GasDi udara tentu Anda lebih sering mendengar berbagai macam bunyi.Anda bisa

mendengar suara radio, televisi, bahkan orang yang berteriak-teriak di kejauhan.Besarnya cepat rambat bunyi pada zat gas tergantung pada sifat-sifat kinetik gas. Dalam kasus gas terjadi perubahan volum, dan yang berkaitan dengan modulus elastik bahan adalah modulus bulk.Cepat rambat bunyi dalam gas dapat dinyatakan dengan:

.dengan  p = tekanan gasγ = tetapan Laplace.ρ = kerapatan

Berdasarkan persamaan gas ideal:

, atau , maka diperoleh persamaan dasar untuk menghitung cepat rambat bunyi dalam gas, yaitu:

Keterangan :V : Cepat rambat bunyi pada zat gas (m/s)Γ : Konstanta LaplaceR : Tetapan umum gas (8,31 J/molK)T : Suhu mutlak gas (K)

26

M : Massa atom atau molekul relatif gas (kg/mol)

PEMBIASAN GELOMBANG BUNYIJika sumber bunyi petir dekat dengan rumah Anda, maka Anda dapat mendengar

bunyi petir. Mengapa pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari?Pada siang hari, udara pada lapisan atas lebih dingin daripada lapisan bawah. Cepat rambat bunyi pada suhu dingin adalah lebih kecil daripada suhu panas.Dengan demikian, kecepatan bunyi pada lapisan udara atas lebih kecil daripada kecepatan bunyi pada lapisan udara bawah, karena medium pada lapisan atas lebih rapat dari medium pada lapisan bawah. Jadi, pada siang hari, bunyi petir yang merambat dari lapisan udara atas menuju ke lapisan udara bawah akan dibiaskan menjauhi garis normal (Gambar 3.2a).

Gambar 3.2. Pembiasan gelombang bunyi

Pada malam hari, terjadi kondisi sebaliknya, udara pada lapisan bawah (dekat tanah) lebih dingin daripada udara pada lapisan atas.Dengan demikian, kecepatan bunyi pada lapisan bawah lebih kecil daripada lapisan atas, karena medium pada lapisan atas kurang rapat dari medium pada lapisan bawah. Jadi, pada malam hari, bunyi petir yang merambat dari lapisan udara atas menuju ke lapisan udara bawah (mediumnya lebih rapat) akan dibiaskan mendekati garis normal (Gambar 3.2b). Pembiasan bunyi petir mendekati garis normal pada malam hari inilah yang menyebabkan bunyi guntur lebih mendekat kerumah Anda, dan sebagai akibatnya Anda mendengar bunyi petir yang lebih keras.

Interferensi BunyiSeperti halnya pada cahaya, pada bunyi pun terjadi interferensi.Untuk

membuktikan adanya interferensi gelombang bunyi dapat Anda lihat pada bagian kegiatan ilmiah dari buku ini. Bunyi kuat terjadi ketika superposisi kedua gelombang bunyi pada suatu titik adalah sefase atau memiliki beda lintasan yang merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang bunyi. Bunyi kuat Δs = nλ; n = 0, 1, 2, 3, . . .                                        

n = 0, n = 1, dan n = 2, berturut-turut untuk bunyi kuat pertama, bunyi kuat kedua, dan bunyi kuat ketiga.

Bunyi lemah terjadi ketika superposisi kedua gelombang bunyi kuat pertama, bunyi kuat kedua, dan bunyi kuat ketiga.Interferensi destruktifjika kedua gelombang yang bertemu pada suatu titik adalah berlawanan fase atau memiliki beda lintasan,

Bunyi lemah Δs = λ; n = 0, 1, 2, 3, . . n = 0, n = 1, n = 2, berturut-turut untuk bunyi kuat pertama, bunyi kuat kedua, dan bunyi kuat ketiga

RESONANSI BUNYIResonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain

yang bergetar dan memiliki frekuensi yang sama atau kelipatan bilangan bulat dari frekuensi itu. Resonansi sangat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari.Misalnya, resonansi bunyi pada kolom udara dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan

27

bunyi.Berdasarkan hal tersebut, maka dapat dibuat berbagai macam alat musik.Alat musik pada umumnya dibuat berlubang agar terjadi resonansi udara sehingga suara alat musik tersebut menjadi nyaring. Contoh alat musik itu antara lain: seruling, kendang, beduk, ketipung dan sebagainya.

Resonansi sangat penting di dalam dunia musik.Dawai tidak dapat menghasilkan nada yang nyaring tanpa adanya kotak resonansi.Pada gitar terdapat kotak atau ruang udara tempat udara ikut bergetar apabila senar gitar dipetik. Udara di dalam kotak ini bergerak dengan frekuensi yang sama dengan yang dihasilkan oleh senar gitar. Udara yang mengisi tabung gamelan juga akan ikut bergetar jika lempengan logam pada gamelan tersebut dipukul. Tanpa adanya tabung kolom udara di bawah lempengan logamnya, Anda tidak dapat mendengar nyaringnya bunyi gamelan tersebut.Reonansi juga dipahami untuk mengukur kecepatan perambatan bunyi di udara.Untuk mengetahui proses resonansi, kita tinjau dua garputala yang saling beresonansi seperti ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Dua garputala yang saling beresonansi 

Jika garputala dipukul, garputala tersebut akan bergetar. Frekuensi bunyi yang dihasilkan bergantung pada bentuk, besar, dan bahan garputala tersebut.

Resonansi pada Kolom UdaraApabila pada kolom udara yang terletak di atas permukaan air digetarkan sebuah garputala, molekul-molekul di dalam udara tersebut akan bergetar. Perhatikan Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Sebuah kolom udara di atas permukaan air digetarkan oleh sebuah garputala

Syarat terjadinya reronansi, yaitu:(a)   pada permukaan air harus terbentuk simpul gelombang;(b)   pada ujung tabung bagian atas merupakan perut gelombang.

Peristiwa resonansi terjadi sesuai dengan getaran udara pada pipa organa tertutup. Jadi, resonansi petama akan terjadi jika panjang kolom udara di atas air ¼ λ, resonansi ke dua ¾ λ, resonansi ke tiga 5/4 λ, dan seterusnya.

Kolom udara pada percobaan penentuan resonansi di atas berfungsi sebagai tabung resonator.Peristiwa resonansi ini dapat dipakai untuk mengukur kecepatan

perambatan bunyi di udara. Agar dapat terjadi resonansi, panjang kolom udaranya adalah l = (2n-1)¼λ dengan n = 1, 2, 3, . . .

Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat ditentukan bahwa resonansi bertuturutan dapat Anda dengar apabila suatu resonansi dengan resonansi berikutnya memiliki jarak Δl = ½ λ. Jika frekuensi garputala diketahui, cepat rambat gelombang bunyi di udara dapat diperoleh melalui hubungan:

28

v= λf Peristiwa resonansi juga dapat menimbulkan masalah dalam kehidupan sehari-

hari.Misalnya, gelas piala bertangkai bisa pecah bila diletakkan didekat penyanyi yang sedang menyanyi. Hal ini terjadi karena gelas memiliki frekuensi alami yang sama dengan suara penyanyi sehingga gelas mengalami resonansi dan mengakibatkan pecahnya gelas tersebut. Peristiwa resonansi juga dapat menyebabkan runtuhnya jembatan gantung jika frekuensi hentakan kaki serentak orang yang berbaris di atas jembatan gantung sama dengan frekuensi alami jembatan sehingga jembatan akan berayun hebat dan dapat menyebabkan runtuhnya jembatan.

GELOMBANG BUNYI PADA SENAR ATAU DAWAIAnda tentu pernah melihat orang memainkan gitar.  Pada senar atau dawai pada

gitar kedua ujungnya terikat dan jika digetarkan akan membentuk suatu gelombang stasioner. Getaran ini akan menghasilkan bunyi dengan nada tertentu, tergantung pada jumlah gelombang yang terbentuk pada dawai tersebut. Pola gelombang stasioner ketika terjadi nada dasar (harmonik pertama), nada atas pertama (harmonik kedua) dan nada atas kedua (harmonik ke tiga) ditunjukkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6.Pola Panjang Gelombang pada Dawai.Frekuensi nada yang dihasilkan tergantung pada pola gelombang yang terbentuk. Secara umum, ketiga panjang gelombang di atas dapat dinyatakan dengan persamaan :

 Dengan demikian, frekuensi nada yang dihasilkan dawai memenuhi persamaan :

 

Keterangan :v : Cepat rambat gelombang pada dawai (m/s)fn : Frekuensi nada ke-n (Hz)λn : Panjang gelombang ke-nL : Panjang dawain : Bilangan yang menyatakan nada dasar, nada atas

ke-1, dst. (0, 1, 2, ...)

PIPA ORGANAPipa organa merupakan sejenis alat musik tiup.Bisa dicontohkan sebagai seruling

bambu.Anda tentu pernah melihat bahwa ada dua jenis seruling bambu.Demikian juga dengan karakteristik pipa organa.Ada pipa organa terbuka (kedua ujungnya terbuka) dan pipa organa tertutup (salah satu ujungnya tertutup).

29

Pipa organa merupakan semua pipa yang berongga di dalamnya, bahkan Anda dapat membuatnya dari pipa paralon. Pipa organa ini ada dua jenis yaitu pipa organaterbuka berarti kedua ujungnya terbuka dan pipa organa tertutupberarti salah satu ujungnya tertutup dan ujung lain terbuka. Kedua jenis pipa ini memiliki pola gelombang yang berbeda.

Pipa Organa TerbukaJika pipa organa ditiup, maka udara-udara dalam pipa akan bergetar sehingga

menghasilkan bunyi. Gelombang yang terjadi merupakan gelombang longitudinal. Kolom udara dapat  beresonansi, artinya dapat bergetar. Kenyataan ini digunakan pada alat musik yang dinamakan Organa, baik organa dengan pipa tertutup maupun pipa terbuka. Pola gelombang untuk nada dasar  ditunjukkan pada Gambar 3.7. Panjang kolom udara (pipa) sama dengan ½ (jarak antara perut berdekatan).

Gambar: 3.7. Organa Terbuka

Dengan demikian  L = atau λ1= 2LDan frekuensi nada dasar adalah

f1 =

Pada resonansi berikutnya dengan panjang gelombang λ2 disebut nada atas pertama, ditunjukkan pada Gambar 3.7b.Ini terjadi dengan menyisipkan sebuah simpul, sehingga terjai 3 perut dan 2 simpul. Panjang pipa sama dengan λ2. Dengan demikian, L = λ2 atau λ2

= L. Dan frekuensi nada atas kesatu ini adalah

f2 = 

Tampaknya persamaan frekuensi untuk pipa organa terbuka sama dengan persamaan frekuensi untuk tali yang terikat kedua ujungnya. Oleh karena itu, persamaan umum frekuensi alami atau frekuensi resonansi pipa organa harus sama dengan persamaan umum untuk tali yang terikat kedua ujungnya, yaitu

Dengan v = cepat rambat bunyi dalam kolom udaradan n = 1, 2, 3, . . . .Jadi, pada pipa organa terbuka semua harmonik (ganjil dan genap) muncul, dan frekuensi harmonik merupakan kelipatan bulat dari harmonik kesatunya.Flute dan rekorder adalah contoh instrumen yang berprilaku seperti pipa organa terbuka dengan semua harmonik muncul.

Pipa Organa TertutupJika ujung pipa organa tertutup, maka pipa organa itu disebut pipa organa

tertutup.Pada ujung pipa tertutup, udara tidak bebas bergerak, sehingga pada ujung pipa selalu terjadi simpul.Tiga keadaan resonansi di dalam pipa organa tertutup ditunjukkan pada Gambar 3.8.

30

Gambar 3.8. Organa Tertutup

Pola gelombang untuk nada dasar ditunjukkan pada gambar 3.8a, yaitu terjadi 1 perut dan 1 simpul. Panjang pipa sama dengan ¼ (jarak antara simpul dan perut

berdekatan). Dengan demikian,  atau λ1 = 4L, dan frekuensi nada dasar adalah

.Pola resonansi berikutnya dengan panjang gelombang λ3 disebut nada atas

pertama, ditunjukkan pada gambar 3.8b.Ini terjadi dengan menyisipkan sebuah simpul,

sehingga terjadi 2 perut dan 2 simpul. Panjang simpul sama dengan . Dengan

demikian, atau , dan frekuensi nada atas kesatu ini adalah

Perhatikan bahwa frekuensi ini sama dengan tiga kali frekuensi nada dasar. Selanjutnya akan Anda peroleh bahwa frekuensi nada atas kedua, yang getarannya seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8c adalah

Tampak bahwa pada kasus pipa organa tertutup hanya harmonik-harmonik ganjil yang muncul. Harmonik kesatu,  f1, harmonik ketiga f3 = 3f1, harmonik kelima f5 = 5f1, dan seterusnya. Secara umum, frekuensi-frekuensi alami pipa organa tertutup ini dinyatakan oleh :

Alat musik yang termasuk keluarga klarinet merupakan contoh pipa organa tertutup dengan harmonik ganjil untuk nada-nada rendah.

EFEK DOPPLERFenomena perubahan frekuensi karena pengaruh gerak relatif antara sumber bunyi

dan pendengar, pertama kali diamati oleh Christian Doppler. Jika antara sumber bunyi dan pendengar tidak ada gerakan relatif, maka frekuensi sumber bunyi dan frekuensi bunyi yang didengar oleh seseorang adalah sama. Namun, jika antara sumber bunyi dan si pendengar ada gerak relatif, ternyata antara frekuensi sumber bunyi dan frekuensi bunyi yang didengar tidaklah sama. Suatu contoh, misalnya ketika Anda naik bis dan berpapasan dengan bis lain yang sedang membunyikan klakson, maka akan terdengar suara yang lebih tinggi, berarti frekuensinya lebih besar dan sebaliknya ketika bis menjauhi anda, bunyi klakson terdengar lebih rendah, karena frekuensi bunyi yang didengar berkurang. Peristiwa ini dinamakan Efek Doppler.Jadi, Effek Doppler adalah peristiwa berubahnya harga frekuensi bunyi yang diterima oleh pendengar (P) dari frekuensi suatu sumber bunyi (S) apabila terjadi gerakan relatif antara P dan S. Oleh Doppler dirumuskan sebagai :

.

31

Dengan :fP adalah frekuensi yang didengar oleh pendengar.fS adalah frekuensi yang dipancarkan oleh sumber bunyi.vP adalah kecepatan pendengar.vS adalah kecepatan sumber bunyi.v adalah kecepatan bunyi di udara. Tanda + untuk vP dipakai bila pendengar bergerak mendekati sumber bunyi.Tanda - untuk vP dipakai bila pendengar bergerak menjauhi sumber bunyi.Tanda + untuk vS dipakai bila sumber bunyi bergerak menjauhi pendengar.Tanda - untuk vS dipakai bila sumber bunyi bergerak mendekati pendengar.

Pengaruh AnginUntuk efek Doppler diperoleh dengan mengabaikan kecepatan angin vw.Jika

kecepatan angin cukup berarti sehingga tak dapat diabaikan, maka kecepatan angin vw

harus dimasukkan ke dalam persamaan efek Doppler. Dengan demikian efek Doppler dengan memasukkan pengaruh angin adalah

Perjanjian tanda untuk vwsama seperti vp dan vs yaitu positif jika searah dengan arah dari sumber ke pendengar.

Aplikasi Efek Doppler pada RadarTerjadinya Efek Doppler dapat diaplikasikan sebagai radar untuk menentukan

kecepatan sebuah kendaraan di jalan raya.

Aplikasi efek Doppler untuk mengukur kecepatan mobil.Gelombang bunyi dipancarkan dengan kecepatan v dan frekuensi fs menuju sebuah mobil penumpang yang bergerak dengan kecepatan vs. Setelah mengenai mobil penumpang, gelombang tersebut akan dipantulkan kembali ke arah mobil polisi, Detektor akan menerima pantulan gelombang tersebut dengan frekuensi fp sehingga dari peristiwa itu akan berlaku persamaan Efek Doppler.

Jika mobil polisi dalam keadaan diam, berlaku persamaan:

→    Jika frekuensi sumber bunyi fs diketahui dan frekuensi bunyi pantul fp yang

terdeteksi oleh polisi dapat dibaca detektor, serta kecepatan bunyi di udara v diketahui, maka polisi dapat mengetahui kecepatan mobil penumpang.

Sumber bunyi

Pendengar berlawanan arah sumber bunyi

Pendengar searah sumber bunyi

32

TINGGI NADA, KUAT BUNYI, DAN WARNA BUNYI Setiap bunyi yang didengar manusia selalu memiliki frekuensi tertentu.Untuk

memenuhi frekuensi yang diharapkan, maka munculnya berbagai alat musik, misalnya seruling dan gitar. Saat bermain gitar, maka dawainya akan dipetik untuk mendapatkan frekuensi yang rendah atau tinggi. Tinggi rendahnya frekuensi bunyi yang teratur inilah yang dinamakan tinggi nada.Jadi, dapat disimpulkan bahwa tinggi nada bergantung pada frekuensi sumber bunyi.

Frekuensi tinggi → bunyi bernada tinggiFrekuensi rendah → bunyi bernada rendah

Frekuensi yang dihasilkan oleh suatu sumber bunyi dapat diamati pada layar osiloskop.Bunyi dengan frekuensi rendah menghasilkan bentuk gelombang yang kurang rapat.Bunyi dengan frekuensi tinggi menghasilkan bentuk gelombang yang lebih rapat.Telinga manusia normal dapat mendengar bunyi yang frekuensinya antara 20 -20.000 Hz. Di luar batas-batas frekuensi bunyi tersebut manusia tidak dapat mendengarnya.

Sumber bunyi dapat diperoleh dari sebuah generator audio.Generator audio dapat menghasilkan bermacam-macam frekuensi dan amplitudo gelombang bunyi. Jika frekuensi dibuat tetap, sedangkan amplitudonya diperbesar, akan didapatkan gelombang bunyi yang lebih kuat. Jika seseorang dekat dengan sumber bunyi, maka orang tersebut akan mendengar bunyi yang lebih kuat dibandingkan dengan orang yang berada lebih jauh dari sumber bunyi tersebut. Namun, keduanya mendengarkan frekuensi yang sama.Pada umumnya, sumber bunyi tidak bergetar hanya dengan nada dasar saja, tetapi diikuti oleh nada-nada atasnya. Gabungan antara nada-nada dasar dengan nada-nada atas yang mengikutinya akan menghasilkan warna bunyi tertentu yang khas pula bagi suatu alat tertentu. Bunyi yang khas yang dihasilkan oleh sumber bunyi ini disebut warna bunyi. Warna bunyi biola tentunya lain dengan warna bunyi gitar. Demikian juga warna bunyi kedua alat ini akan berbeda pula dengan warna bunyi seruling, walaupun setiap alat musik tersebut memancarkan frekuensi sama. Perbedaan ini muncul karena nada atas yang menyertai nada dasarnya berbeda-beda. Nada dasar dan nada atas yang digabungkan akan menghasilkan nada yang bentuk gelombangnya berbeda dengan nada dasar, tetapi masih memiliki frekuensi tetap.Pola-pola terjadinya gelombang disebut pola gelombang. Kita akan membahas tinggi nada dan pola gelombang pada dawai dan pipa organa.

Pola Gelombang pada Dawai Contoh pemanfaatan dawai ini adalah gitar.Pernahkah kalian bermain gitar?Apa

yang terjadi saat dawai itu dipetik? Jika ada dawai yang terikat kedua ujungnya, maka saat terpetik dapat terjadi pola-pola gelombang seperti pada Gambar 3.10. 

Gambar 3.10.Pola gelombang pada dawai 

Kemungkinan pertama terjadi seperti pada Gambar 3.10(a). Pola ini disebut nada dasar (n = 0). Pada gelombang stasionernya terjadi 2 simpul dan 1 perut dan memenuhi l = 1/2λ. Jika dipetik di tengah dawai, maka akan terbentuk pola gelombang seperti Gambar 3.10(b). Ada 3 simpul dan 2 perut. Pola ini dinamakan nada atas pertama (n =1) dan berlaku l = λ. Sedangkan pada Gambar 3.10(c)dinamakan nada atas kedua, l = 3/2λ.

33

Jika pola gelombangnya digambarkan terus, maka setiap kenaikan satu nada akan bertambah ½ gelombang lagi. Sifat dawai ini dapat dituliskan seperti berikut.

Pola gelombang dawai nada ,n = 0, 1, 2, ...

panjang, l = ½ λ, λ, 3/2λ, ....

Bagaimana jika ingin menghitung frekuensi nadanya? Sesuai sifat gelombang, pada bunyi juga berlaku hubungan v = λf.  Panjang gelombang λ dapat ditentukan, v dapat

ditentukan dari hukum Melde, v = . Dengan demikian, pada nada dasar dapat berlaku: l=1/2λ; → λ = 2l

.

PELAYANGAN BUNYI Jika dua buah bunyi yang bertemu di suatu titik mempunyai amplitudo yang sama,

namun frekuensinya sedikit berbeda, maka akan menghasilkan bunyi yang kuat dan lemah secara berulang dengan frekuensi tertentu. Hal ini dikenal sebagai pelayangan bunyi. Besar frekuensi layangan :

Jumlah bunyi layangannya :

Frekuensi sumber bunyi 1 dan 2 dinyatakan sebagai f1 dan f2.

INTENSITAS DAN TARAF INTENSITAS BUNYI

Intensitas Intensitas didefinisikan sebagai energi yang dipindahkan tiap satuan luas tiap satuan waktu.Karena energi tiap satuan waktu kita ketahui sebagai pengertian daya, maka intensitas bisa dikatakan juga daya tiap satuan luas. Secara matematis :

Keterangan :I : Intensitas bunyi (W/m2)P : Energi tiap waktu atau daya (W)A : Luas (m2) Jika sumber bunyi memancarkan ke segala arah sama besar (isotropik), luas yang dimaksud sama dengan luas permukaan bola, yaitu :

Sehingga, persamaan (3.21) dapat kita modifikasi menjadi :

Persamaan 3.23 tersebut menunjukkan bahwa intensitas bunyi yang didengar di suatu titik (tempat) berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.Intensitas bunyi terendah yang umumnya didengar manusia memiliki nilai 10-12

W/m2.Biasanya disebut sebagai intensitas ambang (I0).Jangkauan intensitas bunyi ini sangat lebar berkaitan dengan kuat bunyi, sehingga secara tidak langsung kuat bunyi sebanding dengan intensitasnya.Taraf Intensitas BunyiHubungan antara kuat bunyi dan intensitas bunyi diberikan oleh Alexander Graham Bell dengan mendefiniskannya sebagai taraf intensitas bunyi.Taraf Intensitas Bunyi adalah

34

logaritma perbandingan intensitas bunyi terhadap intensitas ambang. Secara matematis, taraf intensitas bunyi didefinisikan sebagai :

Keterangan :TI : Taraf intensitas bunyi (desiBell disingkat dB)I : Intensitas bunyi (W/m2)I0 : Intensitas ambang pendengaran manusia (10-12 W/m2) Untuk n buah sumber bunyi identik, misalnya ada n sirine yang dinyalakan bersama-sama, maka besarnya taraf intensitas bunyi dinyatakan sebagai :

TI1 adalah taraf intensitas bunyi untuk satu buah sumber.Jika didengar di dua titik yang jaraknya berbeda, besar intensitas bunyi di titik ke-2 bisa dinyatakan sebagai :

Aplikasi/Pemanfaatan Gelombang Bunyi (1) Aplikasi Ultrasonik. Gelombang ultrasonik dapat dimanfaatkan untuk berbagai

macam keperluan antara lain:

a)      kacamata tunanetra, dilengkapi dengan alat pengirim dan penerima ultrasonik memanfaatkan pengiriman dan penerimaan ultrasonik. Perhatikan bentuk kaca tuna netra pada gambar berikut.

b)      mengukur kedalaman laut, untuk menentukan kedalaman laut (d) jika diketahui cepat rambat bunyi (v) dan selang waktu (t), pengiriman dan penerimaan pulsa adalah :

c)      alat kedokteran, misalnya pada pemeriksaan USG (ultrasonografi). Sebagai contoh, scaning ultrasonic dilakukan dengan menggerak-gerakan probe di sekitar kulit perut ibu yang hamil akan menampilkan gambar sebuah janin di layar monitor. Dengan mengamati gambar janin, dokter dapat memonitor pertumbuhan, perkembangan, dan kesehatan

35

janin.Tidak seperti pemeriksaan dengan sinar X, pemeriksaan ultrasonik adalah aman (tak berisiko), baik bagi ibu maupun janinnya karena pemerikasaan atau pengujian dengan ultrasonic tidak merusak material yang dilewati, maka disebutlah pengujian ultrasonic adalah pengujian tak merusak (non destructive testing, disingkat NDT).Tehnik scanning ultrasonic juga digunakan untuk memeriksa hati (apakah ada indikasi kanker hati atau tidak) dan otak.Pembuatan perangkat ultrasound untuk menghilangkan jaringan otak yang rusak tanpa harus melakukan operasi bedah otak. “Dengan cara ini, pasien tidak perlu menjalani pembedahan otak yang berisiko tinggi. Penghilangan jaringan otak yang rusak bisa dilakukan tanpa harus memotong dan menjahit kulit kepala atau sampai melubangi tengkorak kepala. 

(2) Manfaat cepat rambat bunyi dalam kehidupan sehari-hari yaitu:

a)      Cepat rambat gelombang bunyi juga dimanfaatkan oleh para nelayan untuk mengetahui siang dan malam.b)      Pada malam hari kita mendengar suara lebih jelas daripada siang hari karena kerapatan udara pada malam hari lebih rapat dibandingkan dengan siang hari. (3)   Resonansi sangat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari.a)      Pemanfaatan resonansi pada alat musik seperti seruling, kendang, beduk dan lainnya.

(4)   Manfaat pemantulan bunyi dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:a)      menentukan kedalaman lautPada dinding kapal bagian bawah dipasang sebuah sumber getaran (osilator).Di dekat osilator dipasang alat penerima getaran (hidrofon).Jika waktu getaran (bunyi) merambat (t) sekonuntuk menempuh jarak bolak-balik yaiu 2 L meter, maka cepat rambat dapat dihitung sebagai berikut.

Di mana:v = cepat rambat bunyi (m/s)L = dalamnya laut (m)t = waktu (t)

b)      melakukan survei geofisikamendeteksi, menentukan lokasi dan mengklasifikasikan gangguan di bumi atau untuk menginformasikan struktur bumi, mendeteksi lapisan batuan yang mengandung endapan minyak

c)      prinsip pemantulan ultrasonik dapat digunakan untuk mengukur ketebalan pelat logam, pipa dan pembungkus logam yang mudah korosi (karat).

d)     Mendeteksi retak-retak pada struktur logamUntuk mendeteksi retak dalam struktur logam atau beton digunakan scanning

ultrasonic inilah yang digunakan untuk memeriksa retak-retak tersembunyi pada bagian-bagian pesawat terbang, yang nanti bisa membahayakan penerbangan pesawat.Dalam pemerikasaan rutin, bagian-bagian penting dari pesawat di-scaning secara ultrasonic. Jika ada retakan dalam logam, pantulan ultrasonic dari retakan akan dapat dideteksi. Retakan ini kemudian diperiksa dan segera diatasi sebelum pesawat diperkenankan terbang.

36

pENUTUP

KesimpulanPeristiwa-peristiwa alam seperti terjadinya pelangi, SONARdan sebagainya

ternyata mampu di jelaskan dengan fisika. Peristiwa terjadinya pelangi merupakan peristiwa dispersi dimana sinar matahari mengalami pemantulan sehingga terbentuk warna-warna pelangi yang braneka ragam.

Penggunaan SONAR untuk mengetahui kedalaman air laut menggunakan konsep pemantulan gelombang. Demikian halnya kita mendengar dan melihat, kita manangkap gelombang yang dihasilkan sumber baik tanpa medium maupun melalui medium oleh karena itu gelombang dan optika bisa dijelaskan secara konstektual dan terjadi pada kehidupan sehari-hari.

SaranPerlu dilakukan studi literature lagi pada textbook universitas serta jurnal-jurnal

peneliti untuk menambah wawasan kita terhadap materi ini.

37

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, Marthen. 2007. Fisika Untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.

Sumber Internet:http://www.docstoc.com/docs/7938040/gelombang-cahaya

http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=39:interferensi-cahaya-&catid=6:gelombang-cahaya&Itemid=88

38

kriteria penilaian

NO ASPEK YANG DINILAI SKOR NILAI1 Ketepatan waktu

(-0.1/hari)5

2 Isi (sesuai dan berurut) 153 Foto/ gambar

a. Jumlah 15b. Asli 15

4 Persamaana. Rumus 10b. Keterangan 10c. Satuan 10

5 kesimpulan dan saran6 variasi dan tata urutan

materi10

jumlah

39