12. FISIKA "Gelombang"

Menjelaskan berbagai jenis gelombang elektromagnet serta manfaatnya atau bahayanya dalam kehidupan sehari-hari.

Puncak dari teori gelombang elektromagnetik pada abad ke-19 adalah prediksi dan verifikasi eksperimental bahwa gelombang medan elektromagnetik dapat menjelajah angkasa. Penemuan ini membuka dunia baru bagi komunikasi. Diawali dengan telegraf tanpa kawat, kemudian radio dan televisi. Dan menghasilkan prediksi spektakuler bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Prediksi teoritis mengenai gelombang elektromagnetik merupakan hasil karya fisikawan Skotlandia yang bernama James Clerk Maxwell.


Sifat dan Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Sebagaimana gelombang mekanik, gelombang elektromagnetik juga memiliki sifat yang kurang lebih hampir sama. Adapun sifat dari gelombang elektromagnetik, antara lain, dapat merambat di ruang hampa, merupakan gelombang transversal, mengalami pemantulan (refleksi), mengalami pembiasan (refraksi), mengalami interferensi, mengalami lenturan (difraksi), dan arah rambatannya tidak ditentukan oleh medan listrik maupun medan magnet. Cahaya, gelombang radio, sinar-X, dan sinar gamma adalah contoh dari gelombang elektromagnetik. Berbagai jenis gelombang elektromagnetik tersebut hanya berbeda dalam frekuensi dan panjang gelombangnya.
Hubungan kecepatan perambatan gelombang, frekuensi, dan panjang gelombang dinyatakan sebagai berikut.

(4.b.1.)

Keterangan:
c : kecepatan perambatan gelombang (m/s)
f : frekuensi gelombang (Hz)
: panjang gelombang (m)

Perbedaan interval/jarak panjang gelombang dan frekuensi gelombang yang disusun dalam bentuk tabel panjang gelombang dan frekuensi secara berurutan disebut spektrum gelombang elektromagnetik. Gelombang radio memiliki frekuensi terendah, sedangkan sinar gammamemiliki frekuensi tertinggi.



Gambar 4.1.11. Spektrum GEM
Sumber Google image



Jenis-jenis gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

1. Gelombang Sinar Gamma

Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi tertinggi dalam spektrum gelombang elektromagnetik, yaitu antara 1020Hz sampai 1025 Hz. Panjang gelombangnya berkisar antara 10–5 nm sampai 0,1 nm. Sinar gamma berasal dari radioaktivitas nuklir atau atom-atom yang tidak stabil dalam waktu reaksi inti. Sinar gamma memiliki daya tembus yang sangat kuat, sehingga mampu menembus logam yang memiliki ketebalan beberapa sentimeter. Jika diserap pada jaringan hidup, sinar gamma akan menyebabkan efek yang serius seperti mandul dan kanker.

2. Sinar-X

Sinar-X mempunyai frekuensi antara 1016Hz sampai 1020 Hz. Panjang gelombangnya 10–11 sampai 10–8 m. Sinar –X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun 1895. Untuk menghormatinya sinar-X juga disebut sinar rontgen. Sinar-X dihasilkan dari elektron-elektron yang terletak di bagian dalam kulit elektron atom atau dapat dihasilkan dari elektron dengan kecepatan tinggi yang menumbuk logam. Sinar-X banyak dimanfaatkan dalam bidang kedokteran seperti untuk memotret kedudukan tulang, dan bidang industri dimanfaatkan untuk menganalisisstruktur kristal. Sinar-X mempunyai daya tembus yang sangat kuat. Sinar ini mampu menembus zat padat seperti kayu, kertas, dan daging manusia. Pemeriksaan anggota tubuh dengan sinar-X tidak boleh terlalu lama, karena membahayakan.

3. Sinar Ultraviolet

Sinar ultraviolet merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi antara 1015 Hz sampai dengan 1016 Hz. Panjang gelombangnya antara 10 nm sampai 100 nm. Sinar ultraviolet dihasilkan dari atom dan molekul dalam nyala listrik. Sinar ini juga dapat dihasilkan dari reaksisinar matahari. Sinar ultraviolet dari matahari dalam kadar tertentu dapat merangsang kulit menghasilkan vitamin D . Secara khusus, sinar ultra violet juga dapat diaplikasikan untuk membunuh kuman. Lampu yang menghasilkan sinar seperti itu digunakan dalam perawatan medis. Sinar ultraviolet juga dimanfaatkan dalam bidang perbankan, yaitu untuk memeriksa apakah tanda tangan Anda di slip penarikan uang sama dengan tanda tangan dalam buku tabungan.

4. Cahaya atau Sinar Tampak

Cahaya atau sinar tampak mempunyai frekuensi sekitar 1015 Hz. Panjang gelombangnya antara 400 nm sampai 800 nm. Mata manusia sangat peka terhadap radiasi sinar tersebut, sehingga cahaya atau sinar tampak sangat membantu penglihatan manusia.
5. Sinar Infra Merah

Sinar infra merah mempunyai frekuensi antara 1011 Hz sampai 1014 Hz. Panjang gelombangnya lebih panjang/besar dari pada sinar tampak. Frekuensi gelombang ini dihasilkan oleh getaran-getaran elektron pada suatu atom atau bahan yang dapat memancarkan gelombang lektromagnetik pada frekuensi khas. Di bidang kedokteran, radiasi inframerah diaplikasikan sebagai terapi medis seperti penyembuhan penyakit encok dan terapi saraf. Pada bidang militer, dibuat teleskop inframerah yang digunakan melihat di tempat yang gelap atau berkabut. Hal ini mungkin karena sinar infra merah tidak banyak dihamburkan oleh partikel udara. Selain itu, sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan. Di bidang elektronika, infra merah dimanfaatkan pada remote kontrol peralatan elektronik seperti TV danVCD. Unit kontrol berkomunikasi dengan peralatan elektronik melalui reaksi yang dihasilkan oleh dioda pancar cahaya (LED).

6. Radar atau Gelombang Mikro

Gelombang mikro merupakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi sekitar 1010 Hz. Panjang gelombangnya kira-kira 3 mm. Gelombang mikro ini dimanfaatkan pada pesawat radar (radio detection and ranging). Gelombang radar diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek, memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut, serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.

7. Gelombang Radio dan Televisi

Gelombang radio mempunyai frekuensi antara 104Hz sampai 109Hz. Gelombang televisi frekuensinya sedikit lebih tinggi dari gelombang radio. Gelombang ini diaplikasikan sebagai alat komunikasi, sebagai pembawa informasi dari satu tempat ke tempat lain.

a. Gelombang Radio AM

Informasi yang dipancarkan oleh antena yang berupa suara dibawa gelombang radio berupa perubahan amplitudo yang disebut amplitude modulasi (AM). Gelombang AM mempunyai frekuensi antara 104 Hz sampai 107Hz. Gelombang tersebut memiliki sifat mudah dipantulkan oleh lapisan ionosfer bumi, sehingga mampu mencapai jangkauan yang sangat jauh dari stasiun pemancar radio. Kelemahan gelombang radio AM adalah sering terganggu oleh gejala kelistrikan di udara, sehingga gelombang yang ditangkap pesawat radio kadang terdengar berisik.

b. Gelombang Radio FM

Gelombang radio FM dan mempunyai frekuensi sekitar 108Hz. Radio FM menggunakan gelombang ini sebagai pembawa berita/informasi. Informasi dibawa dengan cara frekuensi modulasi (FM). Pemancar FM lebih jernih jika dibandingkan dengan pemancar AM. Halini dikarenakan gelombang radio FM tidak terpengaruh oleh gejala kelistrikan di udara. Gelombang radio FM tidak dapat dipantulkan oleh ionosfer bumi, sehingga tidak dapat menjangkau tempat-tempat yang jauh di permukaan bumi. Supaya jangkauan gelombang jauh diperlukan stasiun penghubung (relai), yang ditempatkan di satelit atau di permukaan bumi.

c. Gelombang Televisi

Gelombang televisi lebih tinggi frekuensinya dari gelombang radio FM. Sebagaimana gelombang radio FM, gelombang televisi membawa informasi gambar dan suara. Gelombang ini tidak dipantulkan oleh ionosfer bumi, sehingga diperlukan penghubung dengan satelit atau di permukaan bumi untuk tempat yang sangat jauh.

Menentukan ciri-ciri dan besaran fisis pada gelombang

1. Gelombang Berjalan
Secara umum, persamaan gelombang berjalan dituliskan sebagai berikut :

y=A Sin 2π/T(t±X/v)

Keterangan :
Tanda + jika gelombang merambat dari kanan ke kiri
Tanda – jika gelombang merambat dari kiri ke kanan

Y=±A sin(ωt ± kx) atau y = ±A sin 2πf (t±X/v)

Keterangan :
Y = simpangan getaran di titik yang berjarak x dari titik asal getaran (m)
A = amplitudo getaran di titik asal (m)
t = lama titik asal telah bergetar (s)
T = periode getaran (s)
v = cepat rambat gelombang (m/s)
ω = kecepatan sudut (rad/s)
f = frekuensi getaran (Hz)
k = bilangan gelombang
x = jarak titik pada tali dari titik asal getaran (m)
ƛ = panjang gelombang (m)

Sudut fase gelombang berjalan dirumuskan sebagai berikut :

θ = 2π(t/T ± x/ƛ)
θ = 2πφ

Keterangan : θ = sudut fase
φ = fase

2. Gelombang Stasioner
a. Gelombang stasioner oleh pemantulan pada ujung terikat
Persamaan gelombang ini dapat dituliskan sebagai berikut :
Y = 2A sin kx cos ωt
Amplitudo = 2A sin kx
Letak simpul ke (n+1) dari ujung terikat adalah Xn+1 = (2n)ƛ/4. Letak perut ke (n+1) dari ujung terikat adalah Xn+1 = (2n+1)ƛ/4. Untuk perut dan simpul ke-1 nilai n = 2, untuk simpul ke-2 nilai n = 1.
b. Gelombang stasioner oleh pemantulan pada ujung bebas
Persamaan dituliskan sebagai berikut :
Y = 2A cos kx sin ωt
Amplitudo = 2A cos kx
Letak simpul ke (n+1) dari ujung bebas adalah Xn+1 = (2n+1)ƛ/4. Letak perut ke (n+1) dari ujung bebas adalah Xn+1 = (2n)ƛ/4. Nilai n = 0,1,2, ...

Posted in: TUGAS FLASH