SIFAT - SIFAT GELOMBANG
(a) Dispersi Gelombang
Ketika Anda 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 1.16). Jadi, dispersi
gelombang adalah perubahan bentuk gelombang ketika gelombang merambat suatu
medium.
Gambar 1.16. Dalam suatu medium dispersi, bentuk gelombang
Berubah begitu gelombang merambat
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.
(b) Pemantulan
gelombang lingkaran oleh bidang datar
Bagaimanakah jika yang mengenai bidang datar adalah muka gelombang
lingkaran? Gambar 1.17 menunjukkan pemantulan gelombang lingkaran sewaktu
mengenai batang datar yang merintanginya. Gambar 1.18 adalah adalah analisis
dari Gambar 1.17.
Sumber gelombang datang
adalah titik O. Dengan menggunakan hukum pemantulan, yaitu sudut
datang =sudut pantul, kita peroleh bayangan O adalah I.
Titik I merupakan sumber gelombang pantul sehingga muka
gelombang pantul adalah lingkaran-lingkaran yang berpusat di I,
seperti ditunjukkan pada gambar 1.18.
|
|
Gambar 1.17 Pemantulan gelombang
Lingkaran oleh bidang datar
|
Gambar 1.18 Bayangan sumber
gelombang datang O adalah I (sumber gelombang
pantul)
|
Contoh :
Sebuah pembangkit bola digetarkan naik dan turun pada permukaan air dalam
tangki riak dengan frekuensi tertentu, menghasilkan gelombang lingkaran seperti
pada Gambar 1.36. Suatu keping logam RQS bertindak sebagai
perintang gelombang. Semua muka gelombang pada Gambar 1.36 dihasilkan oleh
pembangkit bola dalam waktu 0,6 s. Perintang keping logam berjarak 0,015m dari
sumber gelombang P. Hitung (a) panjang gelombang, (b)
frekuensi, dan (c) cepat rambat gelombang.Pembahasan:
(a) Jarak dua muka gelombang yang berdekatan = 1λ.
Dengan demikian, jarak PQ = 3(1λ)
0,015 m = 3λ
λ = 0,005 m
(b) Selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua muka gelombang
yang berdekatan =1/T, dengan T adalah periode gelombang.
Gelombang datang (garis utuh) dari P ke Q menempuh 3T, sedangkan gelombang
pantul (garis putus-putus) dari Q ke P menempu waktu 3T.
Jadi, selang waktu total = 3T + 3T
0,6 s = 6T
T = 0,1 s.
Frekuensi f adalah kebalikan periode, sehingga:
f = 1/(0,1s) = 10 Hz.
(c) Cepat rambat v = λf = (0,005m)(10
Hz) = 0, 05 m/s.
(c) Pembiasan Gelombang
Pada umumnya cepat rambat gelombang dalam satu medium tetap. Oleh
karena frekuensi gelombang selalu tetap, maka panjang gelombang (λ=v/f)
juga tetap untuk gelombang yang menjalar dalam satu medium. Apabila gelombang
menjalar pada dua medium yang jenisnya berbeda, misalnya gelombang cahaya dapat
merambat dari udara ke air. Di sini , cepat rambat cahaya berbeda. Cepat rambat
cahaya di udara lebih besar daripada cepat rambat cahaya di dalam air. Oleh
karena (λ=v/f), maka panjang gelombang cahaya di udara juga lebih besar
daripada panjang gelombang cahaya di dalam air. Perhatikan λ sebanding
denganv. Makin besar nilai v, maka makin besar nilai λ, demikian
juga sebaliknya.
Perubahan panjang gelombang dapat juga diamati di dalam tangki
riak dengan cara memasang keping gelas tebal pada dasar tangki
sehingga tangki riak memiliki dua kedalaman air yang berbeda, dalam dan
dangkal, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.19. Pada gambar tampak bahwa panjang
gelombang di tempat yang dalam lebih besar daripada panjang gelombang di tempat
yang dangkal (λ1 >λ2). Oleh karena v=λf, maka
cepat rambat gelombang di tempat yang dalam lebih besar daripada di tempat yang
dangkal (v1 > v2).
Gambar 1.19. Panjang gelombang di tempat yang dalam lebih
besar daripada panjang gelombang di tempat yang dangkal (λ1 > λ2)
Perubahan panjang gelombang menyebabkan pembelokan gelombang seperti
diperlihatkan pada foto pembiasan gelombang lurus sewaktu gelombang lurus
mengenai bidang batas antara tempat yang dalam ke tempat yang dangkal dalam
suatu tangki riak Pembelokan gelombang dinamakan pembiasan.
Diagram pembiasan ditunjukkan pada Gambar 1.20. Mula-mula, muka gelombang
datang dan muka gelombang bias dilukis sesuai dengan foto. Kemudian sinar
datang dan sinar bias dilukis sebagai garis yang tegak lurus muka gelombang
datang dan biasa.
Gambar 1.20. Diagram pembiasan
Selanjutnya, garis
normal dilukis. Sudut antara sinar bias dan garis normal disebut sudut bias
(diberi lambang r). Pada Gambar 1.20 tampak bahwa sudut bias di
tempat yang dangkal lebih kecil daripada sudut datang di tempat yang dalam (r
< i). Dapat disimpulkan bahwa sinar datang dari tempat yang dalam ke
tempat yang dangkal sinar dibiaskan mendekati garis normal (r < i).
Sebaliknya, sinar datang dari tempat yang dangkal ke tempat yang dalam
dibiaskan menjauhi garis normal (r>i).
(d) Difraksi Gelombang
Di 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, seperti
ditunjukkan pada gambar 1.22. 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 seperti ditunjukkan pada gambar 1.23.
|
|
Gambar 1.22 Pada celah lebar,
hanya muka gelombang pada tepi celah saja melengkung
|
Gambar 1.23 Pada celah sempit,
difraksi gelombang tampak jelas.
|
(e) Interferensi
Gelombang
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, Anda dapatkan bahwa
pada titik-titik tertentu, disebut perut, kedua gelombang salingmemperkuat (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
(f) Polarisasi Gelombang
Pemantulan, 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 gelombangtidak 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.
Gambar
1.25. Polarisasi cahaya pada polaroid
CIRI -CIRI GELOMBANG
Gelombang memiliki karakteristik (ciri-ciri) secara umum :
1. Dapat
dipantulkan atau dicerminkan (refleksi)
Peristiwa
pemantulan gelombang ini telah Anda kenal pada saat mempelajari optik geometri
di kelas X. Pada
peristiwa ini berlakuHukum Pemantulan menurut Snellius.
2. Dapat dibiaskan
(refraksi)
Pembiasan dapat
terjadi ketika gelombang melewati dua medium yang berbeda.
3. Dapat
dilenturkan (difraksi)
Difraksi (lenturan)
terjadi ketika gelombang melewati sebuah celah sempit. Peristiwa ini
akan dibahas lebih
lanjut pada pokok bahasan selanjutnya tentang Gelombang Cahaya.
4. Dapat
digabungkan atau dipadukan (interferensi)
Interferensi
gelombang terjadi ketika ada dua buah gelombang yang bersatu (berpadu) sehingga
menghasilkan pola interferensi maksimum dan minimum. Peristiwa ini akan dibahas
lebih lanjut pada pokok bahasan selanjutnya tentang Gelombang Cahaya.
5. Dapat dikutubkan
(polarisasi)
Polarisasi adalah
peristiwa terserapnya sebagian atau seluruh arah getar gelombang. Peristiwa
polarisasi ini hanya terjadi pada gelombang transversal. Lebih lanjut dibahas
pada pokok bahasan selanjutnya tentang Gelombang Cahaya.
6. Dapat diuraikan
(dispersi)
Mengapa dinding
sekolah berwarna hijau? Mengapa langit berwarna biru? Hal ini karena cahaya
matahari mengalami gejala dispersi. Cahaya matahari yang Anda lihat berwarna
putih, sebenarnya terdiri atas sinar-sinar merah, jingga, kuning, hijau, biru,
nila, ungu. Ketika Anda melihat dinding sekolah berwarna hijau, artinya dinding
sekolah memiliki kemampuan untuk memantulkan pigmen warna hijau, dan menyerap
warna selain hijau. Demikian juga yang
terjadi ketika langit tampak berwarna biru. Ketika Anda melihat whiteboard berwarna
putih, artinya seluruh pigmen warna dipantulkan ke mata kita, dan ketika papan tulis
berwarna hitam, artinya seluruh pigmen warna diserap oleh papan tulis (tidak ada pigmen
warna yang dipantulkan).
JENIS JENIS GELOMBANG
1. Gelombang Mekanik
Gelombang
mekanik merupakan gelombang yang membutuhkan medium untuk berpindah tempat. Gelombang laut, gelombang tali
atau gelombang bunyi termasuk dalam gelombang mekanik. Kita dapat menyaksikan
gulungan gelombang laut karena gelombang menggunakan laut sebagai perantara.
Kita bisa mendengarkan musik karena gelombang bunyi merambat melalui udara
hingga sampai ke telinga kita. Tanpa udara kita tidak akan mendengarkan bunyi.
Dalam hal ini udara berperan sebagai medium perambatan bagi gelombang bunyi.
Gelombang
mekanik terdiri dari dua jenis, yakni gelombang
transversal (transverse
wave) dan gelombang
longitudinal (longitudinal wave).
Gelombang Transversal
Suatu
gelombang dapat dikelompokkan menjadi gelombang trasnversal jika
partikel-partikel mediumnya bergetar ke atas dan ke bawah dalam arah tegak
lurus terhadap gerak gelombang. Contoh gelombang transversal adalah gelombang
tali. Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik
turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang. Bentuk gelombang
transversal tampak seperti gambar di bawah.
Berdasarkan
gambar di atas, tampak bahwa gelombang merambat ke kanan pada bidang
horisontal, sedangkan arah getaran naik-turun pada bidang vertikal. Garis
putus-putus yang digambarkan di tengah
sepanjang arah rambat gelombang menyatakan posisi setimbang medium (misalnya tali atau air). Titik tertinggi gelombang disebut puncak sedangkan titik terendah
disebutlembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak atau
kedalaman maksimum lembah, diukur dari posisi setimbang. Jarak dari dua titik
yang sama dan berurutan pada gelombang disebut
panjang gelombang (disebut
lambda – huruf yunani). Panjang
gelombang juga bisa juga dianggap sebagai jarak dari puncak ke puncak atau
jarak dari lembah ke lembah.
Gelombang Longitudinal
Selain
gelombang transversal, terdapat juga
gelombang longitudinal. Jika pada gelombang transversal arah getaran medium
tegak lurus arah rambatan, maka pada gelombang longitudinal, arah getaran
medium sejajar dengan arah rambat gelombang. Jika dirimu bingung dengan
penjelasan ini, bayangkanlah getaran sebuah pegas. Perhatikan gambar di bawah
Pada
gambar di atas tampak bahwa arah getaran sejajar dengan arah rambatan gelombang.
Serangkaian rapatan dan reganganmerambat
sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah di mana kumparan
pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah di mana kumparan
pegas saling menjahui. Jika gelombang tranversal memiliki pola berupa puncak
dan lembah, maka gelombang longitudinal terdiri dari pola rapatan dan regangan.
Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang
berurutan. Yang dimaksudkan di sini adalah jarak dari dua titik yang sama dan
berurutan pada rapatan atau regangan (lihat
contoh pada gambar di atas).
Salah
satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara
sebagai medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah
rambat gelombang udara. Berbeda dengan gelombang air atau gelombang tali,
gelombang bunyi tidak bisa kita lihat menggunakan mata.
2. Gelombang Elektromagnetik
Gelombang
elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat
dalam ruang hampa. Disini gelombang electromagnet ini mempunyai beberapa
sifat-sifat antara lain sebagai berikut ;
a.Gelombang elektromagnettik dapat merambat dalam ruang tanpa medium
b.Merupakan gelombang tranversal.
c.Tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun
medan listrik.
d.Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan
(interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi).
e.Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersama, sehingga medan
listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus.
