gelombang bunyi dan cahaya

GELOMBANG BUNYI
DAN CAHAYA
0
DAFTAR ISI
Daftar isi………………………………………………………………………………1
BAB I
A. Karakteristik gelombang bunyi……………………………………………….3
B. Cepat rambat bunyi…………………………………………………………...6
C. Efek dopler…………………………………………………….…………….. 7
D. Sumber-sumber bunyi……………………………………………….………..9
E. Intensitas bunyi…………………………………………………………..….15
F. Taraf intensitas bunyi………………………………………………………..15
G. Evaluasi……………………………………………………………………...17
BAB II
A. Refraksi (pembiasan)……………………………………………...………...21
B. Disperse (penguraian)…………………………………………….................24
C. Interferensi (perpaduan)……………………………………………….…….26
D. Difraksi (pelenturan)………………………………………………………...30
E. Polarisasi…………………………………………………………………….33
F. Pemanfaatan gelombang cahaya dalam kehidupan sehari-hari……………..36
G. Evaluasi ……………………………………………………………………..38
1
BAB I
GELOMBANG BUNYI
2
Bunyi merupakan getaran di dalam medium elastis pada frekuensi dan
intensitas yang dapat didengar oleh telinga manusia. Bunyi termasuk gelombang
mekanik, karena dalam perambatannya bunyi memerlukan medium perantara, yaitu
udara. Ada tiga syarat agar terjadi bunyi. Syarat yang dimaksud yaitu ada sumber
bunyi, medium, dan pendengar. Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar, getaran
itu merambat melalui medium menuju pendengar. Sama seperti gelombang lainnya,
sumber gelombang bunyi merupakan benda yang bergetar. Energi dipindahkan dari
sumber dalam bentuk gelombang bunyi. Selanjutnya, bunyi dideteksi oleh telinga.
Oleh otak, bunyi diterjemahkan, dan kita bisa memberikan respon. Misalnya, ketika
kita mendengarkan suara lagu dari radio, kita meresponnya dengan ikut bernyanyi,
atau sekadar menggoyangkan kaki.
A. KARAKTERISTIK GELOMBANG BUNYI
Gelombang bunyi termasuk gelombang longitudinal, karena arah rambat bunyi
sejajar dengan arah getarnya. Karena gelombang bunyi merupakan gelombang
longitudinal, maka gelombang bunyi juga memiliki sifat-sifat sebagai gelombang yaitu
: difraksi, resonansi, interferensi, refleksi, dan refraksi.
a. Pemantulan gelombang bunyi
Pemantulan gelombang bunyi dapat dialami jika gelombang bunyi tersebut
mengenai penghalang yang kuat dan kokoh (misalnya dinding atau tebing).
3
Menghitung jarak antara dua tempat atau mengukur kedalam laut dapat dengan
menggunakan metode ultrasonik dari pemanfaatan kejadian pemantulan
gelombang bunyi.
b. Pembiasan gelombang bunyi
Peristiwa pembelokan gelombang ketika gelombang melalui dua medium yang
berbeda indeks biasanya disebut pembiasan (refleksi). Hal ini juga dialami oleh
gelombang bunyi. Pembiasan terjadi menjauh garis normal jika gelombang
merambat dari medium lebih rapat ken medium kurang rapat.
c. Interferensi gelombang bunyi
Interferensi gelombang bunyi akan terjadi bila ada dua buah sumber bunyi yang
mengeluarkan suara dan bertemu atau terjadi superposisi di suatu tempat (titik).
a) Interferensi yang saling memperkuat (konstruktif)
b) Interferensi saling memperlemah (destruktif)
d. Difraksi gelombang bunyi
Peristiwa pelenturan gelombang ketika melewati celah disebut difraksi.
Gelombang bunyi mudah mengalami difraksi karena memiliki panjang gelombang
dalam beberapa sentimetersamapai beberapa meter, sedangkan cahaya berkisar
500 nm. Karena memiliki panjang gelombang lebih panjang, maka gelombang
bunyi lebih mudah didifraksi.
Gelombang bunyi ini memerlukan medium untuk merambat. Medium yang
dilalui bunyi bergetar dalam bentuk rapatan dan renggangan. Medium bunyi dapat
berupa zat padat, zat cair, dan udara. Tiap materi memiliki cepat rambat bunyi yang
berbeda. Bunyi merambat dengan kecepatan 331 m/s pada suhu C dan tekanan 1 atm.
Kecepatan bunyi pada materi sangat bergantung pada modulus elastisnya dan tingkat
kerapatan materi itu. Bunyi merambat sedikit lebih cepat di udara panas dibandingkan
di udara dingin.
Pada dasarnya, perambatan gelombangan merupakan pemindahan energi.
Dalam medium, energi merambat dengan cara bertumbukan. Dalam zat padat susunan
partikel-partikelnya lebih rapat daripada zat cair dan gas. Sehingga, tumbukan
4
antarpartikel dalam zat padat jauh lebih mudah dan cepat daripada dalam zat cair dan
gas. Karena itu cepat rambat bunyi melalui zat padat jauh lebih besar.
Pada umumnya, bunyi memiliki tiga sifat, yaitu tinggi rendah bunyi, kuat
lemah bunyi, dan warna bunyi. Tinggi rendah bunyi adalah kondisi gelombang bunyi
yang diterima oleh telinga manusia berdasarkan frekuensi (jumlah getaran per detik).
Tinggi suara ( pitch) menunjukkan sifat bunyi yang mencirikan ketinggian atau
kerendahannya terhadap seorang pengamat. Sifat ini berhubungan dengan frekuensi,
namun tidak sama. Kekerasan bunyi juga memengaruhi nada. Hingga 1.000 Hz,
meningkatnya kekerasan mengakibatkan turunnya nada. Gelombang bunyi dibatasi
oleh jangkauan frekuensi yang dapat merangsang telinga dan otak manusia kepada
sensasi pendengaran. Jangkauan ini adalah 20 Hz sampai 20.000 Hz, di mana telinga
manusia normal mampu mendengar suatu bunyi. Jangkauan frekuensi ini disebut
audiosonik. Sebuah gelombang bunyi yang memiliki frekuensi di bawah 20 Hz
dinamakan sebuah gelombang infrasonik. Sementara itu, bunyi yang memiliki
frekuensi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik. Banyak hewan yang dapat mendengar
bunyi yang frekuensinya di atas 20.000 Hz. Misalnya, kelelawar dapat mendeteksi
bunyi yang frekuensinya sampai 100.000 Hz, dan anjing dapat mendengar bunyi
setinggi 50.000 Hz. Kelelawar menggunakan ultrasonik sebagai alat penyuara gema
untuk terbang dan berburu. Kelelawar mengeluarkan decitan yang sangat tinggi dan
menggunakan telinganya yang besar untuk menangkap mangsanya. Gema itu
memberitahu kelelawar mengenai lokasi mangsanya
Ada tiga syarat agar terjadi bunyi. Syarat yang dimaksud yaitu ada sumber
bunyi, medium, dan pendengar. Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar, getaran
itu merambat melalui medium menuju pendengar. Sama seperti gelombang lainnya,
sumber gelombang bunyi merupakan benda yang bergetar. Energi dipindahkan dari
sumber dalam bentuk gelombang bunyi. Selanjutnya, bunyi dideteksi oleh telinga.
Oleh otak, bunyi diterjemahkan, dan kita bisa memberikan respon. Misalnya, ketika
kita mendengarkan suara lagu dari radio, kita meresponnya dengan ikut bernyanyi,
atau sekadar menggoyangkan kaki.
5
B. CEPAT RAMBAT BUNYI
Bunyi merupakan getaran yang mampu di transmisikan oleh air ataupun material lain
sebagai medium (perantara). Bunyi merupakan gelombang longitudinal dan ditandai
dengan frekuensi, intensitas, dan kualitas. Kecepatan bunyi bergantung pada transmisi
oleh mediumnya.
 Cepat rambat bunyi pada zat padat
Modulus elastisitas atau modulus Young adalah perbandingan antara tegangan
(stress) dengan regangan (strain) dari suatu benda. Gelombang bunyi yang
merambat dalam medium zat padat memiliki cepat rambat yang besarnya
dipengaruhi oleh modulus Young dan massa jenis zat, yang dirumuskan:
𝐸
𝑣=√
𝜌
dengan E adalah modulus Young (N/𝑚2 ) dan 𝜌 menyatakan massa jenis zat padat
(kg/𝑚3 )
 Cepat rambat bunyi pada zat cair
Laju gelombang bunyi dalam suatu medium yang modulus curah B (bulk modulus)
dan rapat massa dinyatakan oleh persamaan:
𝑣=√
𝛽
𝜌
dengan 𝜌 adalah massa jenis zat cair, dan 𝛽 adalah modulus curah, yang
menyatakan perbandingan tekanan pada sebuah benda terhadap fraksi penurunan
volume (N/m2).
 Cepat rambat bunyi pada zat gas
Kecepatan bunyi untuk gas, nilai E yang memengaruhi cepat rambat bunyi pada
zat padat setara dengan modulus bulk adiabatis, yaitu:
𝑣=√
𝛾𝑃
𝜌
dengan P adalah tekanan gas dan 𝛾 adalah nisbah kapasitas terminal molar. Ini
setara dengan:
6
𝑣 = √𝛾
𝑅𝑇
𝑀
dengan:
R = tetapan molar gas (J/mol K)
M = massa satu mol gas
T = suhu termodinamika (K)
v = cepat rambat bunyi (m/s)
Sementara itu, 𝛾 merupakan konstanta yang bergantung pada jenis gas, untuk udara
mempunyai nilai 1,4.
Contoh soal :
Pada percobaan resonansi dipakai garpu tala yang
frekuensinya 512 Hz. Resonansi yang pertama terjadi saat
panjang kolom udaranya 16 cm dan resonansi yang kedua
terjadi pada saat panjang kolom udaranya 48 cm. Tentukan
berapa kecepatan rambat gelombang bunyi pada saat itu!
Penyelesaian:
Diketahui
: f = 512 Hz
L1 = 16 cm
Ditanyakan
Jawab
L2 = 48 cm
: v = …….. ?
: v = f × 
 = 2 (L2 – L1)
v
= 2 (48 – 16)
= 2 (32) = 64 cm = 0,66 m
= 512 × 0,66 = 338 ms1
Jadi, cepat rambat gelombang bunyinya adalah 338 ms1.
C. EFEK DOPLER
Perubahan frekuensi gerak gelombang yang disebabkan gerak relatif antara
sumber dan pengamat disebut sebagai efek Doppler, yang diusulkan seorang fisikawan
Austria, Christian Johann Doppler (1803 - 1853). Peristiwa ini dapat ditemukan pada
gelombang bunyi. Jika sebuah sumber dan pengamat sama-sama bergerak saling
7
mendekat, maka frekuensi yang terdengar akan lebih tinggi dari frekuensi yang
dihasilkan sumber. Sebaliknya, jika keduanya bergerak saling menjauh, maka
frekuensi yang terdengar akan lebih rendah. Sebagai contoh, sebuah sepeda motor
bergerak mendekati pengamat, maka suara putaran mesin akan terdengar lebih keras.
Tetapi, jika sepeda motor menjauh,
perlahan-lahan suara putaran mesin tidak terdengar.
Frekuensi ( f ) dari bunyi yang dihasilkan sebagai akibat gerak relatif dari sumber dan
pengamat dinyatakan oleh :
𝑓𝑝 = (
𝑣 ± 𝑣𝑝
)𝑓
𝑣 ± 𝑣𝑠 𝑠
Dengan :
𝑓𝑝
= frekuensi bunyi yang terdengar (Hz)
v
= cepat rambat (m/s)
𝑣𝑝
= kecepatan pendengar (m/s)
𝑣𝑠
= kecepatan sumber bunyi (m/s)
𝑓𝑠
= frekuensi sumber bunyi (Hz)
tanda (+) untuk pendengar mendekati sumber bunyi atau sumber bunyi menjauhi
pendengar
tanda (-) untuk pendengar menjauhi sumber bunyi atau sumber bunyi mendekati
pendengar
(a)
(b)
Gambar : (a) Suara sepeda motor yang bergerak mendekat terdengar lebih keras,
(b) suara sepeda motor yang bergerak menjauh terdengar lebih pelan.
8
Contoh soal:
Sebuah mobil patroli polisi bergerak dengan kelajuan 72 km/jam
sambil membunyikan sirine yang mempunyai frekuensi 800 Hz.
Tentukan berapa frekuensi bunyi sirine yang diterima oleh
seseorang yang diam di pinggir jalan pada saat mobil tersebut
bergerak mendekatinya! Apabila diketahui cepat rambat
gelombang bunyi di udara 340 m/s.
Penyelesaian:
Diketahui :
vs
Ditanyakan :
fp
Jawab :
= 72 km/jam = 20 m/s
fs = 800 Hz
vp = 0
v = 340 m/s
𝑣 ± 𝑣𝑝
𝑓𝑝 = ( 𝑣 ± 𝑣 ) 𝑓𝑠
𝑠
=
340
×
340−20
800 = 850 Hz
Jadi, frekuensi bunyi sirine yang diterima pendengar adalah 850 Hz.
D. SUMBER-SUMBER BUNYI
 dawai
Sebuah gitar merupakan suatu alat musik yang menggunakan dawai/senar
sebagai sumber bunyinya. Gitar dapat menghasilkan nada-nada yang berbeda
dengan jalan menekan bagian tertentu pada senar itu, saat dipetik. Getaran pada
senar gitar yang dipetik itu akan menghasilkan gelombang stasioner pada ujung
terikat. Satu senar pada gitar akan menghasilkan berbagai frekuensi resonansi dari
pola gelombang paling sederhana sampai majemuk. Nada yang dihasilkan dengan
pola paling sederhana disebut nada dasar, kemudian secara berturut-turut pola
gelombang yang terbentuk menghasilkan nada atas ke-1, nada atas ke-2, nada atas
ke-3 ... dan seterusnya.
Pola-pola yang terjadi pada sebuah dawai yang kedua ujungnya terikat jika
dipetik akan bergetar menghasilkan nada-nada sebagai berikut :
9

Nada Dasar
Jika
sepanjang
dawai
terbentuk 1/2 gelombang, maka nada
yang dihasilkan disebut nada dasar.
𝑙 atau 𝜆0 = 2𝑙 bila frekuensi
nada
dasar
dilambangkan
𝑓0
besarnya:
𝑓0 =

𝑣
𝑣
=
𝜆0 2𝑙
Nada atas 1
Jika
sepanjang
dawai
terbentuk 1 gelombang, maka nada
yang dihasilkan disebut nada atas 1.
𝑙 = 𝜆1 atau
Gambar : Pola gelombang nada-nada
pada dawai
𝜆1 = 𝑙 bila
Gambar : Pola gelombang nada-nada
frekuensi nada atas 1 dilambangkan 𝑓1 maka
besarnya :
yang dihasilkan petikan dawai
𝑓1 =

𝑣
𝑣
𝑣
= = 2( )
𝜆1 𝑙
2𝑙
Nada atas 2
Jika sepanjang dawai terbentuk 1,5 gelombang, maka nada yang
dihasilkan disebut nada atas 2.
𝑙=
3
𝜆
2 2
2
atau 𝜆2 = 3 𝑙 bila frekuensi nada atas 2 dilambangkan 𝑓2
maka besarnya :
𝑓2 =

𝑣
𝑣
3𝑣
=
=
𝜆 2𝜆
2𝜆
3 2
Nada Atas 3
Jika sepanjang dawai terbentuk 2 gelombang, maka nada yang
dihasilkan disebut nada atas 3.
10
𝑙 = 2𝜆3 atau 𝜆3 =
1
2
𝑙 bila frekuensi nada atas 3 dilambangkan 𝑓3 maka
besarnya :
𝑓3 =
𝑣
𝑣
𝑣
=
= 4( )
𝜆3 1 𝑙
2𝑙
2
dan seterusnya.
Berdasarkan data tersebut dapat kita simpulkan bahwa perbandingan
frekuensi nada-nada yang dihasilkan oleh sumber bunyi berupa dawai dengan
frekuensi nada dasarnya merupakan perbandingan bilangan bulat.
𝑣
𝑣
𝑣
𝑣
𝑓0 : 𝑓1 : 𝑓2 : 𝑓3 : … = (2𝑙) : 2 (2𝑙) : 3 (2𝑙) : 4 (2𝑙):....
= 1: 2 : 3 :4
 pipa organa
Seruling dan terompet merupakan contoh sumber bunyi berupa kolom
udara. Sumber bunyi yang menggunakan kolom udara sebagai sumber getarnya
disebut juga pipa organa. Pipa organa dibedakan menjadi dua, yaitu pipa organa
terbuka dan pipa organa tertutup.

pipa organa terbuka
Sebuah pipa organa jika ditiup juga akan menghasilkan frekuensi nada
dengan pola-pola gelombang.
o Nada dasar
1
Jika sepanjang pipa organa terbentuk 2 gelombang, maka nada
yang dihasilkan disebut nada dasar.
11
𝑙=
bila
1
𝜆
2 0
frekuensi
dilambangkan
atau 𝜆0 = 2𝑙
nada
dasar
𝑓0
maka
besarnya :
𝑓0 =
Nada dasar
Nada atas 1
𝑣
𝑣
=
𝜆0 2𝑙
Nada atas 2
o Nada atas 1
Jika sepanjang pipa
organa terbentuk 1 gelombang,
Nada atas 3
maka nada yang dihasilkan
disebut nada atas 1.
𝑙 = 𝜆1
atau
𝜆1 =
𝑓1
maka
Gambar : Pola gelombang nada-nada pada
pipa organa terbuka
𝑙
dilambangkan
besarnya :
𝑓1 =
𝑣
𝑣
𝑣
= = 2( )
𝜆1 𝑙
2𝑙
o Nada atas 2
3
Jika sepanjang pipa organa terbentuk 2 gelombang, maka nada
yang dihasilkan disebut nada atas 2.
𝑙=
3
𝜆
2 2
2
atau 𝜆2 = 3 𝑙 bila frekuensi nada atas 2 dilambangkan
𝑓2 maka besarnya :
𝑓2 =
𝑣
𝑣
3𝑣
=
=
𝜆 2𝜆
2𝜆
3 2
o Nada atas 3
Jika sepanjang dawai terbentuk 2 gelombang, maka nada yang
dihasilkan disebut nada atas 3.
12
𝑙 = 2𝜆3 atau 𝜆3 =
1
2
𝑙 bila frekuensi nada atas 3 dilambangkan
𝑓3 maka besarnya:
𝑓3 =
𝑣
𝑣
𝑣
=
= 4( )
𝜆3 1 𝑙
2𝑙
2
… dan seterusnya.
Berdasarkan data tersebut dapat dikatakan bahwa perbandingan
frekuensi nada-nada yang dihasilkan oleh pipa organa terbuka dengan
frekuensi nada dasarnya merupakan perbandingan bilangan bulat.
𝑣
𝑣
𝑣
𝑣
𝑓0 : 𝑓1 : 𝑓2 : 𝑓3 : … = (2𝑙) : 2 (2𝑙) : 3 (2𝑙) : 4 (2𝑙):....
= 1: 2 : 3 :4

Pipa Organa Tertutup
Sebuah pipa organa tertutup jika ditiup juga akan menghasilkan
frekuensi nada dengan pola-pola gelombang
o Nada dasar
1
Jika sepanjang pipa organa terbentuk 4 gelombang, maka nada
yang dihasilkan disebut nada dasar.
𝑙=
1
𝜆
4 0
atau 𝜆0 = 4𝑙 bila frekuensi nada dasar dilambangkan
𝑓0 maka besarnya:
𝑓0 =
𝑣
𝑣
=
𝜆0 4𝑙
o Nada atas 1
13
Jika
sepanjang
3
organa terbentuk
4
pipa
gelombang,
Nada dasar
maka nada yang dihasilkan
Nada atas 1
disebut nada atas 1.
𝑙=
bila
3
4
4
𝜆1
atau 𝜆1 = 𝑙
3
frekuensi
dilambangkan
nada
dasar
𝑓1
maka
besarnya:
𝑓1 =
Nada atas 2
Nada atas 3
𝑣
𝑣
𝑣
=
= 3( )
𝜆1 4 𝑙
4𝑙
3
Gambar : Pola gelombang nada-nada
o Nada atas 2
pada pipa organa tertutup
Jika
sepanjang
organa terbentuk
5
4
pipa
gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut
nada atas 2.
𝑙=
5
𝜆
4 2
4
atau 𝜆2 = 5 𝑙 bila frekuensi nada dasar dilambangkan
𝑓2 maka besarnya:
𝑓2 =
𝑣
𝑣
5𝑣
=
=
𝜆 4𝜆
4𝜆
5 2
o Nada atas 3
Jika sepanjang pipa organa terbentuk
7
5
gelombang, maka nada
yang dihasilkan disebut nada atas 3.
𝑙=
7
𝜆
4 3
4
atau 𝜆3 = 7 𝑙 bila frekuensi nada atas 3 dilambangkan
𝑓3 maka besarnya:
𝑓3 =
𝑣
𝑣
7𝑣
=
=
𝜆3 4 𝜆
4𝜆
7 3
14
dan seterusnya.
Dari data tersebut dapat dikatakan bahwa perbandingan
frekuensi nada-nada yang dihasilkan oleh pipa organa tertutup dengan
frekuensi nada dasarnya merupakan perbandingan bilangan ganjil.
𝑣
𝑣
𝑣
𝑣
𝑓0 : 𝑓1 : 𝑓2 : 𝑓3 : … = (4𝑙) : 3 (4𝑙) : 5 (4𝑙) : 7 (4𝑙):....
= 1: 3 : 5 :7 : ....
E. INTENSITAS GELOMBANG BUNYI
Intensitas bunyi menyatakan energi bunyi tiap detik (daya bunyi) yang
menembus bidang setiap satuan luas permukaan secara tegak lurus, dirumuskan dalam
persamaan:
𝐼=
𝑃
𝐴
dengan I adalah intensitas bunyi (𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑚2 ), A adalah luas bidang permukaan (𝑚2 ),
dan P menyatakan daya bunyi (watt).
F. TARAF INTENSITAS BUNYI
Intensitas gelombang bunyi yang dapat didengar manusia rata-rata 100 𝑤𝑎𝑡𝑡/
𝑚2 , yang disebut ambang pendengaran. Sementara itu, intensitas terbesar bunyi yang
masih terdengar oleh manusia tanpa menimbulkan rasa sakit adalah 1 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑚2 , yang
disebut ambang perasaan. Hal itu menyebabkan selang intensitas bunyi yang dapat
merangsang pendengaran itu besar, yaitu antara 10 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑚2 sampai 1 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑚2. Oleh
karena itu, untuk mengetahui taraf intensitas (TI ) bunyi, yaitu perbandingan antara
intensitas bunyi dengan harga ambang pendengaran, digunakan skala logaritma, yang
dirumuskan dalam persamaan:
𝑇𝐼 = 10 𝑙𝑜𝑔
𝐼
𝐼𝑜
15
dengan TI menyatakan taraf intensitas bunyi (dB), 𝐼𝑜 adalah harga ambang intensitas
bunyi (10 watt/𝑚2 ), dan I adalah intensitas bunyi (watt/𝑚2 ). Besaran TI tidak
berdimensi dan mempunyai satuan bel, atau jauh lebih umum desibel (dB), yang
1
besarnya 10 bel ( 1 bel = 10 dB ).
Taraf intensitas inilah yang memengaruhi kenyaringan bunyi.
Sebuah motor melepas daya sekitar 3 W dalam arena balap. Jika daya ini
terdistribusi secara seragam ke semua arah, berapakah intensitas bunyi
pada jarak 20 m?
Penyelesaian :
Diketahui :
P=3W
r = 20 m
di tanyakan I = .... ?
jawab :
𝑃
3
𝐼= =
= 5,97 × 10−4 𝑊/𝑚2
𝐴
4𝜋(20)2
16
A. Pilihlah jawaban yang paling tepat!
1. Gelombang bunyi adalah ... .
a. gelombang transversal
b. gelombang longitudinal
c. gelombang elektromagnetik
d. gelombang yang dapat dipolarisasikan
e. gelombang yang dapat merambat dalam vakum
2 . Nada bunyi akan terdengar lemah jika… .
a. frekuensinya tinggi
d. amplitudonya kecil
b. frekuensinya rendah
e. periodenya tak beraturan
c. amplitudonya besar
3. Tinggi rendahnya nada bergantung pada … .
a. kecepatan
d. Amplitude
b. pola getar
e. panjang gelombang
c. frekuensi
4. Kuat lemahnya nada/bunyi bergantung pada ... .
a. Amplitudo
d. Kecepatan
b. panjang gelombang
e. pola getar
c. frekuensi
5. Dawai sepanjang 1 m diberi tegangan 100 N. Pada saat dawai digetarkan
dengan frekuensi 500 Hz, di sepanjang dawai terbentuk 10 perut. Massa
dawai tersebut adalah ... .
a. 1 Gram
d. 50 gram
b. 5 Gram
e. 100 gram
c. 10 gram
6. Sebuah pipa organa tertutup memiliki panjang 0,8 m. Jika cepat rambat bunyi
dms-1, maka dua frekuensi resonansi terendah yang dihasilkan oleh
getaran udara di dalam pipa adalah ...
a. 100 Hz dan 200 Hz
b. 100 Hz dan 300 Hz
c. 200 Hz dan 400 Hz
d. 200 Hz dan 600 Hz
e. 400 Hz dan 800 Hz
17
7 . Dua pipa organa terbuka A dan B ditiup bersama-sama. Pipa A
menghasilkan nada dasar yang sama tinggi dengan nada atas kedua pipa
B. Maka perbandingan panjang pipa organa A dengan pipa organa B
adalah ... .
a. 1 : 2
d. 2 : 3
b. 1 : 3
e. 3 : 1
c. 2 : 1
8.
Seorang penerbang yang pesawat terbangnya mendekati menara
bandara mendengar bunyi sirine menara dengan frekuensi 2.000 Hz.
Jika sirine memancarkan bunyi dengan frekuensi 1.700 Hz, dan cepat
rambat bunyi di udara 340 m/s, maka kecepatan pesawat udara adalah
...
a. 236 km/jam
b. 220 km/jam
c. 216 km/jam
d. 200 km/jam
e. 196 km/jam
9. Sebuah sumber gelombang bunyi dengan daya 50 W memancarkan
gelombang ke medium sekelilingnya yang homogen. Intensitas radiasi
gelombang tersebut pada jarak 10 m dari sumber adalah ...
a. 4 × 10−2 𝑊/𝑚2
b. 4 × 10−1 𝑊/𝑚2
c. 4 × 101 𝑊/𝑚2
d. 4 × 103 𝑊/𝑚2
e. 4 × 102 𝑊/𝑚2
10. Taraf intensitas bunyi sebuah mesin rata-rata 50 dB. Apabila tiga
mesin dihidupkan bersama, maka taraf intensitasnya adalah ... .
a. 150 dB
b. 75 dB
c. 70 dB
d. 50 dB
e. 20 dB
Jawablah dengan singkat dan benar!
1. Sebuah senar gitar memiliki massa 2,0 gram dan panjang 60 cm. Jika
cepat rambat gelombang sepanjang senar adalah 300 m/s, hitunglah
gaya tegangan senar itu!
2 . Seutas kawat baja yang massanya 5 gram dan panjang 1 m diberi
tegangan 968 N. Tentukan:
a. cepat rambat gelombang transversal sepanjang kawat,
b. panjang gelombang dan frekuensi nada dasarnya,
18
c. frekuensi nada atas pertama dan kedua!
3. Sebuah sumber bunyi mempunyai taraf intensitas 6 dB. Bila 10 buah
sumber bunyi yang sama berbunyi secara serentak, berapa taraf
intensitas yang dihasilkan?
4. Kereta bergerak dengan laju 72 km/jam menuju stasiun sambil
membunyikan peluit. Bunyi peluit kereta api tersebut terdengar oleh
kepala stasiun dengan frekuensi 720 Hz. Jika laju bunyi di udara 340
m/s, berapa frekuensi peluit kereta api tersebut?
5. Dua garputala dengan frekuensi masing-masing 325 Hz dan 328 Hz
digetarkan pada saat bersamaan. Berapa banyak layangan yang
terdengar selama 5 sekon?
19
BAB II
20
Sejak zaman purba, adanya pelangi telah menyenangkan dan membingungkan semua
orang yang melihatnya. Orang kuno menganggap pelangi sebagai tanda nasib baik.
Akan tetapi, berabad-abad kemudian, ilmuwan mulai menyingkap rahasia gejalagejala misterius tersebut dan menemukan bahwa hal ini merupakan efek dari bahanbahan yang sangat biasa. Bagaimana hasil penemuan para ahli mengenai hal itu? Agar
kalian memahaminya, maka pelajarilah materi bab ini dengan saksama!
Pada kelas XI kalian telah mempelajari tentang gelombang dan sifat-sifatnya.
Berdasarkan zat perantara, gelombang dibedakan menjadi dua, gelombang mekanik dan
gelombang elektromagnetik. Cahaya merupakan salah satu contoh dari gelombang
elektromagnetik, yaitu gelombang yang merambat tanpa memerlukan medium (zat perantara).
Gejala dan sifat-sifat gelombang yang telah kita pelajari pada bab I juga terjadi pada cahaya.
Pada bab ini, kita akan membahas tentang sifat-sifat cahaya, yaitu pembiasan (refraksi),
dispersi (penguraian), interferensi (perpaduan), difraksi (pelenturan), dan polarisasi.
A. REFRAKSI (PEMBIASAN)
Pembiasan atau refraksi cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya
karena melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Misalnya adalah pembiasan
cahaya pada prisma. Prisma adalah zat bening yang dibatasi oleh dua bidang datar.
Apabila seberkas sinar datang pada salah satu bidang prisma yang kemudian disebut
sebagai bidang pembias I, akan dibiaskan mendekati garis normal. Sampai pada bidang
pembias II, berkas sinar tersebut akan dibiaskan menjauhi garis normal. Pada bidang
pembias I, sinar dibiaskan mendekati garis normal, sebab sinar datang dari zat optik
kurang rapat ke zat optik lebih rapat yaitu dari udara ke kaca. Sebaliknya pada bidang
pembias II, sinar dibiaskan menjahui garis normal, sebab sinar datang dari zat optik
rapat ke zat optik kurang rapat yaitu dari kaca ke udara. Sehingga seberkas sinar yang
melewati sebuah prisma akan mengalami pembelokan arah dari arah semula.
21
Gambar disamping menunjukkan
seberkas
cahaya yang melewati sebuah prisma. Gambar
tersebut memperlihatkan bahwa berkas sinar
tersebut
dalam
prisma
mengalami
dua
kali
pembiasan sehingga antara berkas sinar masuk ke
prisma dan berkas sinar keluar dari prisma tidak lagi
sejajar. Sudut yang dibentuk antara arah sinar dating
dengan arah sinar yang meninggalkan prisma disebut sudut deviasi diberi lambang D.
Besarnya sudut deviasi tergantung pada sudut datangnya sinar. Untuk segiempat
AFBE, maka : β + AFB = 180o. Pada segitiga AFB, r1 + i2 + AFB = 180o, sehingga
diperoleh β + AFB = r1 + i2 + AFB
β = r1 + i2
dengan:
β = sudut pembias prisma
i2 = sudut datang pada permukaan 2
r1 = sudut bias pada permukaan 1
Pada segitiga ABC, terdapat hubungan  ABC +  BCA + CAB = 180o, di
mana ABC = r2 – i2 dan  CAB = i1 – r1, sehingga
 BCA + (r2 – i2) + (i1 – r1) = 180o
 BCA = 180o + (r1 + i2) - (i1 + r2)
Besarnya sudut deviasi dapat dicari sebagai berikut.
D = 180o -  BCA
= 180o - {(180o + (r1 + i2) - (i1 + r2)}
= (i1 + r2) - (i2 + r1)
D = i 1 + r2 – β
dengan :
D = sudut deviasi
i1 = sudut datang pada prisma
r2 = sudut bias sinar meninggalkan prisma
β = sudut pembias prisma
22
Besarnya sudut deviasi sinar bergantung pada sudut datangnya cahaya ke
prisma. Apabila sudut datangnya sinar diperkecil, maka sudut deviasinya pun akan
semakin kecil. Sudut deviasi akan mencapai minimum (Dm) jika sudut dating cahaya
ke prisma sama dengan sudut bias cahaya meninggalkan prisma atau pada saat itu
berkas cahaya yang masuk ke prisma akan memotong prisma itu menjadi segitiga sama
kaki, sehingga berlaku i1 = r2 = i (dengan i = sudut datang cahaya ke prisma) dan i2 =
r1 = r (dengan r = sudut bias cahaya memasuki prisma). Karena β = i2 + r1 = 2r atau
1
r =2 β dengan demikian besarnya sudut deviasi minimum dapat dinyatakan: D = i1 +
1
r2 - β = 2i - β atau i = 2 (Dm + β).
Menurut hukum Snellius tentang pembiasan berlaku
sin 𝑖 𝑛2
=
sin 𝑟 𝑛1
1
sin 2 (𝐷𝑚 + 𝛽) 𝑛2
=
1
𝑛1
sin 2 𝛽
1
1
𝑛1 sin (𝐷𝑚 + 𝛽) = 𝑛2 sin 𝛽
2
2
dengan :
n1 = indeks bias medium di sekitar prisma
n2 = indeks bias prisma
β = sudut pembias prisma
Dm = sudut deviasi minimum prisma
Untuk sudut pembias prisma kecil (β ≤ 15o), maka berlaku sin
(Dm + β) dan sin
1
2
β=
1
2
1
2
(Dm+β)=
1
n1 sin 2 (Dm + β) = n2 sin 2 β
1
n1 2 (Dm + β) = n2
1
2
β
n1 (Dm + β) = n2 β
Dm =
(𝑛2 𝛽−𝑛1 𝛽)
𝑛1
=[
𝑛2
𝑛1
2
β. Sehingga besarnya sudut deviasi minimumnya dapat
dinyatakan :
1
1
− 1] 𝛽
23
Apabila medium di sekitar prisma berupa udara maka n1 = 1, dan indeks bias prisma
dinyatakan dengan n, maka berlaku :
Dm = (n – 1) β
Contoh soal:
Sebuah sinar jatuh pada sisi AB dari sebuah prisma segitiga ABC masuk ke dalam
prisma dan kemudian menumbuk AC. Jika sudut pembias prisma 40o dan indeks
3
bias prisma2, tentukan sudut deviasi minimum prisma!
Penyelesian:
3
Diketahui: β= 40o; n2 = 2 ; n1 = 1 (udara)
Ditanya: δm = ... ?
1
𝑛
sin 2 (𝛿𝑚 + 𝛽) = 𝑛2 𝑠𝑖𝑛
1
3⁄2
𝛽
2
40𝑜
1
𝑜)
=
1
𝑜)
= 2 𝑠𝑖𝑛 20
sin 2 (𝛿𝑚 + 40
sin 2 (𝛿𝑚 + 40
1
1
3
𝑠𝑖𝑛
2
𝑜
3
sin 2 (𝛿𝑚 + 40𝑜 ) = 2 (0,34)
1
sin 2 (𝛿𝑚 + 40𝑜 ) = 0,51
1
2
1
2
(𝛿𝑚 + 40𝑜 ) = 30𝑜
𝛿𝑚 = 30𝑜 − 20𝑜
𝛿𝑚 = 20𝑜
B. DISPERSI (PENGURAIAN)
Dispersi yaitu peristiwa terurainya cahaya putih menjadi cahaya yang berwarnawarni, seperti terjadinya pelangi. Pelangi merupakan peristiwa terurainya cahaya
matahari oleh butiran-butiran air hujan. Peristiwa peruraian cahaya ini disebabkan oleh
perbedaan indeks bias dari masing-masing cahaya, di mana indeks bias cahaya merah
paling kecil, sedangkan cahaya ungu memiliki indeks bias paling besar. Cahaya putih
yang dapat terurai menjadi cahaya yang berwarna-warni disebut cahaya polikromatik
sedangkan cahaya tunggal yang tidak bisa diuraikan lagi disebut cahaya
24
monokromatik. Peristiwa dispersi juga terjadi apabila seberkas cahaya putih, misalnya
cahaya matahari dilewatkan pada suatu prisma.
Cahaya polikromatik jika dilewatkan pada prisma akan terurai menjadi warna
merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Kumpulan cahaya warna tersebut
disebut spektrum. Lebar spektrum yang dihasilkan oleh prisma tergantung pada selisih
sudut deviasi antara cahaya ungu dan cahaya merah. Selisih sudut deviasi antara
cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi yang dirumuskan :
𝜑 = 𝐷𝑢 − 𝐷𝑚
Jika sudut pembias prisma kecil (<15o) dan n menyatakan indeks bias prisma serta
medium di sekitar prisma adalah udara, maka besarnya sudut dispersi dapat dinyatakan
:
𝜑 = (𝑛𝑢 − 𝑛𝑚 )𝛽
dengan :
φ = sudut dispersi
Dm = sudut deviasi cahaya merah
Du = sudut deviasi cahaya ungu
nm = indeks bias cahaya merah
nu = indeks bias cahaya ungu
β = sudut pembias prisma
25
C. INTERFERENSI (PERPADUAN)
Apabila dua gelombang dipadukan menjadi satu akan menghasilkan sebuah
gelombang baru. Demikian pula dengan cahaya dalam perambatannya tidak lain
adalah sebuah gelombang. Perpaduan dua gelombang cahaya yang dapat
menghasilkan sebuah gelombang. Proses perpaduan ini dinamakan interferensi
gelombang cahaya. Agar interferensi cahaya dapat teramati dengan jelas, maka kedua
gelombang cahaya itu harus bersifat koheren. Dua gelombang cahaya dikatakan
koheren apabila kedua gelombang cahaya tersebut mempunyai amplitudo, frekuensi
yang sama dan pada fasenya tetap.
Ada dua hasil interferensi cahaya yang dapat teramati dengan jelas jika kedua
gelombang tersebut berinterferensi. Apabila kedua gelombang cahaya berinteferensi
saling memperkuat (bersifat konstruktif), maka akan menghasilkan garis terang yang
teramati pada layar. Apabila kedua gelombang cahaya berinterferensi saling
memperlemah (bersifat destruktif), maka akan menghasilkan garis gelap yang teramati
pada layar. Marilah sekarang kita mempelajari peristiwa interferensi cahaya yang telah
dilakukan percobaan/eksperimen oleh para ilmuwan terdahulu, seperti halnya Thomas
Young dan Fresnell.
1. Interferensi Celah Ganda
Percobaan yang dilakukan oleh Thomas Young dan Fresnell pada dasarnya
adalah sama, yang membedakan adalah dalam hal mendapatkan dua gelombang
cahaya yang koheren. Thomas Young mendapatkan dua gelombang cahaya yang
koheren dengan menjatuhkan cahaya dari sumber cahaya pada dua buah celah sempit
yang saling berdekatan, sehingga sinar cahaya yang keluar dari celah tersebut
merupakan cahaya yang koheren. Sebaliknya Fresnel mendapatkan dua gelombang
cahaya yang koheren dengan memantulkan cahaya dari suatu sumber ke arah dua buah
cermin datar yang disusun hampir membentuk sudut 180o, sehingga akan diperoleh
dua bayangan sumber cahaya. Sinar yang dipantulkan oleh cermin I dan II dapat
dianggap sebagai dua gelombang cahaya yang koheren. Skema percobaan Young
terlihat pada gambar.
26
Jika berkas cahaya melalui S1 dan S2, maka celah tersebut (S1 dan S2) akan
berfungsi sebagai sumber cahaya baru dan menyebarkan sinarnya ke segala arah.
Apabila cahaya dari celah S1 dan S2 berinterferensi, maka akan terbentuk suatu pola
interferensi. Pola interferensi tersebut dapat ditangkap pada layar berupa pola garis
terang dan gelap. Interferensi dapat terjadi karena adanya beda lintasan berkas cahaya
dari S1 dan S2. Jika jarak antara kedua celah (d ), jauh lebih kecil daripada jarak celah
terhadap layar, l (d << l ), maka beda lintasan pada titik sembarang P adalah S2P – S1P
= d sin θ .
Apabila dua gelombang bertemu, dan saling menguatkan, maka akan terjadi
interferensi maksimum dan terbentuk pola garis terang. Pada celah ganda, interferensi
ini akan terjadi apabila kedua gelombang memiliki fase yang sama (sefase), yaitu
apabila keduanya berfrekuensi sama dan titik-titik yang bersesuaian berada pada
tempat yang sama selama osilasi pada saat yang sama. Jarak garis terang ke-n dari
pusat terang dinyatakan dengan persamaan: n. λ = d.sin θ
Karena l >> d, maka sudut θ sangat kecil, sehingga berlaku pendekatan sinθ = tanθ
=
𝑝
𝑙
. Jadi dapat dituliskan :
n. λ = d
𝑝
𝑙
atau
n. λ =
𝑝𝑑
𝑙
27
dengan:
p = jarak garis terang dari pusat terang
d = jarak kedua sumber
l = jarak layar ke sumber cahaya
λ = panjang gelombang
n = orde atau nomor terang (n = 0, 1, 2,....)
Contoh soal:
Dua buah celah sempit terpisah pada jarak 0,2 mm disinari tegak lurus.
Sebuah layar diletakkan 1 meter di belakang celah. Garis terang orde ke-3
pada layar terletak 7,5 mm dari terang pusat. Tentukan berapa panjang
gelombang cahaya yang digunakan!
Penyelesian:
Diketahui:
d = 0,2 mm = 2 .10-4 m
L=1m
p = 7,5 mm = 7,5.10-3 m
n=3
Ditanya: λ = ... ?
𝑝𝑑
n. λ =
𝑙
𝑝𝑑 7,5.10−3 m × 2.10−4 𝑚 15
λ=
=
= 3 . 10−7𝑚 = 5000Ǻ
𝑛𝑙
3×1
Interferensi maksimum terjadi jika dua gelombang bertemu dan saling
menguatkan. Namun, jika dua gelombang tidak bertemu, dan akan saling meniadakan
maka terjadi interferensi minimum, sehingga terbentuk pola garis gelap. Interferensi
ini terjadi pada dua gelombang yang tidak sefase. Jarak garis gelap ke-n dari pusat
terang adalah:
1
(𝑛 − 2) λ = d.sin θ
Bilangan n menyatakan orde atau nomor gelap, yang besarnya n = 1, 2, 3,.... Untuk n
= 1 disebut minimum orde ke-1.
28
Mengingat sinθ =
𝑝
𝑙
, maka persamaan menjadi:
1
(𝑛 − 2) λ = d.sin
𝑝
𝑙
dengan p adalah jarak gelap ke-n dari pusat terang. Pada interferensi celah ganda,
jarak dua garis terang yang berurutan sama dengan jarak dua garis gelap yang
berurutan. Dengan mengunakan persamaan sebelumnya diperoleh:
𝛥𝑝𝑑
𝑙
= Δnλ
Untuk dua garis terang mapun dua garis gelap berurutan dapat dikatakan nilai Δn
= 1, sehingga jarak antara dua garis terang maupun jarak antara dua garis gelap
berurutan dapat diperoleh dengan persamaan:
𝛥𝑝𝑑
𝑙
= λ
2. Interferensi pada Lapisan Tipis
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat fenomena yang ditimbulkan oleh
interferensi cahaya. Sebagai contoh timbulnya garis-garis berwarna yang tampak pada
lapisan tipis minyak tanah yang tumpah di permukaan air, warna-warni yang terlihat
pada gelembung sabun yang mendapat sinar matahari, serta timbulnya warna-warni
pada cakram padat (compact disc). Pola interferensi pada lapisan tipis dipengaruhi oleh
dua faktor, yaitu panjang lintasan optik dan perubahan fase sinar pantul.
Dari gambar, sinar AB merupakan sinar
monokromatik
yang
datang
pada
permukaan pelat tipis. Sebagian sinar AB
dipantulkan oleh permukaan bidang batas
udara dan pelat (sinar BE) dan sebagian lagi
dibiaskan ke dalam medium pelat (sinar
BC). Sinar BC dipantulkan oleh permukaan
bidang batas pelat dan udara (sinar CD).
Sinar CD dipantulkan oleh permukaan atas
dan sebagian lagi dibiaskan keluar film (sinar DF). Sinar BE dan DF datang bersamaan
di mata kita. Sinar datang dengan sudut datang i pada lapisan tipis dengan ketebalan d
dan indeks bias n, sehingga sinar mengalami pemantulan dan pembiasan dengan sudut
29
bias r. Dengan mempertimbangkan kedua faktor di atas, dapat ditentukan syarat-syarat
terjadinya interferensi berikut ini.
1. Syarat terjadinya interferensi maksimum (terang)
1
2n.d.cos r = (m – 2) λ ; m = 1, 2, 3, ........
2. Syarat terjadinya interferensi minimum (gelap)
2n.d.cos r = mλ ; m = 0, 1, 2, ........
D. DIFRAKSI (PELENTURAN)
Apabila permukaan gelombang melewati sebuah celah sempit, di mana lebar celah
lebih kecil daripada panjang gelombangnya, maka gelombang tersebut akan
mengalami lenturan. Selanjutnya terjadi gelombang setengah lingkaran yang melebar
di daerah bagian belakang celah tersebut. Peristiwa ini disebut difraksi atau lenturan.
1. Difraksi pada Celah Tunggal
Dalam topik ini akan dibahas difraksi Fraunhofer yang dihasilkan oleh celah
tunggal. Salah satu jenis difraksi Fraunhofer, yaitu difraksi dengan sumber cahaya dan
layar penerima berada pada jarak tak terhingga dari benda penyebab difraksi, sehingga
muka gelombang tidak lagi diperlakukan sebagai bidang sferis, melainkan sebagai
bidang datar. Dengan kata lain, difraksi ini melibatkan berkas cahaya sejajar.
Gambar di atas menunjukkan gelombang cahaya dengan panjang gelombang λ
didifraksikan oleh celah sempit dengan lebar d. Pola gelap dan terang terbentuk ketika
gelombang cahaya mengalami interferensi. Beda lintasan ke titik P adalah (
𝑑
2
) sinθ,
30
dengan θ adalah sudut antara garis tegak lurus terhadap celah dan garis dari pusat celah
1
ke P. Apabila beda lintasan yang terjadi adalah 2 λ, maka kedua cahaya (Gambar 2.15)
akan saling memperlemah dan menyebabkan terjadinya interferensi minimum
sehingga pada layar terbentuk pola gelap. Jadi, pola gelap (difraksi minimum) terjadi
jika:
d.sin θ = n. λ ; n = 1, 2, 3 .....
Sementara itu, pola terang (difraksi maksimum) terjadi bila:
1
d.sin θ = (𝑛 − 2) λ; n = 1, 2, 3 ......
2. Difraksi pada Kisi
Kisi adalah celah sangat sempit yang dibuat dengan menggores sebuah lempengan
kaca dengan intan. Sebuah kisi dapat dibuat 300 sampai 700 celah setiap 1 mm. Pada
kisi, setiap goresan merupakan celah. Sebuah kisi memiliki konstanta yang
menyatakan banyaknya goresan tiap satu satuan panjang, yang dilambangkan dengan
d, yang juga sering dikatakan menjadi lebar celah. Dalam sebuah kisi, lebar celah
dengan jarak antara dua celah sama apabila banyaknya goresan tiap satuan panjang
1
dinyatakan dengan N, maka d = 𝑁 .
Pada sebuah kisi yang disinari cahaya yang sejajar dan tegak lurus kisi, dan di
belakang kisi ditempatkan sebuah layar, maka pada layar tersebut akan terdapat garis
terang dan gelap, jika cahaya yang dipakai adalah monokromatik. Kemudian akan
terbentuk deretan spektrum warna, jika cahaya yang digunakan sinar putih
31
(polikromatik). Garis gelap dan terang atau pembentukan spektrum akan lebih jelas
dan tajam jika celabar celahnya semakin sempit atau konstanta kisinya semakin
banyak/besar. Garis gelap dan terang dan spektrum tersebut merupakan hasil
interferensi dari cahaya yang berasal dari kisi tersebut yang jatuh pada layar
titik/tempat tertentu.
Bila cahaya dilewatkan pada kisi dan diarahkan ke layar, maka pada layar akan
terjadi hal-hal berikut ini.
1. Garis terang (maksimum), bila:
d.sin θ = n. λ ; n = 0, 1, 2, ....
2. Garis gelap (minimum), bila:
1
d.sin θ = (𝑛 − 2) λ; n = 1, 2, 3 ......
Kemampuan lensa untuk membebaskan bayangan dari dua titik benda yang sangat
dekat disebut resolusi lensa. Jika dua titik benda sangat dekat, maka pola difraksi
bayangan yang terbentuk akan tumpang tindih. Kriteria Rayleigh menyatakan bahwa
“dua bayangan dapat diuraikan jika pusat piringan difraksi salah satunya persis di atas
minimum pertama pola difraksi yang lainnya”. Ukuran kemampuan alat optik untuk
membentuk bayangan terpisahkan dari benda-benda rapat atau untuk memisahkan
panjang gelombang radiasi yang rapat disebut daya urai.
32
Contoh soal:
Suatu berkas cahaya yang panjang gelombangnya 5.10-7 m dijatuhkan
tegak lurus pada sebuah kisi difraksi. Jika spektrum orde kedua jatuh
pada sudut 30o terhadap garis normal pada kisi, tentukan besarnya
konstanta kisi (banyaknya goresan tiap meter) tersebut!
Penyelesian:
d = 5 .10-7 m
Diketahui:
θ= 30o
n=2
Ditanya: N = ... ?
n. λ = 𝑑 sin 𝜃
d=
𝑛𝜆
sin 𝜃
1
=
2 × 5.10−7 𝑚
sin 30
−6
=101⁄2
= 2.10-6 m
1
N = 𝑑 = 2.10−6
N = 5.105 celah/meter
E. POLARISASI
Polarisasi adalah proses pembatasan gelombang vektor yang membentuk suatu
gelombang transversal sehingga menjadi satu arah. Tidak seperti interferensi dan
difraksi yang dapat terjadi pada gelombang transversal dan longitudinal, efek
polarisasi hanya dialami oleh gelombang transversal. Cahaya dapat mengalami
polarisasi menunjukkan bahwa cahaya termasuk gelombang transversal. Pada cahaya
tidak terpolarisasi, medan listrik bergetar ke segala arah, tegak lurus arah rambat
gelombang. Setelah mengalam pemantulan atau diteruskan melalui bahan tertentu,
medan listrik terbatasi pada satu arah. Polarisasi dapat terjadi karena pemantulan pada
cermin datar, absorpsi selektif dari bahan polaroid, dan bias kembar oleh kristal.
33
1. Polarisasi karena Pembiasan dan Pemantulan
Berdasarkan hasil eksperimen
yang dilakukan para ilmuwan Fisika
menunjukkan
bahwa
polarisasi
karena pemantulan dan pembiasan
dapat terjadi apabila cahaya yang
dipantulkan dengan cahaya yang
dibiaskan saling tegak lurus atau
membentuk sudut 90o. Di mana
cahaya yang dipantulkan merupakan
cahaya yang terpolarisasi sempurna,
sedangkan sinar bias merupakan sinar terpolarisasi sebagian. Sudut datang sinar yang
dapat menimbulkan cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan
merupakan sinar yang terpolarisasi. Sudut dating seperti ini dinamakan sudut
polarisasi (ip) atau sudut Brewster. Pada saat sinar pantul dan sinar bias saling tegak
lurus (membentuk sudut 90o) akan berlaku ketentuan bahwa: i’ + r = 90o atau r = 90o
– i.
Dari hukum Snellius tentang pembiasan berlaku bahwa :
sin 𝑖 𝑛2
=
=𝑛
sin 𝑟 𝑛1
sin 𝑖𝑝
sin(90 − 𝑖𝑝 )
=
𝑛2
=𝑛
𝑛1
sin 𝑖𝑝 𝑛2
=
=𝑛
cos 𝑖𝑝 𝑛1
tan 𝑖𝑝 =
𝑛2
=𝑛
𝑛1
2. Polarisasi karena Bias Kembar (Bias Ganda)
Polarisasi karena bias kembar
dapat
terjadi
melewati
suatu
apabila
bahan
cahaya
yang
mempunyai indeks bias ganda atau
lebih dari satu, misalnya pada
34
kristal kalsit. Perhatikan gambar, seberkas cahaya yang jatuh tegak lurus pada
permukaan kristal kalsit, maka cahaya yang keluar akan terurai menjadi dua berkas
cahaya, yaitu satu berkas cahaya yang tetap lurus dan berkas cahaya yang dibelokkan.
Cahaya yang lurus disebut cahaya biasa, yang memenuhi hukum Snellius dan cahaya
ini tidak terpolarisasi. Sedangkan cahaya yang dibelokkan disebut cahaya istimewa
karena tidak memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini adalah cahaya yang
terpolarisasi.
3. Polarisasi karena Absorbsi Selektif
Polaroid adalah suatu bahan
yang dapat menyerap arah bidang
getar gelombang cahaya dan
hanya melewatkan salah satu
bidang getar. Seberkas sinar yang
telah melewati polaroid hanya
akan memiliki satu bidang getar saja sehingga sinar yang telah melewati polaroid
adalah sinar yang terpolarisasi. Peristiwa polarisasi ini disebut polarisasi karena
absorbsi selektif. Polaroid banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain
untuk pelindung pada kacamata dari sinar matahari (kacamata sun glasses) dan
polaroid untuk kamera.
4. Polarisasi karena Hamburan
Polarisasi
cahaya
karena
peristiwa hamburan dapat terjadi
pada
peristiwa
terhamburnya
cahaya matahari oleh partikelpartikel debu di atmosfer yang
menyelubungi
Bumi.
Cahaya
matahari yang terhambur oleh partikel debu dapat terpolarisasi. Itulah sebabnya pada
hari yang cerah langit kelihatan berwarna biru. Hal itu disebabkan oleh warna cahaya
biru dihamburkan paling efektif dibandingkan dengan cahaya-cahaya warna yang
lainnya.
35
5. Pemutaran Bidang Polarisasi
Perhatikan gambar, seberkas cahaya tak terpolarisasi melewati sebuah polarisator
sehingga cahaya yang diteruskan terpolarisasi. Cahaya terpolarisasi melewati zat optik
aktif, misalnya larutan gula pasir, maka arah polarisasinya dapat berputar. Besarnya
sudut perubahan arah polarisasi cahaya θ tergantung pada konsentrasi larutan c,
panjang larutan l dan sudut putar larutan β. Hubungan ini dapat ditulis secara
matematik sebagai:
𝜃 = 𝑐. 𝛽. 𝑙
F. PEMANFAATAN GELOMBANG CAHAYA DALAM KEHIDUPAN
SEHARI-HARI
Ada banyak sekali pemanfaatan gelombang cahaya dalam teknologi yang
seringkali kita jumpai sehari-hari. Misalya saja teknologi LCD dan LED yang dalam
kehidupan sering digunakan pada televisi dan komputer atau laptop. Perbedaan
mengenai LCD dan LED terkadang membuat orang awam kebingungan. Teknologi
keduanya memang terkadang membingungkan karena keduanya memang hampir
mirip. Teknologi TV LCD dan LED terus bersaing dalam pasaran.
1. LCD
LCD berasal dari teknologi Liquid Crystal Display. TV LCD merupakan televisi
yang menggunakan layar datar yang memanfaatkan teknologi Liquid Crystal Display.
Pada jenis ini terdapat dua lapisan kaca yang sudah terpolarisasi serta saling
menempel. Kristal-kristal cair yang terletak di salah satu lapisan mempunyai fungsi
yaitu memblokir belakang layar. Dengan adanya bantuan lampu neon tersebut maka
36
gambar yang dibuat oleh Kristal menjadi terlihat. Selain itu kualitas dari monitor
menghasilkan gambar yang tinggi. TV LCD dapat di buat dengan desain sangat tipis,
yang bermanfaat dalam penghematan ruangan, selain itu pengguna dapat dengan
leluasa menempatkan TV LCD di mana saja termasuk di tempelkan di tembok.
2. LED
LED berasal dari kata Light Emitting Dioada. TV LED sebenarnya memang sangat
mirip dengan LCD bahkan dilihat dari kinerjanya yang tak jauh berbeda. LED juga
sama halnya dengan LCD yang menggunakan teknologi Liquid Crystal Display dalam
hal layar dengan desai tipis. Salah satu perbedaan yang mencolok antara LCD dan
LED adalah sumber cahaya, yang terletak di belakang layar. Jika TV LCD
menggunakan lampu neon, maka TV LED menggunakan Light Emitting Dioda.
Terdapat dua jenis pencahayaan pada LED. Yang pertama adalah pencahayaan
Edge dan yang kedua adalah pencahayaan Full-Array. Untuk pencahayaan Edge
rangkaian dioda diatur sepanjang tepi bagian luar layar. Ketika ada arus listrik
mengalir, maka cahaya didistribusikan di layar. Sedangkan pencahayaan Full-Array,
terdapat beberapa baris dioda di belakang semua permukaan layar. Dioda sumber
cahaya memberikan lebih banyak control atas kecerahan serta peredupan, karena dioda
dapat dihidupkan serta dimatikan secara independen.
37
A. Pilihlah jawaban yang paling tepat!
1. Pada percobaan Young (celah ganda), jika jarak antara dua celahnya dijadikan dua
kali semula, maka jarak antara dua garis gelap yang berurutan menjadi ….
A. 4 kali semula
B. 2 kali semula
C. ½ kali semula
D. ¼ kali semula
E. tetap tidak berubah
2. Cahaya dengan panjang gelombang 5x10-7m datang pada celah kembar Young
yang jaraknya 2 x 10-4mm. Pola yang terjadi ditangkap pada layar yang berada 1
meter dari celah kembar. Jarak antara dua buah garis terang…cm
A. 0,10
B. 1,00
C. 0,25
D. 2,50
E. 0,50
3. Bila cahaya matahari mengenai suatu lapisan tipis minyak yang ada di atas
permukaan air, maka warna-warna yang terlihat timbul karena ....
A. difraksi
B. polarisasi
C. refraksi
D. reflaksi
E. interferensi
4. Suatu berkas sinar sejajar mengenai tegak lurus suatu celah yang lebarnya 0,4 mm.
Di belakang celah diberi lensa positif dengan jarak titik api 40 cm. Garis terang
pusat (orde nol) dengan garis gelap pertama pada layar di bidang titik api lensa
berjarak 0,56 mm. Panjang gelombang sinar adalah ....
A. 6,4 x 10 m
B. 1,6 x 10 m
38
C. 5,6 x 10 m
D. 11,2 x 10 m
E. 4,0 x 10 m
5. Cahaya merupakan gelombang transversal. Hal ini dibuktikan berdasarkan
percobaan yang menunjukkan adanya .…
A. difraksi
B. refraksi
C. polarisasi
D. refleksi
E. interferensi
B. Kerjakan soal dibawah ini!
1. Seberkas sinar dijatuhkan pada salah satu sisi bidang pembias prisma sama sisi
dengan sudut datang 60o. Tentukan besarnya sudut deviasi yang terjadi pada
prisma tersebut!
2. Sebuah prisma memiliki sudut pembias 10o dan indeks biasnya 1,6. Tentukan
besarnya sudut deviasi minimum yang terjadi pada prisma tersebut!
3. Sebuah prisma dengan sudut pembias 60o. Apabila sudut deviasi minimum yang
terjadi pada prisma tersebut adalah 30o. Tentukan besarnya indeks bias prisma
tersebut!
4. Seberkas cahaya yang panjang gelombangnya 6 x 10-7 m dijatuhkan pada dua buah
celah sempit yang terpisah pada jarak 0,3 mm dan sebuah layar diletakkan 2 meter
di belakang celah. Tentukan jarak garis terang orde ke-2 dan jarak garis gelap orde
1 dari terang pusat!
5. Seberkas cahaya monokromatik dijatuhkan tegak lurus sebuah celah tunggal yang
lebarya 0.4 mm. Sebuah layar diletakkan di belakang celah sejauh 40 cm. Apabila
garis gelap pertama berjarak 0,56 mm dari terang pusat, hitunglah panjang
gelombang cahaya yang dipakai!
6. Sebuah kisi yang memiliki 3.000 garis tiap cm digunakan untuk menentukan
panjang gelombang cahaya. Sudut antara garis terang pusat dan garis pada orde
pertama adalah 8o (sin 8o = 0,140). Tentukan panjang gelombang cahaya tersebut!
39
7. Dua buah celah sempit terpisah pada jarak 0,2 mm disinari tegak lurus. Sebuah
layar diletakkan 1 meter dari celah. Jika garis terang orde ke-3 terletak pada layar
yang berjarak 7,5 mm dari terang pusat, tentukan panjang gelombang cahaya yang
digunakan!
8. Cahaya dengan panjang gelombang 640 mm mengenai sebuah kisi difraksi yang
terdiri atas 2.000 garis/cm. Tentukan: a.) orde maksimum yang mungkin terjadi,
b.) jumlah garis gelap yang masih teramati pada layar!
9. Seberkas cahaya jatuh tegak lurus mengenai dua celah yang berjarak 0,4 mm. Garis
terang ketiga pada layar berjarak 0,5 mm dari terang pusat. Jika jarak layar dengan
celah adalah 40 cm, maka berapa panjang gelombang cahaya?
10. Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 5.000 Ǻ dilewatkan
pada kisi difraksi sehingga garis terang kedua terjadi dengan sudut deviasi 30o
terhadap garis normal. Tentukan besarnya konstanta kisi tersebut(garis per
millimeter)!
40