BAGIAN 8: SIFAT-SIFAT GELOMBANG

Setiap gelombang elektromagnetik mempunyai sifat khas, misalnya gelombang radio mudah dipantulkan, sinar X dapat menembus benda-benda lunak dan ultraviolet dapat memicu terjadinya reaksi kimia. Namun secara umum semua jenis gelombang tersebut memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

1. Perambatannya tidak memerlukan medium sehingga dapat merambat diruang hampa.
2. Dapat mengalami polarisasi karena gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal
3. Diudara atau ruang hampa, kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya. Cepat rambat gelombang diudara adalah sebagai berikut: 

 

 

                                            c = Cepat rambat cahaya (m/s)

      
4. Arah perambatannya tidak dipengaruhi medan listrik dan medan magnet dan gelombang       elektromagnetik tidak bermuatan listrik

5. Dapat mengalami pemantulan, pembiasan, interferensi dan difraksi

 

BAGIAN 10: APLIKASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

A. Gelombang Radio

     Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Pada tabel ini juga diberikan panjang gelombang tertentu untuk tiap lebar frekuensi berikut pemakaiannya.

Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Luas daerah yang hendak dicakup dan panjang gelombang yang akan dihasilkan dapat ditentukan dengan tinggi rendahnya antena. Kita tidak dapat mendengar gelombang radio secara langsung, penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi gelombang bunyi. Ukuran pemancar radio dan penerima sangatlah berbeda. Sebuah pemancar radio dapat berukuran sangat kecil sehingga radio itu dapat ditanam dalam tubuh binatang, sedangkan sebuah antena penerima dapat berukuran sangat besar (kira-kira sepanjang 400 m) sehingga mampu mendeteksi gelombang-gelombang radio dari jarak sangat jauh. Gelombang radio ini juga dapat memberi informasi tentang bintang-bintang. 

BAGIAN 9: GELOMBANG TSUNAMI

Proses terjadinya gelombang tsunami

Tsunami biasanya berhubungan dengan kejadian gempa bumi. Gempa bumi ini merupakan proses terjadinya getaran tanah yang merupakan akibat dari sebuah gelombang elastis yang menjalar melalui massa bumi. Gelombang ini dapat bersumber dari ledakan dahsyat gunung merapi (gempa vulkanik), runtuhan, atau dari pergerakan lempengan bumi (gempa tektonik). Yang menjadi fokus kita saat ini adalah gempa dari jenis tektonik, oleh karena dari berbagai peristiwa yang ada, gempa inilah yang paling banyak menjadi penyebab dari timbulnya gelombang tsunami.

Gambar: Gelombang Tsunami

Gempa tektonik adalah terjadinya pergeseran massa bumi akibat tumbukan yang terjadi pada lempengan bumi. 

Patut diketahui bahwa lempengan bumi selalu bergerak dan berdesakan satu sama lain. Pada saat dua lempengan bumi bertemu, saat itu terjadi penimbunan energi , kemudian terlepas dan menimbulkan getaran yang bisa dirasakan di permukaan bumi. Peristiwa ini sering terjadi pada lempeng samudra karena bentuknya yang lebih tipis dari lempeng benua yang selanjutnya menimbulkan gangguan terhadap massa air laut yang ada di atasnya. Akibat dari gangguang ini salah satunya ialah terjadinya gelombang tsunami.

Sesuai dengan yang diuraikan diatas, tsunami adalah rangkaian gelombang laut dengan panjang gelombang yang sangat besar yang disebabkan oleh terjadinya gangguan laut. Gangguan ini biasanya disebabkan oleh berbagai hal, diantaranya adalah:

1. Gempa Bumi
2. Tanah longsor
3. Letusan gunung merapi
4. Jatuhan meteorit

Gelombang tsunami biasanya memiliki  kecepatan yang dapat mencapai ratusan kilometer per jam. Kecepatan ini berhubungan dengan kedalaman laut ditempat terjadinya gelombang tersebut. Kecepatan dari gelombang ini kemudian akan berkurang ketika mendekati pantai,  dan diringi dengan peningkatan tinggi gelombang yang dapat mencapai puluhan meter serta membawa energi yang sangat dahsyat karena terjadi penumpukan massa air laut.

BAGIAN 7. SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

       Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik.

Gambar spektrum elektromagnetik disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan m) yaitu mencakup kisaran :

1. Energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang      radio

2. Energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray

                                                                                                                                                                                             

                                            

                                                         Gambar: Sketsa Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri atas tujuh macam gelombang yang dibedakan berdasarkan frekuensi serta panjang gelombang tetapi cepat rambat di ruang hampa adalah sama, yaitu c =3 x 10⁸ m/s. Seperti yang sudah dibahas dalam teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik. Frekuensi gelombang terkecil adalah gelombang cahaya serta panjang gelombang terbesar sedangkan frekuensi terbesar adalah sinar gamma serta panjang gelombang terpendek.

         

      Spektrum gelombang elektromagnetik terdiri dari urutan:  

• gelombang radio dan televisi
• gelombang mikr
• infra merah
• cahaya tampak
• ultraviolet
• siar x
• sinar gamma

Urutan dari atas ke bawah adalah frekuensi makin besar serta panjang gelombang makin pendek karena frekuensi dan panjang gelombang berbanding terbalik.

BAGIAN 6: PENGERTIAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

1. Pengertian Gelombang Elektromagnetik

      Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukan medium dan merupakan gelombang transversal. Namun gelombang elektromagnetik merupakan gelombang medan, bukan gelombang mekanik (materi). Pada gelombang elektromagnetik, medan listrik E selalu tegak lurus arah medan magnetik B dan keduanya tegak lurus arah rambat gelombang. Gangguan gelombang elektromagnetik terjadi karena medan listik dan medan magnet, oleh karena itu gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang vakum.

Medan listrik dan medan magnet pada gelombang elektromagnetik

   Gelombang elektromagnetik berasal dari matahari dan angkasa; peralatan elektronik, pemancar radio/TV, satelit, monitor TV, komputer, kilat, bahan radioaktif, alat Rontgen, bara api dan blok mesin yang panas. Secara umum dapat dikatakan gelombang elektromagnetik muncul dari partikel bermuatan yang dipercepat (bergetar, perputar, diperlambat dan dipercepat).

      Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude dan kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbeda-beda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

         

BAGIAN 5: GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

A. Teori Gelombang Elektromagnetik Maxwell

    Sebelum mempelajari lebih lanjut tentang gelombang elektromagnetik, kita perlu terlebih dahulu mengetahui apakah cahaya itu ?. Ini menjadi suatu pertanyaan yang besar bagi manusia beberapa abad yang lalu, sebelum teori persamaan Maxwel dikemukakan. 

Prediksi awal tentang gelombang elektromagnetik dilakukan oleh James Clerk Maxwell (1831-1879). Maxwell membuat suatu teori yang menyatukan fenomena kelistrikan dan kemagnetan. Dalam mengungkapkan hipotesisnya Maxwell menggunakan kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang sebelumnya telah ada, kaidah-kaidah tersebut antara lain:

a. Hukum Gauss yang menyatakan bahwa muatan listrik statis dapat menghasilkan medan listrik. 

b. Hukum Bio-savart yang menyatakan bahwa aliran muatan listrik (arus listrik) dapat menghasilkan medan  magnet.

c. Hukum Faraday yang menyatakan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik.

      Berdasrkan Hukum Faraday, Maxwell mengemukakan hipotesa yaitu perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet, selain itu Maxwell juga mengemukakan kesimpulan lain yaitu jika perubahan-perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik, maka medan listrik yang dihasilkan itu juga berubah-ubah. Perubahan medan listrik ini juga juga menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah dan seterusnya. Dari pernyataan-pernyataan inilah Maxwell membuktikan hipotesisnya dengan menggunakan persamaan-persamaan yang disebut persamaan Maxwell. Dari hasil persamaannya, ia menemukan bahwa perubahan medan-medan yang saling berinteraksi dapat menghasilkan gelombang medan listrik dan medan magnet yang dapat merambat melalui ruang. 

BAGIAN 4: PERSAMAAN GELOMBANG

 A. Persamaan Kecepatan Perambatan Gelombang

      Kecepatan perambatan gelombang adalah satu panjang gelombang dibagi periode. Secara matematis kecepatan perambatan gelombang V dapat ditulis sebagai berikut :

 Karena f = 1/T maka kecepatan perambatan gelombang juga dapat ditulis sebagai berikut :

dengan :

v = kecepatan perambatan gelombang (m)

T = Periode gelombang (s)

f = Frekuensi gelombang (Hz)

λ = panjang gelombang (m)

B. Persamaan Gelombang

    Jika seutas tali yang cukup panjang digetarkan sehingga pada tali terbentuk gelombang transversal berjalan. Gelombang merambat dari titik A sebagai pusat koordinat menuju arah sumbu x positif. Perhatikan gambar dibawah ini.

 

Jika titik A telah bergetar secara periodik selama t sekon. Simpangan gelombang di titik A akan memenuhi simpangan getaran harmonik, yang memenuhi persamaan berikut:

dengan:
          y = Simpangan gelombang (m)
         A = Amplitudo atau simpangan maksimum (m)
         ω = Kecepatan sudut (rad/s)
          t = Lamanya getaran (s)
Oleh karena :

maka persamaan simpangan diatasdapat ditulis menjadi :

y = A sin 2π φ

Contoh soal:

1. Pada permukaan sebuah kolam terdapat dua helai daun yang terpisah satu dengan yang lainnya sejauh 60 cm. Keduanya turun naik bersama permukaan air dengan frekuensi 2 Hz. Bila salah satu berada di puncak bukit gelombang, yang lainnya berada di dasar gelombang. Sedangkan di antara kedua daun itu terdapat satu bukit gelombang, tentukan cepat rambat gelombang pada permukaan kolam ?

  Dik : f = 2 Hz
  Dit : v...... ? 

Penyelesaian :

     Panjang gelombang yang terbentuk dari bukit pertama ke lembah gelombang kedua pada jarak 60 cm

adalah :   3/2 λ = 60 cm, sehingga

                    λ = 2 x 60/3 cm

                    λ = 40 cm

Dengan demikian,

                   v = λf 

                   v = (40 cm) (2 Hz)

                   v = 80 cm/s

2.  Sebuah gelombang berjalan mempunyai persamaan simpangan Y = 0,5 sin π (40t + 8x) m. Cepat rambat gelombang tersebut adalah ?

Penyelesaian :

      Y = 0,5 sin π (40t + 8x) m

      Y = 0,5 sin (40 πt + 8 πx) m

• ω = 40π , dimana ω = 2πf

         2πf  = 40π
             f = 40π/2π
             f = 20 Hz

•    k = 2πx / λ 

        8 πx = 2πx / λ 
            λ =  8π / 2π
            λ = 4π 
            λ = 0,25 m

• v = f x λ 

          v = 20 Hz x 0,25 m
          v = 5 m/s
       

 

BAGIAN 3: LANJUTAN JENIS-JENIS GELOMBANG

Berdasarkan dimensinya gelombang dapat dibagi lagi menjadi tiga yaitu:

1. Gelombang satu dimensi yaitu gelombang yang merambat dalam satu arah, contohnya gelombang tali, gelombang pada dawai dan sejenisnya. Pemantulan gelombang satu dimensi dapat kita buktikan dengan cara melakukan suatu percobaan sederhana. Ikat salah satu ujung tali pada sebuah tiang, pegang salah satu ujung tali, kemudian sentakkan ujung tali tersebut. Setelah ujung tali di sentakkan, akan terbentuk pulsa-pulsa gelombang yang merambat sepanjang ujung tali tersebut. Ketika pulsa mencapai tiang, bagian tali yang dekat dengan tiang memberikan gaya tarik pada siang, sesuai dengan Hukum III Newton yang menyatakan bahwa jika terdapat gaya aksi maka juga terdapat gaya reaksi. Hal inilah yang menyebabkan pulsa-pulsa gelombang yang merambat sepanjang tali bergerak naik- turun ke atas dan ke bawah.
2. Gelombang dua dimensi yaitu gelombang yang merambat dalam bentuk bidang, contohnya gelombang pada permukaan air. Dalam hal ini merambatnya dalam bentuk persegi panjang.
3. Gelombang tiga dimensi yaitu gelombang yang merambat dalam ruang atau kesegala arah, contohnya gelombang radio, gelombang micro, gelombang cahaya.

       Pemantulan gelombang dua dimensi dan tiga dimensi berhubungan dengan muka gelombang. Muka gelombang dapat kita amati, ketika sebuah batu di jatuhkan pada permukaan air. Batu yang jatuh menyebabkan munculnya riak atau gelombang air yang berbentuk lingkaran dan menyebar keluar dari pusat lingkaran. Selain gelombang bidang juga ada istilah gelombang bidang, gelombang bidang merupakan muka gelombang yang bentuknya hampir lurus.

 Gambar: Gelombang satu dimensi pada tali

Setelah kita mengenal jenis-jenis gelombang, untuk selanjutnya mari kita mengenal lebih jauh lagi tentang istilah-istilah dalam gelombang :

• Panjang Gelombang (lamda) adalah jarak antara dua puncak yang berdekatan atau dari rapatan yang satu ke rapatan berikutnya.
• Frekuensi Gelombang (f) adalah banyaknya gelombang yang terbentukdalam waktu satu sekon.
• Periode Gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang.
• Amplitudo Gelombang (A) adalah besar simpangan maksimum dari suatu gelombang. 

 

BAGIAN 2: JENIS-JENIS GELOMBANG

B. Jenis-Jenis Gelombang

         Ditinjau dari zat penghantar atau medium yang dilalui oleh gelombang, kita dapat membedakan dua macam gelombang, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

1. Gelombang Mekanik

      Gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium atau penghantar untuk dapat merambat. Medium gelombang mekanik dapat berupa zat padat, zat cair, atau gas. Suara atau bunyi merupakan salah satu contoh gelombang mekanik yang dapat merambat melalui zat padat, cair atau gas. Contoh lain dari gelombang mekanik yaitu gelombang pada tali, gelombang pada pegas, gelombang pada permukaan air.

         Berdasarkan arah perambatan dan arah getarnya, gelombang mekanik dapat dibagi lagi menjadi dua macam, yaitu :

• Gelombang Transversal

          Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getar dari tiap titik partikel dalam medium, tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Contohnya gelombang cahaya, gelombang permukaan air, dan gelombang pada tali. Untuk melihat arah getar dari gelombang transversal dapat kita gunakan tali dengan cara salah satu ujung tali diikat sedangkan ujung yang lain dibiarkan bebas.

Pada kasus gelombang tali, gerakan tangan naik turun mengakibatkan energi pada tali. Energi tersebut menggetarkan daerah di sekitarnya sehingga daerah disekitarnya ikut pula bergetar naik turun, demikian seterusnya sampai ujung tali. Pada gelombang transversal, satu panjang gelombang adalah jarak yang sama dengan satu bukit gelombang ditambah satu lembah gelombang. Ciri yang dimiliki gelombang transversal, terdapat satu bukit gelombang dan lembah gelombang dan satu panjang gelombang (lamda) adalah jarak yang sama dengan satu bukit gelombang dengan satu lembah gelombang. 

• Gelombang Longitudinal

          Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya searah (paralel) dengan arah rambatannya. Contohnya gelombang pada pegas (slinki) dan gelombang cahaya. Ketika slinki di gerakkan kedepan dan kebelakang, maka pada slinki akan terbentuk rapatan-rapatan dan renggangan-renggangan seperti yang ditunjukkan pada gambar. Pada gelombang longitudinal, satu panjang gelombang adalah jarak yang sama dengan satu rapatan dan ditambah satu renggangan. Ciri yang dimiliki gelombang longitudinal, terdapat rapatan dan renggangan dan satu panjang gelombang adalah jarak yang sama dengan satu rapatan ditambah satu renggangan.

BAGIAN 1: PENGERTIAN GELOMBANG

A. Pengertian Gelombang

         Terbentuknya sebuah gelombang karena adanya sumber yang berupa getaran dan adanya getaran yang merambat. Jadi, gelombang merupakan getaran yang merambat. Dalam perambatannya gelombang memindahkan energi dan tidak menyertakan perambatan mediumnya. Kita perhatikan bentuk permukaan air setelah batu di jatuhkan diatasnya. Getaran merambat dari sumber getaran ke segala arah di atas permukaan air, dalam perambatanya tersebut getaran memerlukan waktu atau dengan kata lain getaran mempunyai periode, dan getaran juga mempunyai kecepatan yang disebut kecepatan gelombang. Permukaan air yang mendapat gangguan berupa getaran mempunyai bentuk gelombang berupa lingkaran. Pusat lingkaran tersebut adalah titik P. Lingkaran tempat kedudukan titik yang mendapat gangguan getaran dengan simpangan yang sama dalam waktu yang bersamaan disebut muka gelombang. 

Gambar muka gelombang berbentuk lingkaran

         Ada juga muka gelombang berbentuk bola yang disebut muka gelombang sferis, misalnya muka gelombang bunyi di udara. Muka gelombang cahaya di dalam kristal transparan anisotropis, bentuknya ellipsoidal. Kristal anisotropis merupakan kristal yang besar, mempunyai kecepatan merambat gelombang ke segala arah tidak sama, kecuali sepanjang suatu arah tertentu.

        

Gambar muka gelombang ellipsoidal

         Bentuk yang lain ialah muka gelombang paralel yaitu muka gelombangnya sejajar satu sama lain. Hal ini akan terjadi apabila sebuah batang yang lurus, jatuh terentang diatas permukaan air.

Muka gelombang cahaya dari matahari dapat di katakan paralel, karena cahaya datang dari tempat yang sangat jauh, sehingga bidang bolanya hampir datar. Arah kecepatan merambat gelombang selalu tegak lurus pada muka gelombang. Didalam cahaya garis lurus yang melukiskan suatu sinar adalah arah kecepatan merambat gelombang cahaya yang selalu tegak lurus pada muka gelombangnya.