Mudah dan aktif belajar fisika SMA XII IPA by Dudi I

download Mudah dan aktif belajar fisika SMA XII IPA by Dudi I

of 318

Embed Size (px)

Transcript of Mudah dan aktif belajar fisika SMA XII IPA by Dudi I

PUSAT PERBUKUANDepartemen Pendidikan NasionalMudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXIISekolahMenengahAtas/MadrasahAliyahProgramIlmuPengetahuanAlamPenulis : Dudi IndrajitPenyunting : AhmadSaripudinPewajahIsi : NeniYuliatiIlustrator : S.RiyadiPewajahSampul : A.PurnamaUkuranBuku : 21x29,7cmHak Cipta Buku ini dibeli oleh Departemen Pendidikan Nasionaldari Penerbit Setia Purna Inves, PTDiterbitkan oleh Pusat PerbukuanDepartemen Pendidikan NasionalTahun2009Diperbanyakoleh ....Hak Cipta Pada Departemen Pendidikan Nasionaldilindungi oleh Undang-Undang530.07DUD DUDI Indrajitm Mudah dan Aktif Belajar Fisika 3 :untuk Kelas XII Sekolah Menengah Atas /Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam / penulis, Dudi Indrajit,; penyunting, Ahmad Saripudin, ; illustrator, S. Riyadi. Jakarta :Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009.vi, 306 hlm, : ilus. ; 30 cmBibliografi : hlm. 306IndeksISBN 978-979-068-816-2 (No. Jil Lengkap)ISBN978-979-068-931-21. Fisika-Studi dan PengajaranI. JudulII. Ahmad SaripudinIII. S. RiyadiiiiPuji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmatdankarunia-Nya,Pemerintah,dalamhalini,DepartemenPendidikan Nasional, pada tahun 2009, telah membeli hak ciptabuku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untuk disebarluaskankepadamasyarakatmelaluisitusinternet(website)JaringanPendidikan Nasional.BukutekspelajaraninitelahdinilaiolehBadanStandarNasionalPendidikandantelahditetapkansebagaibukutekspelajaranyangmemenuhisyaratkelayakanuntukdigunakandalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri PendidikanNasional Nomor 22 Tahun 2007 tanggal 25 Juni 2007.Kamimenyampaikanpenghargaanyangsetinggi-tingginyakepada para penulis/penerbit yang telah berkenan mengalihkanhakciptakaryanyakepadaDepartemenPendidikanNasionaluntuk digunakan secara luas oleh para siswa dan guru di seluruhIndonesia.Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanyakepadaDepartemenPendidikanNasionalini,dapatdiunduh(down load), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopiolehmasyarakat.Namun,untukpenggandaanyangbersifatkomersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yangditetapkanolehPemerintah.Diharapkanbahwabukutekspelajaran ini akan lebih mudah diakses sehingga siswa dan gurudi seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada diluar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini.Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini.Kepadaparasiswakamiucapkanselamatbelajardanmanfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwabuku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, sarandan kritik sangat kami harapkan.Jakarta, Juni 2009Kepala Pusat PerbukuanKata PengantarFisika adalah salah satu rumpun ilmu sains yang mempelajari alam semesta.RuanglingkupilmuFisikasangatluas,mulaidariatomyangberdimensinanometer hinggajagatrayayangberdimensitahunancahaya.Dalamkehidupansehari-hari,banyakditemukanaplikasiilmuFisika,baikberupafenomena-fenomenadialamataurekayasateknologi.Olehkarenaitu,Fisikamemilikitingkaturgensitasyangtinggikarenamerupakandasaruntukpenguasaanteknologidimasadepan.Sesuai dengan misi penerbit untuk memberikan kontribusi yang nyata bagikemajuan ilmu pengetahuan maka penulis dan penerbit merealisasikan tanggungjawabtersebutdenganmenyediakanbukubahanajarFisikayangberkualitas,sesuaidengantuntutankurikulumyangberlakusaatini.Bukuinidisusundenganmengutamakanpendekatansecarainkuiri(eksperimen)dandisajikansecarasistematis,komunikatif,danintegratif,sertaadanyakeruntutanrangkaian(babdengansubbab,antarsubbabdalambab,antaraleniadalamsubbab).Sebelummempelajarimateri,sebaiknyaAndaterlebihdahulumembacabagianAdvancedOrganizeryangterdapatpadahalamanawalsetiapbabagarAndadapatmengetahuiisibabsecaraumum.Padaawalsetiapbab,disajikanpulaTesKompetensiAwalsebagaievaluasimateriprasyaratuntukmempelajaribabyangbersangkutan. Di akhir setiap bab, terdapat Rangkuman, Peta Konsep, dan Refleksi yangbertujuanlebihmeningkatkanpemahamanAndatentangmateriyangtelahdipelajaridenganmemunculkanumpanbalikuntukevaluasidiri.Bukuinidi-lengkapi juga dengan beberapa materi, tugas, dan soal pengayaan, di antaranyaInformasiuntukAnda(InformationforYou), TantanganuntukAnda, MariMencariTahu, TugasAnda, PembahasanSoal,danTokohyangdapatmemperluaspengetahuanmateriFisikayangsedangdipelajari.UntukmengujipemahamanAndaterhadapmateriyangtelahdipelajaridiberikan Tes Kompentensi Subbab pada setiap akhir subbab, Tes KompetensiBab pada setiap akhir bab, dan Tes Kompetensi Fisika Semester pada setiapakhir semester. Selain itu, pada akhir buku juga diberikan Tes Kompetensi AkhiruntukmengujipemahamanmateriFisikaselamasatutahunajaran.Semuateskompetensitersebutmerupakansaranamengevaluasipemahamandanmelatihkemampuanmenerapkankonsep/prinsipFisikayangberkaitandenganmateri yang telah dipelajari. Adapun Kunci Jawaban (nomor ganjil) kami sajikanuntukmemudahkanAndadalammengevaluasihasiljawaban.Untukmenumbuhkandayakreativitas,kemampuanpsikomotorik,dancaraberpikirilmiah,kamisajikanAktivitasFisikadan ProyekSemesteryangmenuntutperanaktif Andadalammelakukankegiatantersebut.Demikianlahpersembahankamiuntukduniapendidikan.Bandung, Mei 2007 PenerbitKata PengantarvMateri-materipembelajaranpadabukuiniberdasarkankurikulumyangberlakusaatinidandisajikansecarasistematis,komunikatif,danintegratif.Disetiapawalbab,dilengkapigambarpembukapelajaran,bertujuanmemberikan gambaran materi pembelajaran yang akan dibahas, dan mengajarkan siswa konsep berpikir kontekstualsekaligusmerangsangcaraberpikirkontekstual.Selainitu,bukuinijugaditatadenganformatyangmenarikdandidukung dengan foto dan ilustrasi yang representatif. Penggunaan bahasa yang sederhana, sesuai dengan tingkatankognitifsiswasehinggamembuatpembacalebihmudahmemahaminya.BukuFisikauntukSMAKelasXIIiniterdiriatassepuluhbab,yaituGejalaGelombang,GelombangCahaya,Gelombang Bunyi, Medan Listrik, Potensial Listrik, dan Kapasitor, Medan Magnetik, Induksi Elektromagnetik, RadiasiBendaHitam,FisikaAtom,TeoriRelativitasKhusus,sertaFisikaIntidanRadioaktivitas.Untuklebihjelasnya,perhatikanpetunjukuntukpembacaberikut.(1) Judul Bab, disesuaikan dengan tema materi dalam bab.(2) Hasil yang harus Anda capai, tujuan umum yang harus Andacapaipadababyang Andapelajari.(3) Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu, kemampuanyangharus Andakuasaisetelahmempelajaribab.(4)GambarPembukaBab,disajikanuntukmengetahuicontohmanfaatdarimateriyangakandipelajari.(5)AdvancedOrganizer,uraiansingkattentangisibabuntukmenumbuhkan motivasi belajar dan mengarahkan Anda agar lebihfokus terhadap isi bab.(6) Tes Kompetensi Awal, merupakan soal prasyarat yang harusAndapahamisebelummemasukimateripembelajaran.(7) MateriPembelajaran,disajikansecarasistematis,komunikatif,integratif,dansesuaidenganperkembanganilmudanteknologiterkini (up to date).(8) Gambar dan Ilustrasi, sesuai dengan materi dalam bab yangdisajikansecaraproporsionaldanharmonis.(9) Contoh Soal, berisi contoh dan penyelesaian soal.(10) TugasAnda,berisitugasataulatihansoalyangberkaitandenganmateritersebut.(11) PembahasanSoal,berisicontohsoalyangberasaldariEbtanas, UAN, UMPTN, atau SPMB.(12) Mari Mencari Tahu, tugas mencari informasi yang bertujuanmenumbuhkanrasaingintahudanmendorongsiswauntukmencariinformasilebihjauh.(13) Aktivitas Fisika, kegiatan yang dilakukan secara berkelompokuntukmengembangkankecakapanhidupAnda.(14) Ingatlah, catatan atau hal-hal penting yang perlu Anda ketahui.(15) Informasi untuk Anda (Information for You), berisi pengayaanmengenai informasi dan aplikasi materi, disajikan dalam 2 bahasa(bilingual).(16)TantanganuntukAnda,berisisoal-soalyangdisajikandengantingkatkesulitanlebihtinggi.(17) Kata Kunci(18) Tokoh,berisitokohFisikapenggagasidebarudanpekerjakeras sehingga akan menumbuhkan semangat inovatif/kreatif, etoskerja,danmengembangkankecakapanhidup Anda.(19) Tes Kompetensi Subbab, berisi soal-soal untuk mengevaluasipenguasaanmaterisubbab.(20) Rangkuman(21) Peta Konsep(22) Refleksi,sebagai umpanbal i kbagi si swasetel ahmempelajarimateridiakhirpembelajarantiapbab.(23) Tes KompetensiBab, berisi soal-soal untuk mengevaluasipenguasaanmateribab.(24) Proyek Semester, kegiatan percobaan untuk meningkatkanpemahamankonsepFisikadanmemotivasi Andauntukmenggaliinformasi,memanfaatkaninformasi,danmenyelesaikanmasalah.(25)TesKompetensiFisikaSemester,berisisoal-soaluntukmengevaluasipenguasaanmateriselamasatusemester.(26)TesKompetensi Akhir, berisi soal-soal untuk mengevaluasipenguasaanmateriselamasatutahunajaran.Panduan untuk Pembaca1415161711912131067812354242221231819202526viKata Sambutan iiiKata Pengantar ivPanduan untuk Pembaca vBab 1Gejala Gelombang 1A. Pemahaman Gelombang 2B. Gelombang Berjalan dan GelombangStasioner 7C. Sifat-Sifat Gelombang 19Rangkuman 26Peta Konsep 27Refleksi 27Tes Kompetensi Bab 1 28Bab 2Gelombang Cahaya 31A. Interferensi Cahaya 32B. Difraksi Cahaya 37C. Polarisasi Cahaya 42Rangkuman 46Peta Konsep 46Refleksi 46Tes Kompetensi Bab 2 47Bab 3Gelombang Bunyi 49A. Sifat Dasar Gelombang Bunyi 50B. Cepat Rambat Bunyi 51C. Unsur Bunyi dan PemanfaatanGelombang Bunyi 53D. Sifat-Sifat Gelombang Bunyi 55E. Dawai dan Pipa Organa sebagaiSumber Bunyi 58F. Energi Gelombang Bunyi 66Rangkuman 70Peta Konsep 71Refleksi 71Tes Kompetensi Bab 3 72Bab 4MedanListrik,PotensialListrik, dan Kapasitor 75A. Muatan Listrik 76B. Medan Listrik 80C. Energi Potensial Listrik danPotensial Listrik 87D. Kapasitor 92Rangkuman 100Peta Konsep 101Refleksi 101Tes Kompetensi Bab 4 102Bab 5Medan Magnetik 105A. Medan Magnetik 106B. Gaya Magnetik 114C. Aplikasi Gaya Magnetik 120D. Sifat Magnet Bahan 122Rangkuman 124Peta Konsep 125Refleksi 125Tes Kompetensi Bab 5 126Daftar IsiviiBab 9Teori Relativitas Khusus 229A. Semua Gerak Bersifat Relatif 230B. Teori Relativitas Einstein 235Rangkuman 252Peta Konsep 253Refleksi 253Tes Kompetensi Bab 9 254Bab 10Fisika Intidan Radioaktivitas 257A. Inti Atom 258B. Radioaktivitas 264C. Reaksi Inti 272D. Reaktor Nuklir, Bom Nuklir,danRadioisotop 277Rangkuman 283Peta Konsep 284Refleksi 284Tes Kompetensi Bab 10 285Proyek Semester 2 287Tes Kompetensi Fisika Semester 2 288Bab 6InduksiElektromagnetik 131A. Gejala InduksiElektromagnetik 132B. Aplikasi Induksi ElektromagnetikFaraday 142C. Arus dan Tegangan Listrik Bolak-Balik 147Rangkuman 165Peta Konsep 166Refleksi 166Tes Kompetensi Bab 6 167Proyek Semester 1 169Tes Kompetensi Fisika Semester 1 171Bab 7Radiasi Benda Hitam 175A. Pengertian Radiasi BendaHitam 176B. Dualisme Gelombang Partikel 183Rangkuman 192Peta Konsep 193Refleksi 193Tes Kompetensi Bab 7 194Bab 8Fisika Atom 197A. Evolusi Model Atom 198B. Atom Berelektron Banyak 210Rangkuman 224Peta Konsep 225Refleksi 225Tes Kompetensi Bab 8 226Tes Kompetensi Akhir 291Kunci Jawaban 295Apendiks 300Senarai 303Indeks 304Daftar Pustaka 306GejalaGelombang 11Riakpadaairkolamterjadikarenaperambatangetaranakibatjatuhnyabatupadaairkolamtersebut.Bab1Sumber: Science Encyclopedia, 2001mendeskripsikangejaladanciri-cirigelombangsecaraumum.Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:menerapkankonsepdanprinsipgejalagelombangdalammenyelesaikanmasalah.Hasil yang harus Anda capai:GejalaGelombangA. PemahamanGelombangB. GelombangBerjalandanGelombangStasionerC. Sifat-SifatGelombangSusunanriakmelingkarpadapermukaanairmerupakansalahsatubentuk gelombang. Pola ombak berbentuk lingkaran vang terlihat semakinmenvebardapatterjadiketikasebuahbatudijatuhkankedalamair.Sepintas,tampakpermukaanairbergerakbersamagelombang.Sebenarnva,permukaanairtidakbergerakbersamagelombang.]arakdiantarariak-riakgelombangdisebutpanjanggelombang.DapatkahAndamembuktikanbahwapermukaanairtidakbergerakbersamagelombang'Sebenarnva,apakahgelombangitu'Pemahamantentanggejala-gejalagelombangmenjadisesuatuvangpentinguntukmempelajarigelombangtingkatlanjutsertamemahamiaplikasinvadalamteknologi.Nah,padababiniAndaakanmencaritahutentanggejaladanciri-cirigelombangsecaraumum,sertapenerapannvadalamkehidupansehari-hari.lehkarenaitu,perhatikanmateribabinidenganbenar,kelakAndaakanmerasatakjubolehsifat-sifatgelombangvangmengisvaratkanbahwa1uhantelahmenciptakansegalasesuatudenganpenuhperhitunganvangtaktertandingi.MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 2A. Pemahaman GelombangSebenarnva,banvakkejadiandisekitarAndavangeratkaitannvadengangelombang.Sebagaicontoh,pernahkahAndaberpikirmengapabunvi dari sumber bunvi dapat didengar' Umumnva orang akan menjawab''1entusajakitadapatmendengarkarenamemilikitelinga''.Padahalsebetulnvaterdengarnvabunvibukanhanvadisebabkanolehadanvatelinga,tetapijugadisebabkanolehadanvasumberbunvidanmediumperambatan.KetikaAndamendengarpembicaraanseseorang,telingaAndatelahmenerimagelombangbunvivangmerambatdiudarasebagaimediumperambatannva.Berdasarkansumbernva,gelombangdikelompokkanmenjadiduamacam,vaituze|m|cnzme|cn||danze|m|cnze|e|(rmczne(||.Oelombang mekanik berasal dari osilasi (getaran) suatu titik atau partikeldi dalam suatu ruang. lnergi dan momentum getaran dirambatkan melaluigangguandidalammediumtempatterjadinvagetarantersebuttanpaperpindahanmateri.Sebagaicontoh,ketikabioladipetikataudigesek,gangguanterhadaptalidijalarkansepanjangtali.Padasaatvangbersamaan,talivangbergetarmenghasilkansedikitperubahanpadatekananudaradisekitarnva,danperubahanpadatekananinidijalarkansebagaigelombangbunvimelaluiudara.Oelombangelektromagnetikberasaldariosilasimuatan-muatanlistrikdidalamatomataumolekul.Padagelombangelektromagnetik,energi dan momentum dibawa oleh medan listrik dan magnet vang dapatmenjalarmelaluimediumvakum.Cahavamerupakangelombangelektromagnetikkarenadapatmenjalartanpaadanvamediumperantara.Berdasarkanarahgetardanrambatannva,gelombangdibedakanmenjadize|m|cnz(rcnstersc|danze|m|cnz|nz|(uJ|nc| .Untukmengetahuikeduabentukgelombangtersebut,lakukanlahkegiatanberikut.Sebelum mempelajari konsep Cejala Celombang, kerjakanlah soal-soal berikut dalam buku latihan.Tes Kompetensi Awal1. Apakah vang dimaksud dengan gelombang'2. Bagaimanakah sifat-sifat dari gelombang'3. Sebutkan jenis-jenis gelombang vang Anda ketahui'1. Oelombang apakah vang terbentuk pada air kolamketika Anda menjatuhkan batu ke dalamnva'Aktivitas Fisika 1.1Jenis Gelombang Berdasarkan Arah GetarannyaTujuan PercobaanMengamatigelombangtransversaldangelombanglongitudinal.Alat-Alat PercobaanSebuahslinki(pegasplastik)yangpanjangnya3meter.Langkah-Langkah Percobaan1. Pegangkuat-kuatsalahsatuujungslinkiolehtemanAndaataudiikatkanpadatiang.2. Rentangkansesuaipanjangnyadangetarkanujungyangsatudengansatukalihentakannaikturundariposisisetimbangdankembalikeposisisetimbang(posisisaattanganAndadiam).3. Ulangilangkah2,dangetarkanujungslinkitersebutterusmenerusnaikturun,kemudianamatiperambatangelombangsepanjangslinki.TokohFrankOppenheimer(19121985)FrankOppenheimerlahirdiNew Yorkpadatahun1912.DiExploratoriumdiamendemonstrasikanpengamatan-nyabahwagerakanpendulumbiladiproyeksikanpadasabukkertasbergerakmembentuklintasangrafiksinusoidal.Sumber: Conceptual Physics, 1998GejalaGelombang 3Daripercobaantersebut,diperolehkesimpulansepertiditunjukkandalamtabelberikut.Gambar 1.1Berdasarkanarahgetarnya,gelombangmekanikdikelompokkanmenjadi:(a) Gelombangtransversal;(b) Gelombanglogitudinal.(a)(b)TarahrambatarahgetarTabel 1.1Perbedaan Oelombang 1ransversal dan Oelombang longitudinalOelombang transversal adalah gelombang vang arah getarannva tegaklurusterhadaparahrambatannva,contohnvagelombangpermukaanair,gelombangpadatali,dangelombangcahava.Oelombanglongitudinaladalahgelombangvangarahgetarnvasejajardenganarahrambatannva,contohnvagelombangbunvi,dangelombangpadapegas.Oelombangpadapegasatauslinkidapatmenggambarkanbentukgelombang transversal dan gelombang longitudinal, bergantung bagaimanacarapegastersebutdigetarkan.]ikapegasdiberiusikantegaklurusterhadappanjangnva,akanterbentukgelombangtransversal.Adapunjikapegasdiberigavasearahdenganpanjangpegas,padapegasakanterjadirapatandanrengganganvangdisebutgelombanglongitudinal.Buatlah model gelombang dengan menggunakan seutas tali vang salahsatuujungnvadiikatkanpadatiang.Kemudian,gerakkantanganAndanaik turun sehingga akan terlihat bagaimana sebuah gelombang merambat,sepertipadaCambar1.2.MenurutAnda,apakahtaliikutmerambatketikadigetarkan'Dalamperambatannva,gelombangmemindahkanenergidantidakmenvertakanperambatanmediumnva.Padakasusgelombangtali,gerakantangan naik turun membangkitkan energi mekanik pada tali. lnergi mekaniktersebutmenggetarkandaerahdisekitarnvasehinggadaerahdisekitarnvaikutpulabergeraknaikturun,demikianseterusnvasampaiujungtali.Hasil Pengamatan Celombang Transversaldan Longitudinal pada SlinkiBentukOelombangPulsa Transversal Pulsa LongitudinalArah getaranPanjangOelombang1egak lurus dengan arahrambatan gelombangMerupakan jarak antarapuncak ke puncakgelombang berikutnvaSearah dengan arah rambatangelombangMerupakan jarak antara rapatanke rapatan berikutnva, ataurenggangan ke rengganganberikutnvaTugasAnda1.1Selaindalammediumslinki,dapatkahAndamencarimediumlainuntukmenggambarkangelombanglongitudinal?Gambar 1.2Gelombangpadatali.4. Letakkanslinkidiataslantailicin,kemudiandenganbantuantemanAndapegangsalahsatuujungnya.5. Hentakkansalahsatuujungpegasdengansatukalidorongandansatukalitarikan ke posisi semula. Amati rapatan dan regangan yang merambat sepan-jangslinki.6. Ulangilangkah5,namundorongandantarikannyadilakukansecaraterus-menerus.Amatiperambatandanregangansepanjangslinki.arahrambatTarahgetarMudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 41. Panjang, Frekuensi, Periode, dan Cepat Rambat GelombangDefinisisatugelombangpadagelombangtransversaladalahjarakvangsamadenganjarakantaraduapuncakberurutanataudualembahberurutan.]araktersebutdinamakanpanjanggelombang( ),sepertiditunjukkanpadaCambar1.3(a).Padagelombanglongitudinal,panjanggelombang( )didefinisikansebagaijarakvangsamadenganjarakantaraduapusatrengganganvangberdekatanataujarakantaraduapusatrapatanvangberdekatan,sepertipadaCambar1.3(b).]arak vang ditempuh gelombang setiap satu satuan waktu dinamakancepatrambatgelombang(t),sedangkanbanvaknvagelombangvangterbentuksetiapsatusatuanwaktudinamakanfrekuensi(|).Periode(T)adalahwaktuvangdiperlukanuntukmenempuhjaraksatupanjanggelombang.2. Persamaan Umum GelombangBesaran-besaranapavangdimilikisebuahgelombang'Andapastimasihingatbahwasetiapgelombangmemilikifrekuensi(|),periode(T),dancepatrambatgelombang(t).Hubunganantarabesaran-besarantersebutsecaramatematisdituliskansebagaiberikut. atau t ~ |(1-1)Keterangan:t ~cepatrambatgelombang(m/s) ~panjanggelombang(m)T ~~periodegelombang(s)| ~frekuensigelombang(Hz)PerhatikanCambar1.4.Oambartersebutmerupakanproveksidarisimpangan(s)danperpindahan(\)darisebuahgelombang.Bentuknvamenverupaibentukgelombangtransversalterdiridaribukitdanlembah.Berdasarkangambartersebut,panjanggelombangadalahjarakdariBkelataujarakdariDkeH.Amplitudo(-)adalahnilaisimpanganterbesarvangdapatdicapaipartikelmedium,vaitujarakdariBkeB'ataudarilkel').Puncakgelombangadalahtitiktertinggipadagelombang,vaitutitikBdantitikl.Dasargelombangadalahcekunganataulembahterendah,vaitutitikDdantitikH.Adapunsimpuladalahtitik-titikpadagelombangketikamencapaikesetimbanganatausimpangannvanol.Oelombang pada tali merambat dengan kecepatan 6 m/s. ]ika jarak antara 3 puncakgelombang vang berurutan adalah 36 meter, tentukan:a. panjang gelombang,b. frekuensi gelombang tersebut.]awab:Diketahui:t ~ 6 m/s,]arak antara 3 puncak ~ 36 m.Gambar 1.3(a)Panjanggelombangpadagelombangtransversal.(b)Panjanggelombangpadagelombanglongitudinal.panjanggelombang(a)(b)panjanggelombangrapatan rengganganpuncaklembahGambar 1.4Panjanggelombang( )padagrafiksimpangan(y)terhadaparah rambat (x).Contoh1.12 =36mA B'C EDF'GF BHyxlembahgelombangbukitgelombangGejalaGelombang 53. Energi GelombangDiawalbabini,Andatelahmengetahuibahwagelombangdihasilkanolehgetaranvangdirambatkan.Untukmenghitungenergigelombang,AndaharusmengingatkembalimateridiKelasXltentangenergitotalmassa vang berosilasi pada pegas. lnergi tersebut dituliskan sebagai berikut.=212 |-dengan|~ 2mcsebagaikonstantagavadan-adalahamplitudo.Selanjutnva,perhatikangambarberikut.Cambar1.5merupakansebuahmodelgelombangtali.Oelombangtalitersebutterjadikarenaadanvagerakantangan.1angantersebutbergerak harmonik dengan amplitudo - dan frekuensi sudutc . Oerakantanganinimenvebabkansetiapelementalimengalamigerakharmonik.Am adalah massa dari segmen kecil tali, merupakan rapat massa lineartali,dan A\merupakanpanjangsegmentali.Dengandemikian,energigelombangdapatdituliskansebagaiberikut.A |-21~22 21~2 m - c A ADi permukaan sungai, terdapat dua buah gabus vang terpisah sejauh 9O cm. Keduanvanaik turun terbawa gelombang air. Salah satu gabus berada di puncak gelombang,sedangkan gabus vang lain berada di dasar gelombang. Di antara kedua gabus tersebut,terdapat satu bukit. ]ika frekuensi gelombang air tersebut adalah 3 Hz, tentukan cepatrambat gelombang pada air.]awab:Diketahui:| ~ 3 HzDengan memerhatikan gambar, diperoleh1,5 ~ 9O cm ~ 6O cmt~| ~ 6O cm 3 Hz~ 1oO cm/s~ 1,o m/s]adi, cepat rambat gelombang pada air adalah 1,o m/s.Contoh1.2 A A ~ m xGambar 1.5Gerakantangandirambatkanolehtalidalambentukgelombang.1,5 Pembahasan SoalGelombangairlautmenyebabkanpermukaanairnaikturundenganperiode 2 s. Jika jarak antara duapuncak gelombang 5 m,gelombangakanmencapaijarak10 m dalam waktu ....a. 1 sb. 2 sc. 3 sd. 4 se. 5 sUMPTN2001Pembahasan:T = 2 sjarak antara dua puncak = satugelombangv = =5 m2 s T = 2,5 m/ss = vt10 m = (2,5 m/s)tt = 10 m2,5 m/s = 4 sJawaban:d =5 ma. 2~ 36 ~ 1o]adi, panjang gelombang tali 1o m.b. t ~|| ~ t~ 61o~ 13 Hz]adi, frekuensi gelombang tali adalah 13Hz.TugasAnda1.2EmbusananginkencangmembuatSearsBuildingdiChicagogoyangdanselanjutnyabergetardenganfrekuensisebesar0,1Hz.Berapaperiodegetarannya?MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 6Sebuah gelombang panjangnva 35 cm dan amplitudonva 1,2 cm bergerak dengankecepatan 17,1 m/s di sepanjang tali vang panjangnva 15 m dan massanva oO g.a. Berapakah energi total gelombang pada tali'b. Berapakah dava vang dirambatkan tali tersebut']awab:Diketahui:~ 35 cm, L~ 15 m,-~ 1,2 cm, m ~ oO gram.t ~ 17,1 m/s,(a)P1P1t1t1 +A tvA tGambar 1.6(a) Pada waktu t1, gelombang talimencapaititikP1danmemilikienergikarenagerakharmonikelemen-elemennya.(b)PadasaatwaktubertambahsebesarAt,gelombangtalimenjalarsejauhv At .2 21~2 \ - c A A2 21~2 - \ c A A(1-2)Selanjutnva,perhatikanCambar1.6berikut.Cambar1.6memperlihatkansebuahgelombangvangmenjalarkekanan.Padasaat(1,gelombangtepatmencapaititikP1.Setiapsegmentali pada bagian kiri P1 memiliki energi A vang diberikan oleh Persamaan(1-2).Setelah ( A ,gelombangtelahmenjalarsejauh\~t A(,sepertiterlihatpadaCambar1.6(b).lnergivangditransmisikanmelaluiP1selamaA(adalah2 21~2 - \ c A A2 21~2 -t ( c A A(1-3)Selanjutnva,jumlahenergivangditransmisikansetiapsatuanwaktudisebutlajuenergiatausamadengandavavangditransmisikan.Secaramatematisditulissebagaiberikut.2 21~2J -tJ(c =(1-1)DariPersamaan(1-4)Andadapatmelihatbahwadavavangditrans-misikanberbandinglurusdengankuadratamplitudo,kuadratfrekuensi,danlajugelombang.Contoh1.3Tantanganuntuk AndaGrafiksimpanganterhadapwaktusebuahgelombangyangmemilikikecepatan0,05m/ssepertipadagambarberikut.Berdasarkangambartersebut,tentukan:a. amplitudo(A);b. periode(T);c. frekuensigelombang(f).t(s)y(cm)10150cm(b)xxGejalaGelombang 7Kata Kunci gelombangmekanik gelombangelektromagnetik gelombangtransversal gelombanglongitudinal panjanggelombang periodegelombang frekuensigelombang simpul lajuenergigelombang dayagelombang cepatrambatgelombang rapatmassalinear energitotalgelombangRapat massa linear tali adalah-3O, Ookg~ ~ ~ 5, 331O kg/m15mmLlrekuensi sudut gelombang adalah~ 2 | c ~2| 17, 1 m/s~ 2 ~ o51rad/sO, 35 ma. lnergi total gelombang pada tali adalah2 21~2 - \ c A A ~12 (5,33 1O-3 kg/m) (o51 rad/s)2 (O,O12 m)2 (15 m) ~ 1,17 ]b. Dava vang ditransmisikan melalui sebuah titik pada tali adalah2 21~2J -tJ(c = ~12 (5,33 1O-3 kg/m)(o51 rad/s)2(O,O12 m)2(17,1 m/s) ~ 13,2 WB. Gelombang Berjalan dan GelombangStasionerMasihingatkahAndacaramembuatgelombangtransversalmenggunakantali'Salahsatuujungtalivangterletakdiataslantaidihentakkanturunnaiksehinggapadatalitersebutterjadigelombangvangditandaidenganterbentuknvabukitdanlembahvangmenjalarsepanjangtali.]ikatanganAndamampumenggerakkanujungtaliturunnaiksecarakonstan,selamagerakantersebutakanterbentukgelombangvangmenjalarsepanjangtali.Bagaimanabentukgelombangtersebut']ikaAndaperhatikan,gelombangtersebutmemilikiamplitudotetap.Oelombangsepertiinidisebutgelombangberjalan.1. ]elaskan jenis-jenis gelombang berdasarkan sumberdan arah getarnva.2. Oelombang air laut bergerak dengan kecepatan 15 m/s.]arak antara tiga puncak gelombang vang berdekatanadalah 6 m. 1entukan:a. panjang gelombang,b. periode,c. frekuensi gelombang.3. Berikanduaalasanmengapagelombangairlautamplitudonva semakin kecil jika semakin jauh darisumber gelombang.1. Dua buah gabus berjarak 12 m. Kedua gabus tersebutberada di atas permukaan air. Kedua gabus bergeraknaik turun bersamaan dengan penjalaran gelombangair. Satu gabus berada di atas bukit gelombang dansatulagiberadadilembahgelombang.Diantarakeduagabustersebut,terdapatsebuahbukitgelombang.]ikacepatrambatgelombang2Om/s,tentukan frekuensi gelombang tersebut.5. Sebuah gelombang merambatkan energi sebesar O,5 ]dengan frekuensi 5OO Hz dan amplitudo 2 cm.a. Hitunglah pengurangan energi, jika frekuensinvatetap dan amplitudonva berubah menjadi 3 cm.b. Hitunglahenergigelombangtersebut,jikafrekuensi dan amplitudonva menjadi 12kali darisemula.6. Suatu gelombang transversal vang memiliki frekuensi2OkHzmenggetarkanpartikelbermassa1Omgdenganamplitudo5mm.]ika -21O,hitunglahbesar energi getar vang dimiliki oleh sumber getargelombang tersebut.Tes Kompetensi SubbabAKerjakanlah dalam buku latihan.MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 81. Gelombang BerjalanSeutas tali panjang digetarkan sehingga pada tali merambat gelombangtransversalkearahsumbu-\positif,sepertiterlihatpadaCambar1.7.Oelombangberjalanvangdihasilkandimulaidarititik,vaitutitikasalrambatan gelombang. Saat titik telah bergetar ( sekon, simpangan getartitik terhadap waktu gelombang memenuhi persamaan simpangan getarharmonis.Secaramatematis,persamaannvadituliskansebagaiberikut.sin s - ( c = (1-5)Keterangan:s ~simpangangelombang(m)- ~amplitudogelombang(m)c ~kecepatansudut(rad/s)( ~waktu(s)leh karenac= 2T dan0= 2T( ,Persamaan (1-5)dapatjugaditulis:2sin atau sin s - ( s -T0 = =(1-6)Oelombangmerambatmulaidarititikkesumbu-\positifmenujutitik P vang berjarak \ dari titik . Waktu vang diperlukan gelombang untukmerambatdarititikketitikPsejauh\adalah \t sekon.]ikatitikbergetar selama ( sekon maka titik akan bergetar selama (( - \t ) sekon.PersamaansimpangangelombangdititikPadalahsint\s - (tc( \= ~| |\ !Persamaan(1-7)berlakuuntukgelombangvangmerambatkearahsumbu-\positif.Adapunpersamaangelombangvangmerambatdarisumbu-\positifmenujusumbu-\negatifataupusatkoordinatadalahsint\s - (tc( \= +| |\ !(1-o)Pada Persamaan (1-7) dan Persamaan (1-S) amplitudo A berhargapositifkarenadianggapawalgetarandimulaidarititiksetimbangbergerakkeatas.]ikagerakandimulaidarititiksetimbangbergerakkebawahmakaamplitudoAberharganegatifsehinggapersamaansimpangangelombangdiPsecaraumummenjadisint\s - (tc( \= - -| |\ !(1-9)DalambentuklainPersamaan(1-9)dapatditulissebagaiberikut.( ) sints - ( | \ c = - - (1-1O)dengan|adalahnilaidari tcatau 2.(1-7)Gambar 1.7Gelombangmerambatkearahsumbu-xpositif.OPyvxy =( ) c - - sin A t kx+A = awalgetarangelombangkeatasA = awalgetarangelombangkebawah+k = gelombangmerambatkekirik = gelombangmerambatkekananIngatlahGejalaGelombang 9Keterangan:st~simpangangelombang(m)c~kecepatansudutgetaran(rad/s)\ ~posisititikPdiukurdarititikasal(m)| ~bilangangelombang-~amplitudo(m)( ~waktutitikasalbergetar(s)| ~frekuensigetaran/gelombang(Hz)a. SudutFase,Fase,danBedaFaseAndatelahmengetahuibahwagelombangberjalanmemilikipersamaansimpangansepertipadaPersamaan(1-10).Untukkeadaanumum,persamaannvasebagaiberikut.( ) sin sin2t( \s - ( |\ -Tc ( \= ~ = ~| |\ !Daripersamaantersebut,besarsudutfasenvaadalah2t( \T0 ( \= ~| |\ !(1-11)danbesarfasenvaadalaht( \Tc( \= ~| |\ !(1-12)sehingga hubungan antara sudut fase dan fase gelombangnva dapat ditulissebagaiberikut.2t t0 c = (1-13)PerhatikanCambar1.S.1itikAvangberjarak\1darititikasalgetarantelahbergetarselama(sekonmemilikifase 1c.Padaawalgetaranvangsama,titikBberjarak\2darititikasalgetarandanmemilikifase 2c.BedafasetitikAdanBadalah1 21 2\ \ ( (T Tc c c ( \ ( \A = ~ = ~ ~ ~| | | |\ ! \ !2 1\ \ \c ~ AA = = (1-11)TugasAnda1.3Gelombangairlautmerupakangelombangberjalan.Energigelombangairlautinidapatdigunakanuntukmenggerakkangeneratorlistrik.BukanhalyangmustahilteknologiinisuatusaatditerapkandiIndonesia.MenurutAnda,kira-kiradidaerahlautmanakahteknologiinidapatditerapkan?CobaAndadiskusikanalasannyabersamateman-teman.Gambar 1.8TitikAyangberjarakx1dantitikB yang berjarakx2 dari O.Keduatitikmemilikibedafasec A .yxBx1x2AOMasih ingatkah Anda tentang bencana alam paling dahsvat vang menimpa saudara-saudara kita di Aceh dan sekitarnva pada 26 Desember 2OO1' Celombang Tsunamimeluluh-lantakkan bumi Aceh. 1ugas Anda, carilah informasi mengenai gelombangtsunami tersebut, seperti bagaimana terjadinva, apa penvebab-penvebabnva, kapandan di mana pernah terjadi 1sunami, dan informasi lainnva tentang tsunami. Agarlebih menarik, tambahkan gambar-gambar vang relevan ke dalam tulisan Anda.MariMencari TahuMudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 10Tantanganuntuk AndaSebuahgelombangmerambatdarisumber S ke kanan dengan laju8 m/s, frekuensi 16 Hz, danamplitudo4cm.GelombangtersebutmelaluititikPyangberjarak 192 m dari S. Jika S telahbergetar 114Sdanarahgerakpertamanyakeatas,hitunglahsimpangan titik P pada saat itu.Sebuah gelombang merambat ke arah sumbu-\ positif dengan kelajuan o m/s, frekuensi16 Hz, dan amplitudo getar 2 cm. Oelombang tersebut melalui titik P vang berjarak 1O mdari titik . ]ika titik asal telah bergetar selama 1/3 sekon dan titik kali pertamabergetar dengan arah simpangan ke bawah, tentukanlaha. persamaan simpangan gelombang dalam bentuk sinus,b. persamaan getaran di titik P,c. sudut fase dan fase gelombang,d. simpangan di titik P.]awab:Diketahui:t ~ o cm/s,| ~ 16 Hz,- ~ 2 cm,( ~ 1/3 sekon.a. Persamaan simpangan gelombang berjalan dalam bentuk sinus dengan titik (\ ~ O)saat ( ~ O bergerak ke bawah dan arah rambatnva ke sumbu-\ positif adalahs ~ -- sin( ) ( \~ = ~ ~| |\ !2 sin2\|( |\ - | (ts ~ -O,O2 sin32o\( ( \~| |\ !b. st ~ -O,O2 sin 321Oo( ( \~| |\ !st ~ -O,O2 sin( ) 32 1O ( ~Contoh1.5Satuan frekuensi adalahhertz(Hz),diambildarinamaHeinrichHertz,orangyangpertamakalimendemonstrasikangelombangradiopada1886.Satugetaranpersekondisebut1hertz;duagetaranpersekondinamakan2hertz,danselanjutnya.Theunitoffrequencyiscalledthehertz(Hz),afterHeinrichHertz,whodemonstratedradioin1886.Onevibrationpersecondis1hertz;twovibrationspersecondis2hertz,andsoon.InformasiuntukAndaInformationforYouPersamaan sebuah gelombang berjalan dinvatakan oleh s ~ O,1 sin O,6 (2O( - O,5\)dengan \ dan s dalam cm dan ( dalam sekon, tentukan:a. arah perambatan gelombang, d. bilangan gelombang,b. amplitudo gelombang, e. cepat rambat gelombang.c. frekuensi gelombang,]awab:Persamaan simpangan s ~ O,1 sin O,6(2O( - O,5\) dapat disamakan dengan persamaans ~ - sin( ) t kx c ~ .s ~ O,1 sin O,6(2O( - O,5\) ~ O,1 sin (12( - O,3\)Dengan memerhatikan kedua persamaan tersebut, semua pertanvaan akan terjawab.a. 1anda dalam fungsi sinus negatif, arah perambatan gelombang ke kanan.b. Amplitudo - ~ O,1 cm.c. c = 12 , kecepatan sudutc = 2 |maka = - 2 12 || ~ 6 Hzd. | ~O, 3, dari Persamaan (1-11) | ~ 2, panjang gelombang diperoleh:| ~ 2 - O, 3 ~ 22 2OO, 3 3 = =cme. Cepat rambat gelombang dapat diperoleh dari Persamaan (1-1), vaitut ~ | ~2cmO, 3( \| |\ !(6 Hz) ~ 1O cm/s.Contoh1.4GejalaGelombang 11c. Persamaan umum simpangan adalahs ~ -O,O2sin32o\( ( \~| |\ !Sudut fase, 1 1O o32 32 rado 3 o 3\( 0 ( \ ( \= ~ = ~ =| | | |\ ! \ !lase, o132 2 30c = = =d. Simpangan di titik P vang berjarak 1O m dari adalahst~ -- sin oO, O2sin3t0 = ~~ -O,O2 sin12O ~O,O1 3 ~m(1anda negatif menunjukkan arah simpangan ke bawah)2. Gelombang StasionerOelombangstasionerdapatterjadikarenaJuc|uc|ze|m|cnzscnzsc||nzsuterts|s|.Misalnva,superposisiterus-menerusantaragelombangdatangdangelombangpantulvangmerambatpadagelombangtali.Padagelombangstasioner,terdapattitik-titikvangbergetardenganamplitudomaksimum.1itikinidinamakanterutgelombang,sedangkantitik-titikvangbergetardenganamplitudominimumdisebutsimpulgelombang.Oelombangstasionerdapatdihasilkandariseutastali,baikGambar 1.10Gelombangpantuldariseutastaliyangterikat.gelombangdatangGambar 1.9Gelombangpantuldariseutastaliyangbergerakbebas(tidakadaperubahanfase).gelombangpantulperutsimpulgelombangpantulgelombangdatanggelombangpantulOP Ax

Gambar 1.11Simpangangelombangdatangy1dansimpangangelombangpantul y2 pada ujung bebas tidakmengalamibedafase.y1y2xdenganujungtidakterikat(Cambar1.9)maupundenganujungterikat(Cambar1.10).a. GelombangStasionerpadaTalidenganUjungBebasOelombangstasionerpadatalidenganujungbebas,ujungtalidibiarkanbergeraknaik-turun,sedangkanujungvanglaindigetarkan.Padagelombangstasionerinitidakterjadiperubahanfase,artinvafasegelombangdatangsamadenganfasegelombangpantul.Perhatikan Cambar 1.11. 1itik adalah titik asal rambatan gelombangdatang dengan~ panjang tali dan \ ~ jarak titik P dari ujung bebas A.1itikPmengalamiperpaduangelombangdatangs1dengangelombangpantuls2.Secaramatematis,simpangangelombangdatangs1dititikPadalahc~ ( \= ~| |\ !

1sin\s - (t(1-15)WaktuvangdiperlukangelombangdatangdarititiksampaidititikPadalah \t~ ,sedangkanwaktuvangdiperlukanolehgelombangpantuldarititikketitikAsampaidiPadalah \t+ .]adi,persamaansimpangangelombangpantuladalah2sin\s - (tc+ ( \= ~| |\ !

(1-16)Hasilperpaduansimpangangelombangdatangs1dansimpangangelombangpantuls2dititikPdapatditulissebagaiberikut.MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 12st ~ s1 s2st ~ - sin sin\ \( - (t tc c~ + ( \ ( \~ + ~| | | |\ ! \ ! misalkandan \ \( (t to c c~ + ( \ ( \= ~ = ~| | | |\ ! \ ! makapersamaansimpanganstmenjadist ~sin sin - - o +berdasarkanaturanperjumlahansinus,vaitu( ) ( ) o o o + = + ~1 1sin sin 2sin cos2 2sehinggayp= 1 12 sin cos2 2\ \ \ \- ( ( ( (t t t tc c c c| | | | ~ + ~ + ( \ ( \ ( \ ( \~ + ~ ~ ~ ~| | | | | | | | | | | |\ ! \ ! \ ! \ ! | | | | leh karena 2Tc = , = t( , dan 1|T= , persamaan gelombang stasionerakibatpemantulanujungbebasdapatdituliskansebagaiberikut.st ~2 sin2 cos2( \-T ( \ ( \~| | | |\ ! \ !

(1-17)Persamaansimpanganstdapatjugaditulissebagaiberikut.st ~ 2 cos2 sin2\ (-T ( \ ( \~| | | |\ ! \ !

(1-1o)PerhatikanPersamaan(1-1S).Persamaan( \| |\ !

merupa-kanamplitudogelombangstasionerdititikP.]adi,amplitudogelombangdititikPdapatdinvatakandenganpersamaan( \= =| |\ !2 cos2 2 cost\- - - |\(1-19)letakperutdansimpuldariujungbebasdapatditentukanberdasarkanPersamaan(1-19).Perutterjadiketikaterbentuksimpanganmaksimum,svaratnva( \ = -| |\ !2cos 1 \ atau 2\ n= ,sehinggadiperoleh\ ~ n12( \| |\ ! dengan n ~ O, 1, 2, ... (1-2O)Dengandemikian,perutterbentukpadaposisi\~O, 1 3, ,2 2 ,....GejalaGelombang 13Simpulterjadiketikaterbentuksimpangangelombangberharganol,svaratnva( \ =| |\ !cos 2 O\atau( )22 12\ n = + ,sehinggadiperoleh:\ ~ (2n 1) 11dengan n ~ O, 1, 2, ... (1-21)Dengandemikian,simpulterbentukpadaposisi\~ 11 ,

,51,...dariujungbebas.b. GelombangStasionerpadaTalidenganUjungTerikatOelombangstasionerpadatalidenganujungterikatdiperolehdarigetaranseutastalivangujungnvaterikatsehinggatidakdapatbergerak,sepertiterlihatpadaCambar1.12.lehkarenaujungtalitidakdapatbergerakmakaakanterjadiperubahanfasegelombangdatangdengangelombangpantulsebesarrad.Penurunanpersamaansimpangangelombangstasionerpadaujungterikat dengan melihat Cambar 1.12. 1itik adalah titik awal rambatangelombangdatangdengan ~panjangtali,\~jaraktitikPvangmerupakanperpaduangelombangdatangs1 dangelombangpantuls2.Secara matematis, simpangan s vang terjadi pada titik P adalah simpangangelombangdatangs1dititikP.s1 ~sin\- (tc~ ( \~| |\ !

(1-22)WaktuvangdiperlukangelombangdatangdarititiksampaititikP adalah \t~ , sedangkan waktu vang diperlukan oleh gelombang pantuldarititikkeAsampaidititikPadalah \t+ .Oelombangstasionerpada tali dengan ujung terikat memiliki beda sudut fase antara gelombangdatang dan gelombang pantul sebesar 1oO. Dengan demikian, persamaansimpangans2gelombangpantuladalahs2 ~sin\- (tc+ ( \~ ~| |\ !

(1-23)Hasilperpaduansimpangangelombangdatangs1dansimpangangelombangpantuls2dititikPdapatdinvatakandenganpersamaanst ~ s1 s2st ~sin sin\ \- ( - (t tc c~ + ( \ ( \~ ~ ~| | | |\ ! \ ! Misalkan,o c c~ + ( \ ( \= ~ = ~| | | |\ ! \ ! dan \ \( (t tGambar 1.12Simpangangelombangdatangy1dansimpangangelombangpantuly2padaujungterikatmemilikibedafase180.Agelombangpantulgelombangdatangx

Py1y2OMudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 14Tantanganuntuk AndaGelombangstasionerdapatterjadikarenasuperposisigelombangdatangdangelombangpantulolehujungbebas.Titiksimpulyangkesepuluhberjarak1,52mdariujungbebasnya.Jikafrekuensigelombangitu50Hz,berapakahcepatrambatgelombangnya?Dengandemikian,persamaansimpanganmenjadi:st ~sin sin - - o ~vp ~ 1 12 sin cos2 2\ \ \ \- ( ( ( (t t t tc c c c| | | | ~ + ~ + ( \ ( \ ( \ ( \~ ~ ~ ~ + ~| | | | | | | | | | | |\ ! \ ! \ ! \ ! | | | | st ~2 sin cos\- (t tc c( \ ( \~| | | |\ ! \ !

leh karena 2Tc ,tT ~ , dan| ~ 1Tmakast ~2 sin2 cos2\ (-T ( \ ( \~| | | |\ ! \ !

(1-21)TugasAnda1.4Rumussyaratterbentuknyasimpuldanperutdapatjugaditulissepertiberikut.x=(2n1)14untuksimpuldanx=n ( )12untukperut.Coba Anda diskusikan dengan teman,bagaimanakahpenurunannya?]ikaAndaperhatikanPersamaan(1-24),2 sin2\- ( \| |\ !merupakanamplitudogelombangstasionerpadatitikP.Dengandemikian,amplitudogelombangdititikPdapatditulissebagaiberikut.-t ~ 2 sin2\- ( \| |\ !(1-25)letakperutdansimpuldapatditentukanberdasarkanPersamaan(1-25).Perutterjadiketikaterbentuksimpanganmaksimum,svaratnvasin2 1\ = - atau ( ) 2 2 12\n = + ,sehinggadiperoleh\ ~ (2n 1) 11 , dengan n ~ O, 1, 2 .... (1-26)Dengandemikian,perutterbentukpadaposisi\~ 11 , 31 , 51 ,...darititikujungtaliterikat.Simpulterjadiketikaterbentuksimpangangelombangbernilainol,svaratnvasin2 O\ = atau 2\ n= sehinggadiperolehx n =

12 , dengan n ~ O, 1, 2, .... (1-27)Dengandemikian,simpulterbentukpadaposisi\~ 12 , , 32 ,...darititikujungtaliterikat.GejalaGelombang 15Seutas tali vang panjangnva 75 cm digetarkan naik-turun pada salah satu ujungnva,sedangkan ujung vang lain bergerak bebas.a. ]ika perut ke-5 berjarak 25 cm dari titik asal getaran, tentukan panjang gelombangvang terjadi.b. 1entukan jarak simpul ke-3 dari titik asal getaran.]awab:Seutas tali panjangnva 1 m, ujung P terikat, tali digetarkan transversal dengan frekuensi1O Hz, amplitudo gelombang 6 cm, dan laju gelombang 12 m/s. 1entukan simpanganvang terjadi di titik vang berada 2,1 m dari titik asal getaran setelah bergetarselama 2,5 sekon.Jawab:Diketahui:~ 1 m, J ~ 2,1 m,t ~ 12 m/s, - ~ 6 cm,| ~ 1O Hz, ( ~ 2,5 s.\ ~- J~ 1 - 2,1 ~ 1,6 m = =12 m/ s1O Hzt| ~ 1,2 m, T ~=1 11O Hz | ~ O,1 smaka:s~2 sin2 cos 2\ (-T ( \ ( \~| | | |\ ! \ !

~1, 6 2, 5 12 sin 36O cos 36O1, 2 O,1 1, 2-( \ ( \ ~| | | |\ ! \ !~ 2 6 cm O,o7(-O,5) ~ - 5,22 cm]adi, simpangan vang terjadi di titik adalah -5,22 cm.Contoh1.6 Kata Kunci bilangangelombang amplitudo frekuensi kecepatansudutgetar sudutfase fase bedafase cepatrambatgelombang simpulgelombang perutgelombangContoh1.72,4 mPOQ4 ma. leh karena panjang tali~ 75 cm, sedangkan jarak perut ke-5 (n ~ 1) dari asalgetaran 25 cm, jarak dari ujung bebas adalah \ ~ 75 cm - 25 cm~ 5O cm. Selanjutnva,gunakan Persamaan (1-30) untuk menentukan panjang gelombang ( ).\ ~ 1 15O 12 2n ( \ ( \= =| | | |\ ! \ !atau~ 25 cm.]adi, panjang gelombangnva adalah 25 cm.b. ]arak titik simpul ke-3 (n ~ 2) dari ujung bebas adalah\ ~ (2n 1)( ) ( )1 12 2 1 25cm1 1 = +~ 31,25 cm]adi, jarak simpul ke-3 dari titik asal getaran adalah 75 cm - 31,25 cm ~ 13,75 cm.MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 163. Kecepatan Gelombang Stasioner]ikaAndamembuatkembalimodelgelombangmenggunakantalivangsalahsatuujungnvadiikat,kemudianmenggerakkannvaterus-menerus sampai didapat dua buah gelombang. Oelombang pertama adalahgelombangvangbersumberpadatanganAndadangelombangkeduaadalahgelombangvangberasaldaripemantulan.Padakeadaantersebut,Andaakanmenemukankembaligejalasuperposisi.Oelombangstasionerterbentukjikagelombangpantulbersuperposisidengangelombangdatang.Keduagelombangtersebutmemilikifrekuensidanamplitudosama,tetapifasenvaberlawanan.Untukmembuktikanadanvagelombangstasioner,lakukanlahpercobaansepertivangpernahdilakukanMeldepadaAktivitasIisikaberikutini.Aktivitas Fisika 1.2Percobaan MeldeTujuan PercobaanMengamatigelombangstasioner.Alat-Alat Percobaan1. Kawattipis(2buah)yangberbedamassanya2. Beban3. Pembangkitgetaran(vibrator)4. KatrolLangkah-Langkah Percobaan1. Susunlahalat-alatsepertipadagambarberikut.vibratorgelombangbebanP S P S2. Hidupkanpembangkitgetarandenganmenghubungkannyakesumbertegangansehinggapadataliterbentukgelombangsepertipadagambar.3. Jikabelumterbentukgelombangstasioner,ubahlahberatbebanyangtergantungpadaujungkatrolsehinggapadasuatusaatterbentukgelom-bangstasioner.4. AmatilahdengansaksamagelombangyangterjadidantulislahkesimpulanAndadarikegiatantersebut.5. Lakukanlangkah1sampai4untukkawatkeduayangberbedamassanya.CobasekarangAndabandingkankesimpulanAndadengankesimpulanMeldeberikut.CepatrambatgelombangtransversalvangmerambatmelaluisenarpadapercobaanMelde,sebandingdenganakargavategangankawatdanberbandingterbalikdenganakarmassakawatpersatuanpanjangkawat.Secaramatematispersamaancepatrambatgelombangdituliskansebagaiberikut.t ~ |m atau t ~ (1-2o)Pembahasan SoalTali yang panjangnya 5 m ber-tegangan2Ndigetarkansehinggaterbentukgelombangstasioner.Jika massa tali 625 103 kg, makacepatrambatgelombangtaliadalah ....a. 2m/sb. 5m/sc. 6m/sd. 10m/se. 40m/sUMPTN1996Pembahasan:Diketahui:= 5 m; F = 2 N; m = 625 103 kg.MenurutMeldekecepatanrambatgelombangtaliadalahv = F= Fm= -32 N5 m6,25 10kg=40m/sJawaban:eGejalaGelombang 17Keterangan:t ~cepatrambatgelombang(m/s) ~gavategangankawat(N)~ m|~massakawatpersatuanpanjang(kg/m)Contoh1.9Seutas tali digetarkan sehingga membentuk gelombang vang berfrekuensi 2O Hz dancepat rambat gelombang 1 m/s. 1entukan tempat kedudukan perut dan simpul dariujung pemantulan gelombang tersebut.]awab:Diketahui:| ~ 2O Hz,t ~ 1 m/s,~ t| ~ 1 m/s2O Hz ~ O,2 m ~ 2O cm.a. Kedudukan perut (t)t ~ (2n 1) 11 ~(2n 1) 112O

Untukn ~ 1-t ~ 15 cmn ~ 2-t ~ 25 cmn ~ 3-t ~ 35 cm]adi, kedudukan perut (t) untuk n ~ 1 berada pada jarak 15 cm, n ~ 2 beradapada jarak 25 cm, dan untuk n ~ 3 berada pada jarak35 cm dari ujung pemantulan.b. Kedudukan simpul (s)s ~ n 12

~ n 122O

Untukn ~ 1-s ~ 1O cmn ~ 2-s ~ 2O cmn ~ 3-s ~ 3O cm]adi, kedudukan simpul (s) untuk n ~ 1 berada pada jarak 1O cm, n ~ 2 beradapada jarak 2O cm, dan n ~ 3 berada pada jarak 3O cm dari ujung pemantulan.Contoh1.10Pada percobaan Melde terbentuk 3 perut gelombang dari senar vang panjangnva1,5m.]ikapadaujungkawatdigantungkanbeban15gdanmassasenar3g,tentukan:a. bentuk gelombang senar tersebut,b. panjang gelombang pada senar,c. cepat rambat gelombang,d. frekuensi sumber getar.]awab:Diketahui:| ~ 1,5 m,mbeban ~ 15 g ~ 1,5 1O-2 kg,msenar~ 3 g ~ 3 1O-3 kg.Tantanganuntuk AndaKawatuntuksalurantransmisilistrikyang massanya 40 kg diikat antaraduamenarategangantinggiyangjaraknya 200 m. Salah satu ujungkawatdipukulolehteknisiyangberada di salah satu menara,sehinggatimbulgelombangyangmerambatkemenarayanglain.Jikagelombangpantulterdeteksisetelah10s,berapategangankawat?TugasAnda1.5Gelombangstasionerterbentukjikasuperposisiterjadidariduagelombangyangfrekuensidanamplitudosamatapifasenyaberlawanan.Jikafrekuensidanamplitudodibuattidaksama,gelombangapayangterjadi?MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 181. Seutastalivangpanjangnva1OOcm,salahsatuujungnvadigetarkanharmoniknaik-turundenganfrekuensi 1oHz dan amplitudo 16 cm, sedangkan ujunglainnva terikat. Oetaran merambat dengan laju 1,5 cm/s.1entukan:a. amplitudo gelombang di titik vang berjarak 61 cmdari titik asal getaran,b. simpangan gelombang di titik tersebut setelah talibergetar selama 2169s,c. letak simpul ke-1 dan perut ke-3 dari titik asalgetaran.2. Seutas tali panjangnva 1 m. Satu ujung tali diikat kedindingdanujungtalilainnvadigetarkandenganamplitudo5cm,sertaperiodeO,25s,sehinggagelombang pada tali dapat merambat dengan kelajuan5O cm/s. Sebuah titik P pada jarak \ ~ 1,6 m dari ujungpemantulan, tentukanlah:a. persamaansimpangangelombangdatangdangelombang pantul di titik P,b. persamaan simpangan superposisi gelombang dititik P.3. Salah satu ujung dari seutas tali vang memiliki panjang115cmdigetarkanharmoniknaik-turun,sedangkanujung lainnva dibiarkan bebas bergerak.a. Berapa panjang gelombang vang bergerak padatali jika perut ke-3 berjarak 15 cm dari titik asalgetaran'b. Di mana letak simpul ke-2 diukur dari titik asalgetaran'1. Sebuah gelombang vang frekuensinva 5OO Hz memilikikecepatan 35O m/s.a. Berapakahjarakantaraduatitikagarsudutfasenva berbeda sebesar 6O'b. Berapakah perbedaan sudut fase suatu titik vangbergetar dalam selang waktu 1O-3 sekon'5. Sebuah gelombang merambat dari titik ke titik Pdengan cepat rambat 1 m/s, frekuensi 2 Hz, amplitudo5 cm, dan jarak P ~ 3 m. 1entukan simpangan titik Psaat telah bergetar selama 1,5 s.6. 1entukan sudut fase gelombang di titik P, jika titik telah bergetar selama 2 sekon, dengan jarak titik ke P adalah 1 meter dan besar cepat rambat gelombango m/s.7. Seutastalivangpanjangnva6mdirentangkanhorizontal. Salah satu ujungnva digetarkan dan ujunglainnvatetap.Setelahterjadigelombangstasioner,ternvataperutke-5berjarak3,75mdarititikasalgetaran.a. Berapa panjang gelombang vang terjadi'b. Hitungletaksimpulke-5diukurdarititikasalgetaran.Tes Kompetensi SubbabBKerjakanlah dalam buku latihan.a. Bentuk gelombangb. Panjang gelombang diperoleh dari persamaan112112 =m ~1 m]adi, panjang gelombang pada senar adalah 1 m.c. ~ m|senar ~ 3 1O1 53~, ~2 1O-3 kg/m ~ mbeban z~ 1,5 1O-2 1O~O,15 Nt ~ ~O152 1O3,~ ~ 75 5 3 =m/s]adi, cepat rambat gelombang adalah5 3m/s.d. lrekuensi sumber getar| ~ t~5 315 3 = Hz]adi, frekuensi sumber getar adalah5 3Hz.1,5mGejalaGelombang 19C. Sifat-Sifat Gelombang1. PemantulanOejalapemantulangelombang(re||e|s|)dapatAndalihatdalamkehidupansehari-hari.Misalnva,pemantulancahavaolehcerminsehinggaAnda dapat melihat bavangan pada cermin. Oejala pemantulan gelombangdapat pula diamati pada gelombang tali. Pada ujung tali vang kita ikatkanakanterlihatpemantulangelombang,sepertipadaCambar1.13(a),sedangkanuntukujungbebasditunjukkanolehCambar1.13(b).Untuklebihmemahamipemantulan,Andadapatmengamatipemantulangelombangairvangterjadipadatangkiair(tangkiriak).Hukumpemantulangelombangmenvatakanbahwasudutdatanggelombang sama dengan sudut pantulnva. llustrasi pemantulan gelombangtersebutdapatdilihatpadaCambar1.14.Secaramatematis,pernvataantersebutdapatdirumuskandalambentukpersamaanberikut.1 20 0 = (1-29)Keterangan:01~sudutdatang0 2 ~sudutpantula. PemantulanGelombangLingkaranolehBidangDatarBagaimanabidangdatarmemantulkanmukagelombanglingkaran'Cambar1.15menunjukkanpemantulangelombanglingkaranketikamengenai bidang datar vang menghalanginva. 1ernvata, gelombang pantulmemilikipolavangsamadengangelombangdatang.PadaCambar1.15.1itikmerupakansumbergelombangdatangdenganmemerhatikanhukumpemantulan,vaitusudutdatangsamadengansudutpantul.lehkarenaitudiperolehbavangandititikA.1itikAadalahsumbergelombangpantulsehinggamukagelombangpantuladalahlingkaran-lingkaranvangberpusatdiA.(a) (b)Gambar 1.13Pemantulangelombangpadatali:(a) ujung terikat; dan (b) ujung bebas.Gambar 1.14HukumpemantulanGambar 1.15Pemantulangelombanglingkaranolehbidangdatar.Sumber: Physics for O Level, 1999Aktivitas Fisika 1.3Pemantulan GelombangTujuan PercobaanMengamatipemantulangelombangpadatangkiriak.Alat-Alat Percobaan1. Wadahbakair 4. LampuatauOHP2. Papan 5. Air3. KacaLangkah-Langkah Percobaan1. Buatlahsemacambakair(tangkiriak)dengankacasebagaialasnya.2. Letakkan bak tersebut di bawah sinar lampu OHP, kemudian letakkan sebuahkertasputihdibawahbak.3. BuatlahriakkecildengancaramencelupkansalahsatujariAndaditengah-tengahbak.Perhatikanyangterjadi.4. Masukkanpapantersebutdiujungbak,lalugerakkansecaraperlahandalamarahhorizontalsehinggaterbentukriak.5. Jelaskanhasilyangdiperolehdansebutkanperbedaankeduariaktersebut.Kemudian,jelaskanpulabagaimanadenganpemantulangelombangpadadinding.irnormalgelombangdatangsinargelombangdatangsinargelombangpantulmukagelombangpantul1020Gambar 1.16Tangkiriakyangditempatkandi atas OHP.Sumber: Physics for O Level, 1999O AMudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 20Gambar 1.17Pembiasanpadatangkiriakyangkedalamannyaberbeda.Gambar 1.18(a)Pembiasanterjadipadabolpoinyangdicelupkankedalamair;(b)Skemaperjalanansinarpadaprosespembiasan.Sumber: Dokumentasi Penerbit2. Pembiasan GelombangUntukmengamatipembiasangelombang,letakkanlahkepinggelastebal di sebagian dasar tangki riak gelombang agar kedua bidang memilikikedalamanairvangberbeda.PerbedaankedalamanairtersebutterlihatpadaCambar1.17berikut.gelombangdatangbatastempatdangkalkepinggelastebalmejakacatangkiriakgelombangsetelahdibiaskanDariCambar1.17terlihatbahwapanjanggelombangditempatvanglebihdalam,lebihbesardaripadapanjanggelombangditempatvangdangkal (1 2 > ) sehingga cepat rambat gelombangnva pun berbeda. Dengandemikian,perubahanpanjanggelombangmenvebabkanterjadinvapembelokangelombang.Pembelokangelombangdinamakanpembiasan.Ambillahsebatangbolpoin,lalumasukkankedalamgelaskacavangberisiairbening.Bolpointersebutakanterlihatbengkok.Peristiwainidisebutperistiwatem||cscnre|rc|s|).Contohperistiwapembiasanvanglainadalahfenomena|c(cmrzcncdanpelangi.Pembiasanterjadiakibatadanvaperbedaanindeksbias.Perbedaanindeksbiasmenvebabkanperubahancepatrambatgelombang.Padaperistiwa bolpoin di dalam gelas, cahava vang dipantulkan ke mata melewatitiga macam bahan. Pertama, cahava vang dipantulkan melewati air di dalamgelas. Kemudian, melewati bahan vang kedua, vaitu kaca gelas, dan terakhirmelewatiudara.Ketigamacambahantersebutmemilikiindeksbiasvangberbeda-bedasehinggacepatrambatgelombangberubah-ubah.HukumvangmenggambarkanfenomenainiadalahHukumSnelliustentangpembiasan.PerhatikanCambar1.1S(b),HukumSnelliusmenvatakanbahwa:1. sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar,2. sinardatangmembentuksudut 10terhadapgarisnormaldansinarbiasmembentuksudut 20terhadapgarisnormaldanmemenuhipersamaanberikut.n2 sin 20 ~ n1 sin 10 (1-3O)Keterangan:c ~cepatrambatcahavadiruanghampa(m/s)t ~cepatrambatcahavaketikamelewatimediumn ~indeksbiasmutlakbahanPerhatikanPersamaan(1-30).Simboln1damn2merupakankonstantatakberdimensi.Konstantatersebutdinamakanindekbias.Simbol 10 adalah sudut vang dibentuk oleh sinar datang dan garis normal.Adapun02 adalah sudut vang dibentuk oleh sinar bias dan garis normal.12(a)(b)sinardatang0102sinarbiasn2 > n1n1n2GejalaGelombang 21lndekbiasabsolutsuatubahanmerupakanperbandingankecepatancahavadalamruangvakum(c)dankecepatancahavadidalammediumbahantersebut.Dengandemikian,indeksbiasdinvatakandenganpersamaan.cnt

(1-31)]ikaPersamaan(1-30)disusunkembaliuntukmembandingkansudutbias(20)dangansudutdatang(10),diperolehpersamaanberikut.12 12sin sinnn0 0 (1-32)BerdasarkanPersamaan(1-32),dapatdiketahuibahwabesarnvasudutbiasbergantungpadasudutdatang(10),indeksbiasmediumpertama(n1)danindeksbiasmediumkedua(n2).1. ]ikan2samadengann1, 20akansamadengan 10.Padakeadaanini,refraksi tidak menvebabkan pembelokan sinar. Sinar datang akan diterus-kan tanpa pembelokkan arah, seperti terlihat padaCambar1.19(a).2. ]ika n2 lebih besar daripada n1, 20 akan lebih kecil daripada 10.Padakeadaanini,sinardibiaskanmendekatigarisnormaldanmenjauhgarisperpanjangansinardatang,sepertipadaCambar1.19(b).2. ]ika n2 lebih kecil daripada n1, 20 akan lebih besar daripada 10.Padakeadaan ini, sinar dibiaskan menjauhi garis normal dan garis perpan-jangansinardatang,sepertipadaCambar1.19(c).Gambar 1.19Pembiasansinarbergantungpadaindeksbiasmedium.01sinardatang02garisnormaln1n2sinarbiasn2 = n1sinardatangn1n2sinarbiasn2 > n1sinardatangn1n2sinarbiasn2 < n1(a) (b) (c)garisnormal garisnormal01020102Contoh1.8Sebuah gelombang datang pada bidang batas antara dua medium dengan sudut datang37. ]ika perbandingan antara indeks bias medium pertama dan medium kedua adalahTugasAnda1.6MenurutAnda,mengapagelombangairlautyangbegitubesarketikasampaidipantaimenjadikecil?Apakahterjadihalyang sama untuk laut yangberbatasandengandaratanyangbertebingkarangcuram?13 , tentukan sudut biasnva dan lukiskan pembiasan gelombang tersebut.]awab:Diketahui:sudut datang 10 ~ 37,indeks bias n12 ~ 13 .MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 223. PolarisasiPolarisasimerupakanperistiwavangmemperlihatkancirikhasgelombangtransversal.Peristiwapolarisasidapatterjadikarenaperistiwapemantulan,pembiasan,biaskembar,selektif,danperistiwabidanggetar.Peristiwapolarisasidapatdivisualisasikandenganmembavangkangelombangtransversalpadaseutastali.PerhatikanCambar1.20.gelombangterpolarisasicelahGambar 1.20Gelombangtaliyangterpolarisasi.a. Sudut bias2sin0 ~ 112 sinnn0~ 1 2 1sin n 0~ 1sin 373 ~ 1O, 63

~O,o2sinO, o 53 crc 0Seutas tali digetarkan dengan melewati sebuah celah sempit vertikal.1aliterlihatmenvimpangsepertispiral.Setelahgelombangtalimelewaticelah,hanvaarahgetarvertikalsajavangmasihtersisa,sedangkanarahgetarhorizontaldiredamataudiserapolehcelahsempittersebut.Oelombangvangkeluardaritalidisebutgelombangterpolarisasilinear.Untuklebihmemahamipolarisasi,amatilahCambar1.21.Cambar1.21(a)memperlihatkangelombangtransversalvangdilewatkan pada dua celah vang posisinva sama dan gelombang tali ternvatalolospadakeduacelahtersebut.Cambar1.21(b)memperlihatkangelombangtransversalvangdilewatkanpadaduacelahvangsalingmenvilangtegaklurus.1ernvata,gelombanglolospadacelahvangpertama,vaitucelahvangsejajardenganarahgetar,tetapitidaklolospadacelahvanglain,vaitucelahvangtegaklurusdenganarahgetar.BerdasarkanCambar1.21(a)danCambar1.21(b)dapatdisimpulkanbahwahanvagelombangtransversalvangdipengaruhicelah.Oelombangvangdapatlolosdaricelahhanvamemilikisatuarahgetar.Oelombangvangdemikiandisebutgelombangpolarisasi.Sinaralamisepertisinarmataharibukantermasuksinarterpolarisasi.Simboluntuksinarvangtidakterpolarisasiadalah,sedangkansimboluntuksinarvangterpolarisasiadalah.Gambar 1.21Polarisasigelombangtali.(a)gelombangterpolarisasi(b)gelombangtidakterpolarisasi3753medium1medium2b. lukisan pembiasan gelombangGejalaGelombang 23Gambar 1.22Cahayatakterpolarisasidilewatkanpadasebuahkristal.4. InterferensiGelombangSelainpemantulandanpembiasan,sifatlaindarigelombang,adalahinterferensi.Sifatinterferensipadagelombangadalahpolapenguatan(interferensikonstruktif)danpolapenghilangan(interferensidestruktif)muka gelombang dari dua gelombang vang saling bertemu. Untuk melihatpolainilebihjelas,perhatikanCambar1.23berikut.Gambar 1.23InterferensigelombangairinterferensikonstruktifSumber: www.physics.umd.eduinterferensidestruktifAndapundapatmelakukanpercobaanuntukmelihatgejalainterferensigelombang.Ambillahsebuahtangkiriak,kemudianbuatlahcelahgandapadasebuahpapan.Masukkanpapantersebutkedalamtangkisecaravertikal.Nvalakanlampudiatastangkiriakair.Kemu-dian,buatlahsumbergelombangdengancaramencelupkansalahsatujariAndakedalamairdisalahsatuujungtangki.lihatlahpolainter-ferensipadakertasdibawahtangkitersebut,dibawahujungtangkilain.Pemasanganpapanbercelahtadisebenarnvaadalahpembuatanduasumbergelombang.Padadindingtangki,akantampakpenguatandanpenghilangangelombangakibatbertemunvakeduagelombangtersebut.Penguatanterjadikarenaadanvakesamaanfasedarikeduagelombang.Kesamaanfaseadalahduagelombangvangmemilikifrekuensidansimpangan vang sama. Penghilangan terjadi karena adanva ketidaksamaanfasegelombang.lasevangtidaksamaadalahjikaadaduagelombangmemilikifrekuensivangsama,namunsimpangannvasalingberlawanan.5. DifraksiGelombangDifraksi dalam bahasa sehari-hari dapat diartikan sebagai pelenturan.Peristiwadifraksiataupelenturangelombangdapatdiamatidenganmenggunakantangkiriakdanpapanbercelah.Namun,gelombangvangtimbul di air tidak dihasilkan oleh getaran tangan, melainkan dari gerakanmajumundursebuahpapansehinggamukagelombangbukanberbentuklingkaran.]ikaAndamelakukanhaltersebut,AndaakanmendapatkanGambar 1.24Interferensiduagelombang(a)interferensikonstruktif(menguatkan)dan(b)interferensidestruktif(menghilangkan).(a) (b)+ += =getaranhorizontaldiserapsempurnaolehpolaroidcahayaalamiyangdatanggetaranvertikaldiserapsebagiancahayaditeruskanterpolarisasilinearMudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 246. Efek Doppler]ikaAndamembuatgetaranpadapermukaanairmenggunakansebuahalatpenggetar(t||rc(r),padapermukaanairtersebutakanterbentukgelombang-gelombangvangmerambatkesegalaarah,sepertiditunjukkanCambar1.26(a).Apavangterjadijikavibratorditarikkekanan' ]ika vibrator ditarik ke kanan, akan terbentuk lingkaran gelombangairsepertipadaCambar1.26(b).]arakgelombangdisebelahkananlebihrapatdibandingkandenganjarakgelombangdisebelahkiri.1erlihatbahwapusatdarisetiapmukagelombangvangdihasilkanbergerakkekanansehinggajarakantarapuncakkepuncakgelombangvangberdekatandisebelahkananlebihpendekdaripadapanjanggelombangdisebelahkiri.Artinva,sumbergelombangvangbergerakmenvebabkanperubahanpanjanggelombang.Panjang gelombang vang berubah akan menvebabkan perubahan frekuensi.PeristiwaperubahanfrekuensigelombangakibatpengaruhgerakrelatifantarasumbergelombangdanpengamatdinamakanefekDoppler.AndadapatmengamatiefekDopplerketikaberdiridipinggirjalandanadamobilmenujuataumendekatiAnda,bunvimobiltersebutter-dengarsemakintinggi.Demikianpula,jikamobiltersebutmenjauhiAnda, bunvi mobil tersebut terdengar semakin rendah. lenomena tersebutkalipertamadiamatiolehseorangfisikawanAustria,ChristianDoppler(1oO3-1o53)sehinggadinamakanefekDoppler.Perubahanbunvimobil(menjaditinggiataurendah)tersebutdisebabkanolehperubahanfrekuensi.KetikamobiltersebutmendekatiAnda,frekuensinvasemakinbesar.Sebaliknva,ketikamobiltersebutber-gerakmenjauhiAnda,frekuensinvasemakinkecil.Perubahanfrekuensitersebutdapatdijelaskansebagaiberikut.Ketikasumberbunvidanpendengardiam,gelombangbunvivangdipancarkanolehsumberbunvimemilikipanjanggelombangvangsamadengangelombangbunvivangditerimapendengarberlakupersamaant st| Namun, pada saat sumber bunvi bergerak dan pendengar diam makapanjanggelombangvangditerimapendengaradalahstst t|

Gambar 1.26Sumbergelombangyangbergerakpadapermukaanairmenyebabkanpanjanggelombanglebihpendeksesuaiarahgerak.1 2 3 4 5 sPvpvs(a)s5 4 3 2 1(b)Gambar 1.25DifraksipadagelombangairgelombangairsetelahmelewaticelahgelombangaircelahSumber: Physics for Scientist & Engineerswith Modern Physics, 2000bahwasetelahgelombangkeluardaripapanbercelah,bentukmukagelombang tidak seperti bentuk gelombang vang pertama.Pola vang akanAndadapati,ditunjukkanolehCambar1.25.GejalaGelombang 25sehinggafrekuensivangditerimapendengaradalahsebagaiberikut.t st st t| |t t

(1-33a)Untuk kasus sebaliknva, pada saat sumber bunvi diam dan pendengarbergerak,panjanggelombangvangditerimapendengaradalahtst| sehinggafrekuensivangditerimapendengaradalahsebagaiberikut.t tt stt t t t| |t (1-33b)Secaraumum,persamaanefekDoppleruntuksumberbunvidanpendengarbergerakberlakupersamaan:tt sst t| ~ |t t

(1-31)Keterangan:|t~frekuensivangditerimapendengar(Hz)|s~frekuensidarisudutbunvi(Hz)t ~kecepatangelombangbunvi(m/s)tt~kecepatangerakpendengar(m/s)ts~kecepatangeraksumberbunvi(m/s)Perjanjiantandavangdigunakandalampersamaanadalahsebagaiberikut.1. ]ikapendengarmendekatisumber,tpendengarpositif.2. ]ikapendengarmenjauhisumber,tpendengarnegatif.3. ]ikasumbermendekatipendengar,tsumbernegatif.1. ]ikasumbermenjauhipendengar,tsumberpositif.Contoh1.11Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 72 km/jam sambil membunvikan klaksondengan frekuensi oOO Hz. Dari arah berlawanan, seorang pengendara motor bergerakdengan kecepatan 51 km/jam. 1entukan frekuensi bunvi klakson vang didengar olehpengendara sepeda motor tersebut, jika cepat rambat bunvi di udara adalah 31O m/s.]awab:Diketahui:tmobil~ 72 km/jam ~ 2O m/s,tpendegar~ 51 km/jam ~ 15 m/s,tudara~ 31O m/s,|klaksonmobil~ oOO Hz.|pendengar~ udara pendengarklakson mobiludara mobilt t|t t

~~ 31O m/s 15 m/soOO Hz31O m/s 2O m/s

~ ~ oo7,5 Hz]adi, pengendara sepeda motor mendengar bunvi klakson dengan frekuensi oo7,5 Hz.TokohChristianJohannDoppler(18031853)ChristianJohannDoppleradalahfisikawanyanglahirdiSalzburg,Austria.DiabelajardiViennadanmenjadiseorangprofesorFisika(1851).Diaterkenaldenganpengamatannyatentangvariasifrekuensigelombangsuaradangelombangcahayakarenapengaruhkecepatangerakrelatifantarasumberdanpengamat.Sumber: www. allbiographic.comMudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 261. Sebuah gelombang datang dari udara dengan sudutdatang 53 masuk ke dalam air dan dibiaskan dengansudut bias 37. ]ika panjang gelombang tersebut di udara2 cm, tentukan panjang gelombang di dalam air.2. Sebuah gelombang datang pada bidang batas antaradua medium dengan sudut datang 3O. ]ika indeks biasrelatif medium dua terhadap medium satu adalah 12 ,tentukansudutbiasnvadanlukiskanpembiasangelombangnva.3. Oelombang datang dari permukaan air vang dalam kepermukaan air vang dangkal dengan sudut datang 6O.]ika cepat rambat gelombang pada permukaan air vangdalam dan permukaan air vang dangkal o m/s dan 1 m/s,tentukan sudut biasnva.1. ]elaskan apa vang dimaksud polarisasi.5. Sebuah ambulans bergerak dengan kecepatan 33,5 m/ssambil membunvikan sirinenva pada frekuensi 1OO Hz.Seorangpengemuditrukbergerakberlawananarahdengan kecepatan 21,6 m/s mendengar bunvi sirineambulans.1entukanfrekuensivangdidengarpengemudi saat:a. kedua mobil saling mendekati,b. kedua mobil saling menjauhi.6. Ketika berdiri di trotoar, seorang anak mendengar bunviberfrekuensi12OHzdarisirinemobilpolisivangmendekatinva.Setelahmobilpolisimelewatinva,frekuensi bunvi vang terdengar menjadi 36O Hz. Berapakelajuan mobil polisi tersebut'(Kecepatan bunvi di udara~ 31O m/s).7. Sebuahsumberbunvimemilikifrekuensi5OOHzbergerak dengan kecepatan 2O m/s mendekati seorangpengamat vang diam. 1entukan besar frekuensi vangdidengar oleh pengamat jikaa. tidak ada angin,b. terdapat angin vang bergerak dengan kecepatan5 m/s searah dengan arah sumber bunvi, danc. terdapat angin vang bergerak dengan kecepatan5 m/s berlawanan arah dengan arah gerak sumberbunvi. Cepat rambat bunvi di udara 31O m/s.Tes Kompetensi SubbabCKerjakanlah dalam buku latihan.Rangkuman1. Berdasarkan sumbernva, gelombang dikelompokkanmenjadi dua macam, vaitu gelombang mekanik dangelombang elektromagnetik.2. Berdasarkanarahgetarnva,gelombangdibedakanmenjadigelombangtransversaldangelombanglongitudinal.3. Besarcepatrambatgelombangberbandinglurusdengan panjang gelombang dan berbanding terbalikdengan waktu untuk menempuh satu gelombang.tT

1. Besarnvadavavangditransmisikanmelaluisuatugelombangberbandinglurusdengankuadratamplitudo, kuadrat frekuensi, dan laju gelombang.2 212 - t c 5. Simpangangelombangberjalandisuatutitikdinvatakan dengan persamaansin2 sin2t\ \s - | ( - | (t t ( \ ( \ | | | |\ ! \ !6. Persamaankecepatansebuahtitikdalamsuatugelombang terhadap waktu, adalah turunan pertamaP vang dinvatakan dengan persamaan sintJs Jt - ( |\J( J(c ~costt - ( |\ c c~Contoh1.12Kereta api bergerak meninggalkan stasiun dengan kecepatan 9O km/jam. Seorangmasinis membunvikan peluitnva dengan frekuensi 6OO Hz. ]ika cepat rambat bunvidi udara 31O m/s, berapa frekuensi vang didengar oleh petugas di stasiun tersebut']awab:Diketahui: tkereta api~ 9O km/jam ~ 25 m/s, tudara ~ 31O m/s, tpendengar ~ O m/s.|pendengar~

udara pendengarpeluitudara kereta apit t|t t ~ 31O m/s O m/s6OO Hz31O m/s 25 m/s

~ 55o,9 Hz]adi, frekuensi vang didengar oleh petugas di stasiun tersebut adalah 55o,9 Hz.Kata Kunci refleksi tangkiriak sudutdatang sudutpantul garisnormal refraksi fatamorgana indeksbias sudutbias polarisasi interferensi interferensikonstruktif interferensidestruktif efekDopplerGejalaGelombang 277. PercepatangetaranpartikeldititikPmerupakanturunan pertama dari kecepatan getar titik P tersebutterhadap waktucosttJtJc - ( |J( J( c c | ~ || |sintc - ( |\ c c~ ~2~t c ~o. Persamaan gelombang stasioner akibat pemantulanpada ujung tali bebas adalah2 cos2 sin2t\ ( -T ( \ ( \~| | | |\ ! \ !

dengan2 cos2\- ( \| |\ !adalah amplitudo gelombangsuperposisi.letak simpul dari ujung pemantulan pada ujung talibebas adalah 12 11\ n letak perut delombang dari ujung pemantulan padaujung tali bebas adalah12\ n ( \

| |\ !9. Persamaan gelombang stasioner akibat pemantulanpada ujung tali terikat adalah2 sin2 cos2t\ ( -T ( \ ( \ ~| | | |\ ! \ !

dengan2 sin2\- ( \| |\ !adalah amplitudo gelombang.letak simpul dari ujung pemantulan pada ujung taliterikat adalah12\ n ( \

| |\ !Adapunletakperutgelombangdariujungpemantulan pada ujung tali terikat adalah 12 11\ n 1O. Oelombang dapat mengalami pemantulan, pembiasan,polarisasi, interferensi, dan difraksi.11. HukumSnelliuspadapembiasangelombangdinvatakan dengan persamaan2 2 1 1sin sin n n 0 0 12. lfekDopplermerupakanfenomenaperubahanfrekuensi gelombang akibat pengaruh gerak relatifantarasumbergelombangdanpengamat.Secaraumum dinvatakan dengan persamaantt sst t| |t t

PetaKonsepPemantulan Pembiasan Polarisasi lnterferensi DifraksiCelombangOelombangMekanikOelombang1ransversaldapatmengalamiberdasarkansumbernvaterdiriatasberdasarkanarahgetarnvaterdiriatasberdasarkanamplitudonvaterdiriatasOelombangllektromagnetikOelombanglongitudinalOelombangStasionerOelombangBerjalanSetelahmempelajaribabini,Andatentutelahmengetahui jenis-jenis gelombang serta sifat-sifatnya.Dari materi bab ini, bagian mana yang Anda anggap sulit?Coba diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.RefleksiSelain itu, coba Anda sebutkan manfaat lainnya yangAnda peroleh setelah mempelajari materi bab ini.MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 28PQRSTUV1. Sebuahgelombangmemilikipersamaansimpangans ( \ O,O1 32 2 sin ( ) dalamsatuanSl.lrekuensidan panjang gelombang tersebut adalah ....a. o Hz dan 2 m d. 16 Hz dan 1 mb. o Hz dan 1 m e. 32 Hz dan 2 mc. 16 Hz dan 2 m2. Untuk benda vang mengalami getaran harmonik, padasaat simpangan maksimum ....a. kecepatan dan percepatan maksimumb. kecepatan dan percepatan minimumc. kecepatannva maksimum dan percepatannva nold. kecepatannva nol dan percepatannva maksimume. simpangan maksimum, energinva maksimum3. Cepatrambatgelombangpadataliadalah21Ocm/sdengan frekuensi 1o Hz. ]arak dua titik pada tali jikabeda fase kedua titik 31adalah ....a. O,5O cm d. 5,OO cmb. O,75 cm e. 7,5O cmc. 3,75 cm1. OelombangSmerambatdenganpersamaans (\ ~

O O16, sin , satuan s dan \ dalam meter dan( dalam sekon. Pada saat S telah bergetar 1 s, simpangantitik P vang terletak sejauh 1 m dari S adalah ....a. O,O5 m d. O,O1 mb. O,O1 m e. O,OO5 mc. O,O2 m5. Sebuah gelombang berjalan melalui titik A dan B vangberjarak o cm dalam arah dari A ke B. Pada saat ( ~ O,simpangangelombangdiAadalahnol.]ikapanjanggelombang 12 cm dan amplitudo 1 cm, simpangan titikB pada saat fase titik A ~ 32 rad adalah ....a. 2 cm d. 3 cmb. 2 2cm e. 1 cmc. 2 3cm6. Sebuahgelombangtransversaldinvatakandenganpersamaan sin2 ,O, O2 15( \s ~ dengan\dansdalam cm dan ( dalam sekon, maka:(1) panjang gelombangnva 15 cm(2) frekuensinva 5O Hz(3) amplitudonva 1 cm(1) cepat rambatnva 75O cm/sPernvataan vang benar adalah ....a. 1, 2, dan 3 d. 1 sajab. 1 dan 3 e. semua benarc. 2 dan 1(UMPTN2000)7. Pada percobaan Melde digunakan seutas dawai vangpanjangnvaoOcmdanbermassa25g.]ikadawaiditegangkandengangavasebesar5ON,kecepatanrambat gelombang transversal pada dawai adalah ....a. 1 m/s d. 1O 1Om/sb. 12,5 m/s e. 1OO m/sc. 1O m/s(btanas2000)o. 1ali vang panjangnva 5 m ditegangkan dengan gava2 N, kemudian dirambati gelombang transversal. ]ikacepat rambat gelombang tersebut 1O m/s, massa taliadalah ....a. 6,25 gram d. 6,o5 gramb. 6,5O gram e. 6,9O gramc. 6,75 gram(UMPTN1995)9. Pada percobaan Me|Je digunakan seutas benang vangpanjangnva 1 meter, massa benang 5 gram. ]ika bebansebesar O,2 kg digantungkan pada benang tersebut danz ~ 1Om/s2 maka kecepatan perambatan gelombangpada benang adalah ....a. 5 m/s d. 21 m/sb. 1O m/s e. 1O m/sc. 2O m/s1O. Satu panjang gelombang adalah jarak antara ....a. puncak ke puncak berurutanb. simpul dan perut berurutanc. perut dan lembah berurutand. puncak ke lembah berurutane. simpul ke simpul berurutan11. Sebuah gelombang laut datang memecah pantai setiap6 sekon sekali. ]arak setiap gelombang 12 m. ]adi, lajugelombang menuju pantai sebesar ....a. O,9 m/s d. 25 m/sb. 2,O m/s e. 75 m/sc. 2,5 m/s12. Oambar berikut menunjukkan gelombang transversalberjalan.Tes Kompetensi Bab 1A. Pilihlah salah satu jawaban vang paling tepat dan kerjakanlah pada buku latihan.Dalam satu periode ditempuh jarak ....a. P--R-S d. -R-Sb. R-S-1-U e. R-S-1c. P--R-S-113. ]ika gelombang air merambat dari tempat vang dalamke tempat vang lebih dangkal maka ....a. cepat rambat dan panjang gelombang tetapb. cepatrambatmenjadilebihbesardanpanjanggelombang tetapGejalaGelombang 29c. cepat rambat mengecil dan panjang gelombangmembesard. cepat rambat dan panjang gelombang mengecile. cepat rambat mengecil dan frekuensi membesar11. Oelombang merambat melalui dua zat, mula-muladengankecepatan6m/s,sudutdatang3Odandibiaskan pada zat kedua dengan sudut 6O. Cepatrambat gelombang pada zat kedua adalah ....a. 3 m/s d. 9 m/sb. 6 m/s e.9 3m/sc.6 3m/s15. Seutas tali panjangnva 5 m, dan bermassa 5O gram,ditegangkandengangava1OON.]ikafrekuensisumber getarannva 5O Hz, cepat rambat gelombangtali tersebut adalah ....a. 1OO m/s d. 75O m/sb. 25O m/s e. 1.OOO m/sc. 5OO m/s16. Peristiwa perpaduan antara dua gelombang di suatutitik dalam waktu vang bersamaan disebut ....a. pembiasan d. difraksib. pemantulan e. polarisasic. superposisi17. Seutastalivangpanjangnva1m,keduaujungnvadiikat dengan erat. Kemudian, pada tali ditimbulkangelombang sehingga terbentuk o buah perut. letakperut kelima dari ujung terjauh adalah ....a. 1,33 m d. 2,OO mb. 1,5O m e. 2,25 mc. 1,75 m1o. ]ikasebuahgelombangmelewatipenghalangvangmemiliki celah sempit, akan terjadi peristiwa ....a. interferensi d. refraksib. difraksi e. polarisasic. refleksi19. ]ika pada percobaan Melde tegangan dibuat sembilankali dari semula, cepat rambat gelombang pada talitersebut menjadi ....a.13 kali semula d. 9 kali semulab.12kali semula e. o1 kali semulac. 3 kali semula2O. Sebuah sumber bunvi dengan frekuensi 1.O21 Hz ber-gerakmendekatiseorangpengamatdengankecepatan 31 m/s. Kecepatan rambat bunvi di udaraadalahsebesar31Om/s.]ikapengamatbergerakmenjauhi sumber bunvi dengan kecepatan 17 m/s,besar frekuensi bunvi vang didengar oleh pengamatadalah ....a. 92O Hz d. 1.22O Hzb. 1.OoO Hz e. 1.32O Hzc. 1.12O Hz21. Andi berdiri di samping sumber bunvi vang frekuen-sinva676Hz.Sebuahsumberbunvilaindenganfrekuensi 676 Hz mendekati Andi dengan kecepatan2 m/s. ]ika kecepatan merambat bunvi di udara adalah31Om/s,Andiakanmendengarlavanganbunvidengan frekuensi ....a. O d. 6 Hzb. 2 Hz e. o Hzc. 1 Hz22. Sebuah sumber bunvi bergerak dengan kecepatancm/smenujupendengarvangdiamsehinggafrekuensi vang didengar oleh pendengar adalah |1.]ikasumberbunvitersebutdiam,sedangkanpendengarbergerakdengankecepatancm/smendekatisumberbunvi,frekuensivangdidengaroleh pendengar adalah |2. ]ika cepat rambat bunvi diudara t m/s, perbandingan |1 : |2 adalah ....a. 1 d.2211ct~b.11ct~e.2211ct

c.11ct

23. Seorang penerbang vang pesawat terbangnva menujuke menara bandara mendengar bunvi sirine menaradengan frekuensi 2.OOO Hz. ]ika pada saat itu sirinememancarkan bunvi dengan frekuensi 1.7OO Hz dancepatrambatbunvidiudara31Om/s,kecepatanpesawat terbang tersebut adalah ....a. 196 km/jam d. 22O km/jamb. 2OO km/jam e. 236 km/jamc. 216 km/jam21. Sebuah gelombang berjalan melalui titik A dan B vangberjarak o cm. Pada saat ( ~ O, simpangan gelombangdi A adalah O. ]ika panjang gelombangnva 12 cm danamplitudonva 1 cm, simpangan titik B pada saat fasetitik A ~ 32 adalah ... cm.a. 2 d. 3b.2 2e. 1c.2 325. Seutas tali panjangnva 1O m digetarkan transversal.laju rambat gelombang transversal pada tali tersebut5O m/s. ]ika gava tegangan pada tali tersebut 2,5 N,massa tali adalah ....a. O,12 kg d. O,O1 kgb. O,O9 kg e. O,O3 kgc. O,Oo kgMudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 30ABCDEFHG IB. ]awablah pertanvaan berikut ini dengan tepat.1. Pada suatu saat bentuk gelombang transversal sebagaifungsi dari tempat kedudukan \ ditunjukkan sepertipada gambar berikut.1entukan dua titik vang fasenva sama.2. lnterferensivangdapatmenghasilkangelombangstasioner dapat diperoleh dari percobaan Melde. Apa-kahvangdimaksuddengangelombangstasioner']elaskan dengan mempergunakan gambar.3. Seutas tali dengan panjang AB, digetarkan harmonikselama1sdiujungA,sehinggamenghasilkangelombang transversal berjalan dengan kecepatan6O m/s. lrekuensi gelombang 1O Hz dan amplitudonva2 cm. 1itik B berada 5 m dari A. ]ika A mulai digerak-kan ke atas, hitunglah:a. simpangan di B,b. fase di B.1. Persamaansebuahgelombangtransversalberjalanadalah 2sin6O 1O ,O, O1(s \ ~ dengan s dan \ di-nvatakan dalam satuan m dan ( dinvatakan dalamsatuan s. Hitunglah:a. amplitudonva,b. panjang gelombangnva,c. cepat rambatnva,d. periodenva.5. Persamaangelombanglongitudinalberjalandalambatang adalahs (\ ~ ~~

1O 3 1OO17 OOO7sin .. , s dan\ dalam cm dan ( dalam s. Hitunglah besar:a. amplitudo gelombang,b. panjang gelombang,c. cepat rambat gelombang,d. periode gelombang.6. Diketahui,persamaangelombangberjalans (\ ~

1 2OO17sin , dengan s dan \ dinvatakandalam satuan cm dan ( dinvatakan dalam satuan s.1entukan nilai dari:a. frekuensi gelombang,b. panjang gelombang,c. cepat rambat gelombang tersebut.7. SebuahgelombangberjalandarititikAketitikBdengan amplitudo 1 cm dan periode O,2 sekon. ]arakAB~1Ocm.]ikabesarcepatrambatgelombangtersebut 2,5 m/s, tentukan:a. selisih fase A dan B,b. simpangan di B saat titik A melalui kedudukanseimbangnva.o. Sebuah gelombang stasioner dibentuk dari interferensidua buah gelombang, vang masing-masing memilikiamplitudo ~ cm, bilangan gelombang | ~ 2 ( \| |\ ! /cm,dan frekuensi sudut c 1Orad/s.a. Hitung jarak antara dua perut gelombang vangberurutan.b. Berapa amplitudo gelombang stasioner di\ ~ O,25 cm'9. Sebuah sumber bunvi berfrekuensi 6OO Hz bergerakdengankecepatan2Om/smendekatiseorangpengamatvangdiam.1entukanfrekuensivangdidengar oleh pengamat, jika:a. tidak ada angin,b. terdapat angin vang bergerak dengan kecepatan1O m/s, searah dengan arah sumber bunvi,c. terdapat angin vang bergerak dengan kecepatan1O m/s, berlawanan dengan arah gerak sumberbunvi'1O. Sebuahmobilvangbergerakdengankecepatan2Om/s.Padaarahberlawananbergerakmobilambulans dengan kecepatan 16 m/s. Ambulans mem-bunvikansirinesehinggaterdengarbunvisirineberfrekuensi oOO Hz. 1entukan frekuensi sirine vangterdengar oleh pengemudi mobil tersebut, jika anginbertiup dengan kecepatan 5 m/sa. searah gerak ambulans,b. searah gerak mobil.GelombangCahaya 31A. InterferensiCahayaB. DifraksiCahayaC. PolarisasiCahaya mendeskripsikangejaladanciri-cirigelombangcahaya; menerapkankonsepdanprinsipgelombangcahayadalamteknologi.Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:menerapkankonsepdanprinsipgejalagelombangdalammenyelesaikanmasalah.Hasil yang harus Anda capai:31GelombangCahayalenomena-fenomenatentangcahavaseringAndajumpaidalamkehidupansehari-hari.Ketikaturunhujanpadasianghari,kadang-kadangkitadapatmenikmatiindahnvapelangivangmenghiasicerahnvalangit.Apakahsebenarnvapelangiitu'Cahavamerupakangelombangelektromagnetik.PadaBab1Andatelahmempelajarigelombangmekanik,misalnvagelombangairdangelombangtali.Apakahperbedaanantaragelombangelektromagnetikdangelombangmekanik'Manusiatelahmemanfaatkangelombangelektromagnetikdalambidangtransportasi,astronomi,militer,dangeografi.1ahukahAndabagaimanagejaladanciri-cirigelombangelektromagnetikkhususnvacahava serta penerapannva' ]awaban atas pertanvaan-pertanvaan tersebutdapatAndatemukanpadababini.lehkarenaitu,pelajaribabinidenganbaik.Cahayamerupakangelombangelektromagnetikyangbanyakdigunakanuntukkepentinganteknologikomunikasi.Bab2Sumber: Physics Today, 1995MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 32A B CgelombangdatangS2S1terangterangterangterangterangterangterangterangterangterangterangterangteranggelapgelapgelapgelapgelapgelapgelapgelapgelapgelapgelapgelapS0Gambar 2.1Interferensipadacelahganda YoungA. Interferensi Cahayan(er|erens| adalah ter|s(|uc tenzzc|unzcn Juc ze|m|cnz c(cu |e||| scnz||eren.|erenartinvagelombangmemiliki|re|uens|scmcdan|eJc|csensc(e(ct.Sepertivangtelahdibahaspadapembahasangelombangbahwagelombangcahavabersifatsepertihalnvagelombangbunvivaitudapatberinterferensi.lehkarenaitu,untukmendapatkaninterferensicahava pun diperlukan sumber cahava vang koheren, vaitu sumber cahavavangmemilikifrekuensisamadanbedafasetetap.SumbercahavavangkoherendapatdiamatimelaluipercobaanvangdilakukanolehYoungdanIresnell.1. Percobaan Young dan Fresnella. PercobaanCelahGandaYoungPercobaan ini dilakukan oleh Young dengan menggunakan dua peng-halang.Penghalangpertamamemilikisatulubangkecildanpenghalangkeduadilengkapidengandualubangkecil.PerhatikanCambar2.1.Sinar monokromatis diperoleh dari lampu sebagai sumber cahava vangmemancarmelaluicelahS.Kemudian,sinardaricelahSdipancarkankepenghalangkedua.Duacelahpadapenghalangkedua,vaituS1danS2vangdipasangsejajardenganSakanberfungsisebagaipemancarsinar-sinar koheren. Kedua berkas dari celah-celah S1 dan S2 ini berinterferensipadalavarC.Hasilinterferensiberupagaristerangdangarisgelap.b. PercobaanFresnellDengan menggunakan sebuah sumber cahava S, Iresnell memperolehduasumbercahavaS1danS2vangkoherendarihasilpemantulanduacermin.PerhatikanCambar2.2.Gambar 2.2PercobaanFresnelluntukmenunjukkaninterferensicahaya.C1S1OPC2S2STokohAugustineFresnell(17881827)AugustineFresnell(17881827)adalahfisikawanPrancisyangmengembangkanteorigelombangtransversalcahayaberdasarkanhasilpenemuannyatentanglensadaninterferensi.Fresnellmemperlihatkanbahwacahayamatahariterdiriatasbermacam-macam warna cahaya, yang setiapwarnamemilikisudutbiastertentu.Iajugamenemukansebuahbentuklensa yang pada keduapermukaannyaberbentukcembung.Bentuklensainidikenalsebagailensacembung.Lensainimemilikisifatmengumpulkancahaya.Sumber: Science Encyclopedia, 1998Sebelum mempelajari konsep Celombang Cahava, kerjakanlah soal-soal berikut dalam buku latihan.Tes Kompetensi Awal1. Apakahvangdimaksuddengangelombangelektro-magnetik'2. Apakah cahava termasuk gelombang elektromagnetik'3. Berapakah kecepatan cahava dalam ruang hampa'1. Sebutkan sifat-sifat gelombang cahava.GelombangCahaya 33C BPr2S2S1r1dyDbr2S2r10S1000Gambar 2.3(a)SinargelombangdaricelahS1danS2 berinterferensidititikP.(b) Untuk Dd, r1 dan r 2 dianggapsejajardanmembentuksudut0terhadapsumbutengah.PadaCambar 2.2tersebutdapatdilihatbahwaSadalahsumbersinarmonokromatis.S1 danS2adalahbavangandariSolehcerminC1danC2.Dengandemikian,sinar-sinarvangdatangpadalavarseolah-olahberasaldariS1danS2.OelombangcahavadariS1danS2iniakansalingberinterferensi pada lavar dan hasilnva bergantung pada selisih dari lintasankeduasinaritu.PerluAndaketahui,jikakeduasumbercahavamemilikiamplitudovangsamapadatempatterjadinvainteferensiminimum,akanterbentukgarisgelap.Sebaliknva,jikaamplitudotidaksama,interferensiminimumnvatidakgelapsamasekali.PerhatikanCambar2.3,gelombangcahavadatangmenujucelahS1dancelahS2vangterletakpadabidangB.CahavatersebutterdifraksiolehkeduacelahtersebutdanmenghasilkanpolainterferensipadalavarC.Kitadapatmenentukandimanasetiappitaterangataupitagelapterletakpadalavardenganmemberikansudut0 darisumbutengahterhadapgarisgelapataugaristerangtersebut.Untukmenentukanbesarnva0 ,kitaharusmenghubungkannvadengan L A .PerhatikanCambar2.3(b).1itik|merupakansebuahtitikvangterletakpadar,sedemikianrupasehinggajarakbkePsamadenganS2keP.dengandemikian,L A samadenganjarakdariS1ke|.HubunganantarajarakdariS1ke|dan0 inisangatrumit.Namun,kitadapatmenvederhana-kannvadenganmenganggapbahwasusunanjarakcelahterhadaplavar(D)jauhlebihbesardaripadajarakantarakeduacelah(J).Darigambar,terlihatbahwasinargelombangr1danr2adalahsejajardanmembentuksudut0 terhadapsumberpusat.PerhatikanCambar2.3(b).1ernvata,sudutS1S2|~0 vangdibentukolehsumbupusatdansumbur1.Dengandemikian,kitadapatdenganmudahmenentukanbahwasinLJ0A

sin L J 0 A(2-1)Persamaan(2-1)merupakanpersamaanuntukmenentukanjaraktempuhantarasinarr1danr2terhadapP.Untukinterferensimaksimum(interferensikonstruktif),telahdiketahuibahwaL A pastinolataubilangangenapdaripanjanggelombang.Persamaan(2-1)dapatditulissebagaiberikut.(a)(b)bALPembahasan SoalSeberkascahayamonokromatisdijatuhkanpadaduacelahsempitvertikalberdekatandenganjarakd=0,01mm.Polainterferensiyangterjadiditangkaplayarpadajarak20cmdaricelah.Diketahuibahwajarakantaragarisgelappertamasebelahkirikegarisgelapsebelah kanan adalah 7,2 mm.Panjanggelombangcahayatersebutadalah....a. 180nm d. 720nmb. 270nm e. 1.800nmc. 360nmSPMB2003Pembahasan:Jarakpolagelapke-1kepusatadalah~~

33 7,2 10 m3, 6 10 m2yDarisoaldiketahui:m = 1; d = 105 m; D = 0,2 msehingga ~12ydmD ~12ydD m~ ~

3 53, 6 10 m 10 m10,2m2~ ~

3 53, 6 10 m 10 m10,2m2~ 73, 6 10 m = 360 nmJawaban:cMudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 34sin L J m 0 A (2-2)denganm~O,1,2,3,....Untukterangpusat,kitamemberikanm~O,pitaterangpertamam~2,danseterusnva.Adapununtukinterferensiminimum(interferensidestruktif),L A pasti bilangan ganjil kali setengah gelombang Persamaan (2-1) dapatdituliskansebagaiberikut.1sin2L J m 0 ( \A ~| |\ !(2-3)dengan m~O,1,2,3,....Untukgelappertama,kitamemberikanm~O,pitagelapkeduam~1,danseterusnva.2. MenentukanJarakPita Terangke-matauPitaGelapke-mdari Terang PusatPadapembahasansebelumnva,telahdisebutkanbahwapolainterferensipadalavarberupapitaterangdanpitagelap.PerhatikanCambar2.1.Kitadapatmenentukankedudukanpitaterangke-mataupitagelapke-mpadalavar.PerhatikankembaliCambar2.3(a).lehkarenaDjauhlebihbesardaripadaJ(DJ),sudut0 bernilaisangatkecil.Untuksudutvangsangatkecilakanberlakusin0 - tan0 .DariCambar2.3(a),kitadapatmenentukanbahwasin tansD0 0 - (2-1)Untukpitaterang,masukkanPersamaan(2-4)kePersamaan(2-2)sehinggadiperoleh:sJmD (2-5)Untukpitagelap,masukkanPersamaan(2-4)kePersamaan(2-3)sehinggadiperoleh.12sJmD( \ ~| |\ !(2-6)Keterangan:J ~jarakantarcelahpadalavars ~jarakterang/gelapke-mdaripusatD~jaraklavarkecelah~panjanggelombangcahavaDalam hal ini,m ~ O, 1, 2, 3, ....Tantanganuntuk AndaSeberkascahayamonokromatisdijatuhkanpadaduacelahsempitvertikalberdekatandenganjarakd=0,01mm.Polainterferensiyangterjadiditangkappadajarak20cmdaricelah.Diketahuibahwajarakantaragarisgelappertamadisebelahkirikegarisgelappertamadi sebelah kanan adalah 7,2 mm.Hitunglahpanjanggelombangberkascahayatersebut.GelombangCahaya 35Untukmenentukanpanjanggelombangsinarvangdipancarkanolehlampupijarnatrium, sinar ini dilewatkan pada dua celah vang berjarak O,5 mm. Pada jarak 1 meterdari celah dipasang lavar. ]ika hasil interferensi pada lavar diperoleh jarak garis terangpusat sampai dengan kelima adalah 6 mm, berapakah panjang gelombang sinar natriumtersebut']awab:Diketahui: J ~ O,5 mm ~ 5 1O-1 m, s~ 6 mm ~ 6 1O-3 m,m~ 5, D~ 1 m.mk~ sJD5 ~ 3 16 1O m 5 1O m1~ ~ ~ 6 1O-7 ~ 6.OOO A]adi, panjang gelombang sinar natrium adalah 6.OOO A.Contoh2.1Pada sebuah percobaan interferensi digunakan dua celah sempit. ]arak antara keduacelah itu 2 mm dan diletakkan pada jarak 2 m ke lavar, garis gelap pertama dari pusatvangjaraknva O,3 mm. Hitunglah panjang gelombang cahavanva.]awab:J ~ 2 mm ~ 2 1O-3 mm ~ 1D ~ 2 ms ~ O,3 mm ~ 3 1O-1 m (interferensi gelap)Dari Persamaan (2-6) diperolehsJD~ (2 m - 1) 12 = 1 33 1O m 2 1O m2 m~ ~ ~ (2 (1) - 1) 123 1O-7 m ~ 12 = ~ 6 1O-7 m ~ 6.OOO A]adi, panjang gelombang cahavanva adalah 6.OOO A.Contoh2.23. Interferensi oleh Lapisan TipisPemantulancahavamatahariolehtermu|ccnm|nsc|vangdicampurdenganairakanmemperlihatkangaris-garisberwarnapadaminvak.Spektrumwarnainimemperlihatkanadanvater|s(|uc|n(er|erens|olehlapisan minvak vang tipis itu. lnterferensi tersebut dapat berupa interferensimaksimummaupuninterferensiminimum.lnterferensiantaragelombangvangdipantulkanolehlapisantipisditunjukkanpadaCambar2.4.Seberkassinardatangmengenailapisantipisdengansudutdatang|akandibiaskandansebagianlagidipantulkankembalikepermukaan.Sinarvangdipantulkandilewatkanpadasebuahlensapositifdandifokuskan di titik P. Berkas cahava di titik P merupakan hasil interferensiberkascahava(1)dan(2),dengan(1)adalahberkascahavavangdipantulkanlangsungdan(2)adalahberkascahavavangmengalamipembiasanterlebihdahulu,kemudiandipantulkan.Gambar 2.4Interferensiolehlapisantipis.PDABCidnrlensalapisantipis(1)(2)MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 36Selisihlintasanoptikvangditempuholehsinardatanghinggamenjadisinarpantulke-1dansinarpantulke-2adalahS A ~ S2 - S1 ~ n(AB BC) - -D ~ n(2 AB) - AD.dengannadalahindeksbiaslapisantipisdanAB~BC.MisalkanteballapisanadalahJ,makaJ~-cosrsehinggaAB~ cosJrdan AD ~ AC sin | dengan AC ~ 2J tan r, sehinggaS A ~ 2n cosJr - (2J tan r) sin | ~ 2cosnJr - 2 sin sincosJ r |rDenganmenggunakanHukumSnelliustentangpembiasancahava,vakninsinr~sin|diperolehselisihjaraktempuhkeduasinarmenjadiS A ~ 2cosnJr- 22 sincosnJ rr~ 2cosnJr (1 - sin2 r) ~ 2cosnJr (cos2 r)S A ~ 2n J cos r (2-7)SupavaterjadiinterferensimaksimumdititikP,S A harusmerupa-kankelipatandaripanjanggelombang.Akantetapi,sinarpantuldiBmengalamiperubahanfase 12 ,makaS A akanmenjadi:S A~ 12| atauS A~ (2| 1) 12(2-o)lnterferensi maksimum sinar pantul pada lapisan tipis akan memenuhipersamaan2nJ cos r ~ (2| 1) 12(2-9)dengan|~O,1,2,3...Persamaan(2-7)berlakuuntukindeksbiaslapisantipislebihbesardari 1 atau n > 1.Adapun untuk memperoleh interferensi minimum, kedua sinar pantulharusmemilikibedafase 12 makaS A ~ 1 112 2 ~, 1 122 2 ~, 1 132 2 ~S A ~ O, ,2 ,3 , .... ~|lnterferensiminimumdalamarahpantulmemenuhipersamaanS A ~ 2nJ cos r danS A ~|atauS A ~ 2nJ cos r ~| (2-1O)dengan:n~indeksbiasdan memenuhi svarat n1 < n2 dan n2 > n3 atau n1 > n2 dan n2 < n3.Gambar 2.7Interferensiolehlapisanminyakyangtipis.Sumber: www.instckphoto.comGambar 2.6Interferensiolehlapisanbusa sabun yang tipis.Sumber: www.funsci.com1entukan tebal lapisan minimum vang dibutuhkan supava terjadi interferensi pada sebuahlapisan tipis vang memiliki indeks bias 32dengan panjanggelombang1.OOO A.Contoh2.3Gambar 2.5Interferensiolehbusasabun.Sumber: www.designprodygzone.comGelombangCahaya 37TugasAnda2.1CobaAndaperhatikankembaliGambar2.5.Gelembungtersebutsebenarnyaberwarna-warni.Mengapademikian?Andadapatmencarijawabannyadaribukureferensiatauinternet.]awab:lnterferensi maksimum pada lapisan tipis memenuhi persamaan:2nJ cos r ~ (2| 1) 12 =J ~ 12 122 cos|n r Supava tebal lapisan minimum (setipis-tipisnva) maka| ~ 1 dan cos r ~ 1 sehingga diperoleh:J ~

12 1 1.OOOA232 12 ~ 612(1.OOOA) ~2.OOO A]adi, tebal lapisan tipis vang dibutuhkan adalah 2.OOO A.1entukan panjang gelombang sinar vang digunakan jika terjadi interferensi minimumorde kedua dari lapisan tipis di udara dengan ketebalan 1.OOO nm, sudut bias 15, danindeks bias lapisan 1,3.]awab:Dengan menggunakan Persamaan (2-10), diperoleh2nJ cos r ~|(2)(1,3)(1.OOO nm) cos 15 ~ 2~ 919 nm]adi, panjang gelombang vang digunakan adalah 919 nm.Contoh2.4Kata Kunci interferensi sinarmonokromatis interferensimaksimum interferensiminimumTes Kompetensi SubbabAKerjakanlah dalam buku latihan.1. Apa vang dimaksud interfensi cahava'2. Sebuah celah ganda berjarak 5 mm di belakang celahdan pada jarak 2 meter diletakkan sebuah lavar. Celahdisinariduasinarmonokromatisdenganpanjanggelombang 175 nm dan 6OO nm. Berapakah jarak garisterang orde keempat kedua sinar pada lavar'3. Seberkas cahava melewati dua celah sempit vang satusama lain berjarak 1 mm. ]arak celah ke lavar 1 meterdan jarak antara dua garis terang pada lavar adalah1,5 1O-2 cm. Berapakah panjang gelombang cahavavangdigunakan'1. Untukmengukurpanjangsinarmerahdilakukanpercobaan sebagai berikut.Sinarbirudenganpanjanggelombang16Onmdijatuhkantegakluruspadacelahganda.Polainterferensi terjadi pada lavar vang berjarak 2 m daricelah. Oaris terang orde pertama berjarak 1,6 mm darigaris terang pusat. Setelah itu, sinar merah dijatuhkanpada celah. 1ernvata, garis terang orde pertama berjarak6,5 mm dari garis terang pusat. 1entukanlah panjanggelombang sinar merah itu.5. Sebuah lapisan tipis memiliki indeks bias 1/3 digunakanuntukmelihatgejalainterferensi.]ikapanjanggelombangnva1.OOOA,tentukantebalminimumlapisan tersebut supava terjadi interferensi.B. Difraksi CahayaPada pelajaran getaran dan gelombang di Kelas X telah dibahas bahwagelombangairvangmelewatisebuahpenghalangdengansebuahcelahsempit akan mengalami lenturan. Oelombang vang datang dapat berbeloksetelahmelaluicelahtersebut.Pembelokangelombangvangdisebabkanolehadanvapenghalangberupacelahdisebutdifraksigelombang.Samahalnvadengangelombang,cahavavangdilewatkanpadasebuahcelahsempitjugaakanmengalamilenturan.MudahdanAktifBelajarFisikauntukKelasXII 38Difraksi cahava terjadi juga pada celah sempit vang terpisah sejajarsatusamalainpadajarakvangsama.Celahsempitvangdemikiandisebut||s|J||rc|s|.Kisiadalahkepingankacavangdigoresmenurutgarissejajardanbanvakjumlahnva.]arakantaraduacelahdisebuttetapankisi(J).1. Difraksi Celah TunggalDifraksipadacelahtunggalakanmenghasilkanpolagaristerangdangelappadalavar.Celahtunggaldapatdianggapterdiriatasbeberapacelahsempitvangdibatasititik-titikdansetiapcelahitumerupakansumbercahavasehinggasatusamalainnvadapatberinterferensi.PerhatikanCambar2.S.Untukmenganalisispoladifraksi,celahpadaCambar2.Sdibagiduabagian.Perhatikangelombang1dan3.Oelombang1menempuhlintasanvanglebihjauhsebesarsin2J0 daripadagelombang3.Samahalnvadengangelombang2dan1vangmemilikibedalintasansebesarsin2J0 .lnterferensiminimumvangmenghasilkangarisgelapterjadijikakeduagelombangberbedafase1oOataubedalintasannvasamadengan12 panjanggelombang.sin2J0~ 2 = sinJ0 ]ikacelahdibagiempatbagian,didapatgarisgelapketika2sin sin1 2JJ 0 0= Halserupadenganitu,jikatelahdibagienambagian,didapatgarisgelapketika3sin sin6 2JJ 0 0= Secaraumumdapatdinvatakanbahwapitagelapke-|terjadijikasin|J0 (2-11)Keterangan:J ~lebarcelah0 ~sudutsimpang(deviasi)| ~ 1, 2, 3, ...Untuk|~Oatau0 ~Oterjadimaksimumutama(pitaterangtengah)sepertidiperlihatkanpadaCambar2.9.Gambar 2.9Maksimumutamaterjadiuntuk k = 0 atau0= 0.maksimumutamaDenganmenggunakanpenghalangcelahtunggalpadalavartampakpoladifraksigaris terang pusat dan garis gelap keempat membentuk sudut 15 terhadap garis normal.]ika cahava vang digunakan memiliki panjang gelombang 6.OOO A, tentukan lebarcelah vang digunakan.Contoh2.5Gambar 2.8Difraksicahayapadacelahtunggal.d54