Tugas Power Point FISIKA

oleh

Kelas XI IPA 3

Fitra Aldilla

POKOK BAHASAN

GELOMBANG

A. Pengertian Gelombang

Gelombang adalah bentuk dari getaran yang merambat pada suatu medium. Pada gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium perantaranya. Satu gelombang dapat dilihat panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah dan bukit (gelombang tranversal) atau menghitung jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan (gelombang longitudinal). Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam waktu satu detik.

PENGERTIAN dan JENIS GELOMBANG

B. Jenis Gelombang

1. Gelombang Transversal• Gelombang transversal adalah gelombang yang arah

rambatannya tegak lurus dengan arah rambatannya. Satu gelombang terdiri atas satu lembah dan satu bukit, misalnya seperti riak gelombang air, benang yang digetarkan, dsb.

2. Gelombang Longitudinal• Gelombang logitudinal adalah gelombang yang

merambat dalam arah yang berimpitan dengan arah getaran pada tiap bagian yang ada. Gelombang yang terjadi berupa rapatan dan renggangan. Contoh gelombang longitudinal seperti slingki / pegas yang ditarik ke samping lalu dilepas.

• Dengan slinky, kedua jenis gelombang itu dapat diperagakan (lihat Gambar 10.13). Ketika tangan digerakkan naik turun, maka pada slinky terbentuk gelombang transversal, sementara gelombang longitudinal dihasilkan bila tangan digerakkan maju mundur.

• Gelombang radio, gelombang cahaya, gelombang tali dan gelombang mikro adalah contoh gelombang transversal.

Gelombang transversal juga merambat dalamdawai instrumen musik seperti gitar atau piano.

• Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi yang merambat di udara.

http://www.crayonpedia.org/mw/Berkas:Ti158.jpg

http://www.crayonpedia.org/mw/Berkas:Ti162.jpg

FORMULASI GEJALA GELOMBANG

Ketika membahas kecepatan rapat gelombang tali, telah didapatkan persamaan gelombang yang berbentuk persamaan diferensial

FORMULASI GEJALA GELOMBANG

• Penurunan persamaan gelombang tali dilakukan dengan meninjau bagian tali ketika berada pada keadaan tak setimbang.

• Gaya tegangan tali yang bekerja pada ujung-ujung segmen tali diurai ke arah sumbu y vertikal dan ke arah sumbu x horisontal. Oleh karena bagian tali yang ditinjau ini sangat kecil maka pengaruh gaya gravitasi dapat diabaikan, sedangkan komponen x saling meniadakan.

• Dengan demikian resultante gaya dalam arah y adalah:

http://www.crayonpedia.org/mw/Berkas:Ti163.jpg

• Menurut hukum ke II Newton, persamaan gerak elemen tali dm ini adalah

http://www.crayonpedia.org/mw/Berkas:Ti164.jpg

• Persamaan diferensial ini adalah bentuk umum dari semua gelombang, baik gelombang transversal maupun gelombang longitudinal. Solusi dari persamaan diferensial ini dinamakan persamaan atau fungsi gelombang, yang bentuknya

• k: bilangan gelombang = x: posisi di dalam mediumTanda (+) digunakan untuk gelombang yang merambat ke arah sumbu X negatif, sedangkan tanda (-) digunakan untuk gelombang yang merambat ke arah sumbu X positif. Karena panjang gelombang (jarak antara dua titik berturutan dengan

• Perbedaan persamaan gelombang dengan persamaan getaran adalah bahwa bila persamaan getaran hanya merupakan fungsi dari waktu t saja, maka persamaan gelombang adalah fungsi dari waktu tdan posisi x.

A. Mencari posisi titik yang pada mulanya berada di titik acuan (gerakan gelombang dimulai dari titik acuan) maka kita gunakan persamaan ini :

Formulasi gejala gelombang

B. menghitung perpindahan suatu titik yang berjarak x dari titik acuan pada waktu t, kita bisa menggantikan t dalam persamaan sebelumnya dengan t – x/v :

• Persamaan 1 bisa diubah ke dalam bentuk lain :

• Dari persamaan 2, kita bisa mendefinisikan suatu besaran baru yang dikenal dengan julukan bilangan gelombang (k) :

• Persamaan 2 bisa ditulis lagi dalam bentuk seperti ini :

• Kita bisa menurunkan persamaan yang menyatakan hubungan antara frekuensi sudut (omega), laju gelombang (v) dan bilangan gelombang (k) :

• Grafik fungsi gelombang y(x, t) • Untuk mengambarkan grafik y(x, t) terhadap x,

kita pilih t = 0. Persamaan sebelumnya bisa dioprek menjadi seperti ini :

• Jika gelombang harmonik tersebut berbentuk transversal yang berjalan sepanjang tali dalam arah sumbu x positif, maka bentuk gelombang dan bentuk tali tampak seperti gambar di bawah.

• Untuk mengambarkan grafik y(x, t) terhadap t, kita pilih x = 0. Persamaan sebelumnya bisa dioprek menjadi seperti ini :

• Untuk gelombang yang berjalan dalam arah x negatif, bentuk fungsi gelombangnya dinyatakan oleh tiga persamaan di bawah :

• mencari laju suatu titik tertentu pada tali sehingga x kita pertahankan agar konstan, yang kita hitung cuma turunan y(x, t) terhadap waktu t.

• Persamaan 1 bisa kita gunakan untuk menentukan laju sebarang titik pada tali, ketika gelombang merambat sepanjang tali tersebut.

• Jika laju suatu titik tertentu pada tali merupakan turunan parsial pertama maka besar percepatan merupakan turunan parsial kedua dari y(x, t) terhadap t :

• Persamaan 2 bisa kita gunakan untuk menentukan besar percepatan sebarang titik pada tali, ketika gelombang merambat sepanjang tali tersebut. Dari persamaan ini tampak bahwa besar percepatan suatu titik sama dengan hasil kali antara negatif omega kuadrat dengan besar perpindahan titik tersebut.

• meninjau bentuk tali pada suatu saat tertentu

• Persamaan 3 menyatakan kemiringan tali pada suatu saat tertentu. Jika kemiringan tali pada suatu saat tertentu merupakan turunan parsial pertama dari y(x, t) terhadap x, maka turunan parsial kedua dari y(x, t) terhadap x menyatakan kelengkungan tali :

• dengan melihat keterkaitan antara frekuensi sudut (omega), laju perambatan gelombang (v) serta bilangan gelombang (k) dalam persamaan omega = vk sebagaimana telah kita turunkan sebelumnya, maka kita bisa menyatukan persamaan 2 dan persamaan 4 ke dalam sebuah persamaan tunggal :

• Hasil akhir yang kita peroleh ini dikenal dengan julukan persamaan gelombang. Persamaan gelombang merupakan salah satu persamaan terpenting dalam fisika. Bilamana persamaan ini muncul dalam perhitungan kita maka kita bisa meramalkan bahwa terdapat suatu gelombang yang merambat sepanjang sumbu x dengan laju v.

• Sebelumnya kita menurunkan persamaan gelombang menggunakan fungsi gelombang y(x, t) = A sin (omega t – kx). Sebenarnya kita juga bisa menggunakan y(x, t) = A sin (omega t + kx). Hasilnya sama saja

Gelombang elektromagnetik

Contoh gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang radio, gelombang mikro, radar, cahaya tampak, Laser, sinar-X, dan sinar gamma.

Gelombang-gelombang ini adalah kelompok gelombang yang dapat merambat walaupun dalam hampa udara. Gelombang elektromagnetik ini dipancarkan ke segala arah oleh medan listrik dan medan magnet berubah, sehingga perambatannya tidak lagi memerlukan media khusus, karena ia dapat melewati ruang hampa sekalipun.

Sebagai sebuah gejala gelombang, gelombang elektromagnetik dapat diidentifikasi berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya.

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik sebagaimana gelombang radio atau sinar-X. Masing-masing memiliki penggunaan yang berbeda meskipun mereka secara fisika menggambarkan gejala yang serupa, yaitu gejala gelombang, lebih khusus lagi gelombang elektromagnetik. Mereka dibedakan berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya.

Gambar berikut ini menunjukkan spektrum gelombang elektromagnetik.

• Gelombang Radio

• Gelombang radio merupakan gelombang yang memiliki frekuensi paling kecil atau panjang gelombang paling panjang. Gelombang radio berada dalam rentang frekuensi yang luas meliputi beberapa Hz sampai gigahertz (GHz atau orde pangkat 9). Gelombang ini dihasilkan oleh alat-alat elektronik berupa rangkaian osilator (variasi dan gabungan dari komponen Resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C)). Oleh karena itu, gelombang radio banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Siaran TV, radio, dan jaringan telepon seluler menggunakan gelombang dalam rentang gelombang radio ini.

• Suatu sistem telekomunikasi yang menggunakan gelombang radio sebagai pembawa sinyal informasinya pada dasarnya terdiri dari antena pemancar dan antena penerima. Sebelum dirambatkan sebagai gelombang radio, sinyal informasi dalam berbagai bentuknya (suara pada sistem radio, suara dan data pada sistem seluler, atau suara dan gambar pada sistem TV) terlebih dahulu dimodulasi.

• Oleh karena itu, kita mengenal adanya istilah AM dan FM. Amplitudo modulation (AM) atau modulasi amplitudo menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa berupa perubahan amplitudonya. Adapun frequency modulation (FM) atau modulasi frekuensi menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa dalam bentuk perubahan frekuensinya.

• Modulasi di sini secara sederhana dinyatakan sebagai penggabungan antara getaran listrik informasi (misalnya suara pada sistem radio) dengan gelombang pembawa frekuensi radio tersebut. Penggabungan ini menghasilkan gelombang radio termodulasi. Gelombang inilah yang dirambatkan melalui ruang dari pemancar menuju penerima.

• Gelombang Mikro

• Rentang frekuensi gelombang mikro membentang dari 3 GHz hingga 300 GHz. Frekuensi sebesar ini dihasilkan dari rangkaian osilator pada alat-alat elektronik. Gelombang mikro dapat diserap oleh suatu benda dan menimbulkan efek pemanasan pada benda tersebut. Sebuah sistem pemanas berbasis microwave dapat memanfaatkan gejala ini untuk memasak benda. Sistem semacam ini digunakan dalam oven microwave yang dapat mematangkan makanan di dalamnya secara merata dan dalam waktu singkat (cepat).

• Dalam suatu sistem radar, gelombang mikro dipancarkan terus menerus ke segala arah oleh pemancar. Jika ada objek yang terkena gelombang ini, sinyal akan dipantulkan oleh objek dan diterima kembali oleh penerima. Sinyal pantulan ini akan memberikan informasi bahwa ada objek yang dekat yang akan ditampilkan oleh layar radar.

• M antena dan radar

• Sistem radar banyak dimanfaatkan oleh pesawat terbang dan kapal selam. Dengan adanya radar, pesawat terbang dan kapal selam mampu mendeteksi keberadaan objek lain yang dekat dengan mereka. Di saat cuaca buruk di mana terjadi badai dan gangguan cuaca yang dapat mengganggu pengelihatan, keberadaan radar dapat membantu navigasi pesawat terbang untuk mengetahui arah dan posisi mereka dari tempat tujuan pendaratan.

• Sinar Inframerah• Sinar inframerah (infrared/IR) termasuk dalam

gelombang elektromagnetik dan berada dalam rentang frekuensi 300 GHz sampai 40.000 GHz (10 pangkat 13). Sinar inframerah dihasilkan oleh proses di dalam molekul dan benda panas. Telah lama diketahui bahwa benda panas akibat aktivitas (getaran) atomik dan molekuler di dalamnya dianggap memancarkan gelombang panas dalam bentuk sinar inframerah. Oleh karena itu, sinar inframerah sering disebut radiasi panas.

• Foto inframerah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan panas dari satu gedung dapat digunakan untuk mengetahui daerah mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihan sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan.

• Dalam bidang kesehatan, pancaran panas berupa pancaran sinar inframerah dari organ-organ tubuh dapat dijadikan sebagai informasi kondisi kesehatan organ tersebut. Ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosis dan keputusan tindakan yang sesuai buat pasien. Selain itu, pancaran panas dalam intensitas tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses penyembuhan penyakit seperti cacar dan encok.

hasil citra foto inframerah terhadap tubuh manusia untuk pemeriksaan kesehatan

• Dalam teknologi elektronik, sinar inframerah telah lama digunakan sebagai media transfer data. Ponsel dan laptop dilengkapi dengan inframerah sebagai salah konektivitas untuk menghubungkan atau transfer data dari satu perangkat dengan perangkat lain. Fungsi inframerah pada ponsel dan laptop dijalankan melalui teknologi Irda (infra red data acquitition).

• Cahaya atau sinar tampak• Dalam rentang spektrum gelombang

elektromagnetik, cahaya atau sinar tampak hanya menempati pita sempit di atas sinar inframerah. Spektrum frekuensi sinar tampak berisi frekuensi dimana mata manusia peka terhadapnya. Frekuensi sinar tampak membentang antara 40.000 dan 80.000 GHz (10 pangkat 13) atau bersesuaian dengan panjang gelombang antara 380 dan 780 nm (10 pangkat -9). Cahaya yang kita rasakan sehari-hari berada dalam rentang frekuensi ini. cahaya juga dihasilkan melalui proses dalam skala atom dan molekul berupa pengaturan internal dalam konfigurasi elektron.

• Sinar Ultraviolet

• Rentang frekuensi sinar ultraviolet (ultraungu) membentang dalam kisaran 80.000 GHz sampai puluhan juta GHz (10 pangkat 17).

• Sinar ultraungu atau disebut juga sinar ultraviolet datang dari matahari berupa radiasi ultraviolet memiliki energi yang cukup kuat dan dapat mengionisasi atom-atom yang berada di lapisan atmosfer. Dari proses ionisasi atom-atom tersebut dihasilkan ion-ion, yaitu atom yang bermuatan listrik. Lapisan yang terdiri dari ion-ion ini membentuk lapisan khusus dalam atmosfer yang disebut ionosfer. Lapisan ionosfer yang terisi dengan atom-atom bermuatan listrik ini dapat memantulkan gelombang elektromagnetik frekuensi rendah (berada dalam spektrum frekuensi gelombang radio medium) dan dimanfaatkan dalam transmisi radio.

• Karena energinya yang cukup kuat dan sifatnya yang dapat mengionisasi bahan, sinar ultraviolet tergolong sebagai radiasi yang berbahaya bagi manusia (terutama jika terpancar dalam intensitas yang besar). Untungnya, atmosfer bumi memiliki lapisan yang dapat menahan dan menyerap radiasi ultraviolet dari matahari sehingga sinar matahari yang sampai ke bumi berada dalam taraf yang tidak berbahaya. Tentu kamu sudah tahu lapisan apakah itu? ya, lapisan ozon.

lapisan ozon di atmosfer menahan sebagian radiasi ultraviolet

• Penggunaan bahan kimia baik untuk pendingin (lemari es dan AC) berupa freon maupun untuk penyemprot (parfum bentuk spray dan pilok/penyemprot cat), dapat menyebabkan kebocoran lapisan ozon. Hal ini menyebabkan sinar ultraviolet dapat menembus lapisan ozon dan sampai ke permukaan bumi, suatu hal yang sangat berbahaya buat manusia. Jika semakin banyak sinar ultraviolet yang terpapar ke permukaan bumi dan mengenai manusia, efek yang tidak diinginkan bagi manusia dan lingkungan dapat timbul.

gas untuk spray menyebabkan lubang di lapisan ozon

Kanker kulit dan penyakit gangguan penglihatan seperti katarak dapat ditimbulkan dari radiasi ultraviolet yang berlebihan. Ganggang hijau sebagai sumber makanan alami dan mata rantai pertama dalam rantai makanan dapat berkurang akibat radiasi ultraviolet ini.

Sinar ultraviolet juga dapat dihasilkan oleh proses internal atom dan molekul. Sinar ultraviolet juga dapat dimanfaatkan dalam proses sterilisasi makanan dimana kuman dan bakteri berbahaya di dalam makanan dapat dimatikan.

• Sinar-X

• Sinar-X dikenal luas dalam dunia kedokteran sebagai sinar Rontgen. Dipakai untuk memeriksa organ bagian dalam tubuh. Tulang yang retak di bagian dalam tubuh dapat terlihat menggunakan sinar-X ini.

• Sinar-X berada pada rentang frekuensi 300 juta GHz (10 pangkat 17) dan 50 miliar GHz (10 pangkat 19). Penemuan sinar-X dianggap sebagai salah satu penemuan penting dalam fisika. Sinar-X ditemukan oleh ahli fisika Jerman bernama Wilhelm Rontgen saat sedang mempelajari sinar katoda. Cara paling umum untuk memproduksi sinar-X adalah melalui mekanisme yang disebut bremstrahlung atau radiasi perlambatan. Mekanisme ini yang ditempuh oleh Rontgen saat pertama kali menghasilkan sinar-X. Dalam teori radiasi gelombang elektromagnetik diketahui bahwa muatan listrik yang dipercepat (atau diperlambat) akan menghasilkan gelombang elektromagnetik. Selain melalui radiasi perlambatan, sinar-X juga dihasilkan dari proses transisi internal elektron di dalam atom atau molekul.

foto hasil penyinaran sinar-X

• Sinar Gamma

produksi sinar gamma oleh inti atomSinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi (dan karenanya juga energi) yang paling besar. Sinar gamma memiliki rentang frekuensi dari 10 pangkat 18 sampai 10 pangkat 22 Hz. Sinar gamma dihasilkan melalui proses di dalam inti atom (nuklir).

Energi gelombang

• Ciri kedua dari setiap gelombang adalah bahwa gelombang merambatkan energi. Pada gelombang mekanik, hal ini diperlihatkan ketika energi yang dirambatkan melalui gelombang air mampu memindahkan gabus yang semula terapung tenang di atas permukaan air. Olengnya kapal di laut yang seringkali disebabkan oleh ombak laut membuktikan adanya sejumlah energi yang dibawa oleh gelombang.

FORMULASI GEJALA GELOMBANG

Panas matahari yang terasa di bumi kita, juga disebabkan karena gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari merambatkan/meradiasikan energi panas ke bumi. Sementara itu, pemindahan energi melalui gelombang elektromagnetik tanpa disadari, manfaatnya sudah biasa dinikmati dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya, seseorang dapat menikmati alunan musik daristasiun radio yang jauh letaknya karena adanya gelombang radio yang mengangkut energi bunyi musik itu. Berkat gelombang mikro, seseorang dapat memberi perintah pada para karyawannya dan mengendalikan perusahaannya hanya dari sebuah telepon gengggamnya. Semua cara berkomunikasi ini dapat terlaksana berkat gelombang elektromagnetik, yang dapat mengangkut energi informasike berbagai tempat.

• Contoh lain bahwa gelombang membawa sejumlah energi adalah terjadinya kerusakan di mana-mana ketika terjadi gempa. Kekuatan gempa biasanya dinyatakan oleh skala Richter yang diusulkan oleh Charles Richter. Richter mengaitkan kekuatan gempa dengan logaritma (basis 10) amplitudo maksimum suatu getaran yang diukur dalam mikrometer. Amplitudo maksimum itu harus diukur padajarak 100 km dari pusat gempa. Jadi misalkan rekaman gempa yang diperoleh dari seismometer yang dipasang 100 km dari pusat gempa menunjukkan amplitudo maksimum 1 mm = 103 m; maka ini berarti bahwa kekuatan gempa itu (berhubungan dengan energinya) adalah

• Log (10)3 = 3 skala RichterPerhatikanlah energi yang terkait dengan kekuatan gempa yang dinyatakan dalam skala Richter dalam Tabel 10.2 berikut ini.

http://www.crayonpedia.org/mw/Berkas:Ti159.jpg