Gelombang dalam Bidang Fisika. Ilustrasi gelombang
A. Penemuan Gelombang Elektromagnetik
1. Teori Newton: “Sumber cahaya menembakkan sejumlah partikel ke segala arah. Partikel-partikel
itu tdk bermassa hingga tdk dipengaruhi oleh gravitasi.” Sesuai Hukum I Newton, partikel-
partikel cahaya ini akan bergerak GLB, dan ketika cahaya menumbuk sebuah penghalang tak tembus
cahaya, maka suatu bayangan tajam akan dibentuk pada penghalang itu.
2. Thomas Young pd thn 1804 berhasil mendemonstrasikan interferensi cahaya, yaitu fenomena di
mana 2 sumber cahaya koheren yg dihasilkan oleh celah ganda membentuk pita terang dan pita
gelap secara bergantian pd layar. Fenomena interferensi cahaya tdk dpt diterangkan oleh teori
Newton.
3. Augustin Fresnel dapat memberikan teori matematika tentang Interferensi dan difraksi cahaya.
Lalu Fresnel dan Young mengajukan teori ‘gelombang transversal cahaya’ (cahaya dianggap
membutuhkan medium yg disebut ‘ether’). Teori ini menyulitkan para ilmuwan.
4. James Clerk Maxwell mengajukan ‘teori gelombang elektromagnetik’: “Perubahan medan listrik
menginduksikan medan magnetic yg juga berubah-ubah, lalu dari flux magnetic ini timbul medan
listrik yg berubah-ubah, dan seterusnya. Gelombang elektromagnetik dihasilkan oleh proses
berantai pembentukan medan listrik dan medan magnetic yg merambat ke segala arah.”
5. Karena medan listrik dan medan magnetic selalu saling tegak lurus (┴), dan keduanya tegak
lurus (┴) thp arah rambat gelombang, maka dapat disimpulkan bahwa gelombang elektromagnetik
itu transversal.
6. Persamaan Maxwell: maka diperoleh
Kecepatan cahaya merambat = 3x108 m/s.
= 4 x 10-7 Wb A-1 m-1 (permeabilitas vakum)
= 8,85418x10-12 C2 N-1 m-2 (permittivitas vakum)
7. Heinrich Hertz membuktikan kebenaran teori Maxwell pd thn 1888.
8. Spektrum gelombang elektromagnetik:
• Frekuensi terrendah (panjang gelombang terbesar) yaitu gelombang radio dan TV (104m)
• Frekuensi tertinggi (panjang gelombang terkecil) yaitu sinar gamma (10-13m).
• λ cahaya tampak mulai 4 x 10-7m (violet) sampai 7 x 10-7m (merah)
9. Persamaan dasar gelombang: c = λ.f
B. Karakteristik & Penerapan Gelombang Elektromagnetik
10.Gelombang radio & TV > 30 kHz. Gelombang ini dibangkitkan oleh osilator yg dipancarkan dari
antenna pemancar dan diterima oleh antenna penerima. Tinggi rendah antenna menentukan luas
daerah yg tercakup. Ukuran pemancar dapat sangat kecil, dan ukuran penerima bisa sangat besar
(hingga 400m) untuk mendeteksi gelombang radio yg sangat kecil. λ dan f Gelombang radio &TV :
1500 m, 30-300 kHz (LF/LW); 300m , 300 kHz- 3 MHz (MF/MW) ; 30m, 3-30 MHz (HF/SW); 3m, 30-300
MHz (VHF/VSW); 30 cm, 0,3-3 GHz (UHF/USW); 3 cm, >3 GHz (SHF/Microwaves).
11.Gelombang AM jangkauannya lebih jauh (tapi rendah kualitas suaranya), sedangkan FM jangkauan
pendek (tapi kualitas suara bagus).
12. Jika gelombang mikro diserap maka muncul efek pemanasan, prinsip ini diterapkan pd microwave.
RADAR (Radio Detection and Ranging) juga menggunakan gelombang mikro (f sekitar 1010Hz), dan
memanfaatkan sifat pemantulan gelombang. Jadi antenna radar berfungsi memancarkan dan
menerima. Radar juga tdk terpengaruh cuaca buruk. Rangkaian TV juga menggunakan gelombang
mikro.
13. Radiasi Inframerah (1011 - 1014Hz ; 10-6 – 10-3 m), tidak terlihat namun terdeteksi oleh
miliamperemeter. Dihasilkan oleh electron-elektron yg bergetar akibat pemanasan. Dengan
pelat-pelat potret yg peka thp inframerah, satelit dapat mengamati tumbuh-tumbuhan yg tumbuh
dgn rinci karena stiap jenis tumbuhan memancarkan jumlah & frekuensi inframerah yg berbeda.
Selain itu, inframerah dari tubuh organism dpt diterima oleh foto thermogram untuk mendeteksi
masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Spektroskopi Inframerah dpt digunakan untuk
mempelajari struktur molekul. Energi inframerah dpt menyembuhkan cacar & encok.
Remote Control adalah unit untuk komunikasi dng peralatan listrik memakai sinar inframerah
dari LED. Prinsip ini juga dipakai pd alarm pendeteksi pencuri. Pengering Cepat di tempat
pengecatan mobil memanfaatkan pantulan inframerah (penguat panas).
14. Cahaya tampak yaitu cahaya yg kita pakai untuk penerangan sehari-hari (dikenal oleh retina
mata).
Contoh lain: Sinar laser digunakan di bidang telekomunikasi dan kedokteran (dgn serat optic).
15. Sinar ultraviolet, UV (1015 - 1016Hz ; 10-8 – 10-7 m) dihasilkan oleh atom dan molekul dalam
nyala listrik. Energinya = energy untuk reaksi kimia, maka dipakai utk memendarkan barium
platina sianida dan meng hitamkan pelat foto berlapis perak bromide. UV dari matahari
mengaktifkan provit D dalam tubuh kita utk pertumbuhan tulang, juga dpt sterilisasi
(membunuh) bakteri & virus di ruang operasi/bedah. Molekul Ozon (O3 ) di atmosfer menyerap UV
matahari yg berlebih agar tdk berbahaya bagi organism. Di bank UV digunakan utk mendeteksi
tandatangan.
16. Sinar X (1016 – 1020Hz ; 10-10 – 10-6 m) memiliki daya tembus kuat (menembus almunium tebal 1
cm), tapi besi beberapa millimeter tdk tertembus. Ditemukan oleh Wilhelm K. Rontgen pd Nov
thn 1895. Dihasilkan dari pancaran electron berkecepatan tinggi yg ditumbukkan pd logam.
Sinar ini mudah menembus daging tapi sulit menembus tulang, dan menghitamkan pelat potret,
maka sinar ini digunakan untuk memotret bagian dalam tubuh organism. Tapi tdk boleh lama.
Menentukan letak-letak atom dalam Kristal akibat gejala interferensi sinar X digunakan untuk
Analisis struktur bahan.
Dalam industry sinar X digunakan utk memeriksa cacat benda di bagian dalamnya (misal
‘crack’). Di bandara pemeriksaan barang juga menggunakan sinar X.
17. Sinar gamma (1020 – 1025Hz ; 10-15 – 10-10 m) sangat besar daya tembusnya (menembus pelat
besi yg tebalnya beberapa cm). Jika dikontrol dapat digunakan untuk membunuh sel kanker dan
tumor serta mensterilkan alat-alat di rumah sakit. Dalam industry juga dpt mendeteksi
kecacatan benda atau bahan.
(DISARIKAN OLEH NURON JAMILUDIN DARI BUKU IPA FISIKA "ERLANGGA" UNTUK KELAS X SEMESTER GENAP,
(MARTHEN KANGINAN))
DUALISME PARTIKEL GELOMBANG
Atom adalah partikel suatu unsur yang tidak dapat dibagi lagi dengan cara kimia biasa. Dengan cara fisika, atom dapat dibagi lagi menjadi partikel-partikel penyusun atom.
Ada tiga partikel utama penyusun atom , yaitu electron , proton dan neutron . Dua atom atau lebih bergabung secara kimia membentuk molekul .
Molekul digolongkan menjadi dua, yaitu molekul unsur dan molekul senyawa. Molekul unsur adalhah molekul yang terdiri atas atom-atom satu macam unsur, misalnya molekul gas hidrogen yang tersusun atas dua atom hidrogen. Molekul senyawa adalah molekul yang terdiri atas atom-atom beberapa unsur yang membentuk senyawa itu, misalnya molekul air. ( Sumber: http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/2123643-pengertian-atom-dan-molekul-ilmu/#ixzz21MmzV8RR )
Gejala Foto Listrik.
Yang dimaksud dengan gejala foto listrik adalah emisi (pancaran) elektron dari logam sebagai akibat penyinaran gelombang elektromagnetik (cahaya) pada logam tersebut.
Cahaya biasa mampu melepaskan elektron dari logam-logam alkali.
Hasil-hasil percobaan yang seksama menunjukkan bahwa :
1.Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.
2.Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin
besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.
3.Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama.
Peristiwa-peristiwa di atas tidak dapat diungkap dengan teori cahaya Huygens. Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton. Besar paket energi tiap foton dirumuskan sebagai :
E = h . f
E = Energi tiap foton dalam Joule.
f = Frekwensi cahaya.
h = Tetapan Planck yang besarnya h = 6,625 .10 –34 J.det
Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.
E = a + Ek
h . f = a + ½mv2
Tiap foton yang datang pada logam, sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron sebesar a dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka dapat ditulis persamaan :
Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekwensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron.
Bila frekwensi cahaya sedemikian sehingga h.f = a, maka foton itu hanya mampu melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. Penyinaran dengan cahaya yang frekwensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.
Sifat Kembar Cahaya.
Gejala-gejala interferensi dan difraksi memperlihatkan sifat gelombang yang dimiliki cahaya, dilain pihak cahaya memperlihatkan sifat sebagai paket-paket energi (foton).
Timbul suatu gagasan apakah foton itu dapat diartikan sebagai partikel-partikel.
Untuk menjawab pertanyaan ini A.H. Compton mempelajari tumbukan-tumbukan antara foton dengan elektron.
Kesimpulan yang diperolehnya menunjukkan bahwa foton dapat berlaku sebagai partikel dengan momentum.
Tidak ada keraguan lagi bahwa cahaya memiliki sifat kembar, sebagai gelombang dan sebagai partikel.
Hipotesa de Broglie.
Jika cahaya yang memiliki sifat gelombang, memiliki sifat partikel, maka wajarlah bila partikel-partikel seperti elektron memiliki sifat gelombang, demikian hipotesa yang dikerjakan oleh de Broglie (tahun 1892).
Percobaan Davisson dan Germer.
Jika partikel berlaku sebagai gelombang, harus dapat ditunjukkan bahwa partikel dapat menimbulkan pola-pola difraksi seperti halnya pola-pola difraksi pada gelombang.
Pada tahun 1927 Davisson dan Germer memilih elektron sebagai partikel untuk menguji hipotesa de Broglie. Elektron-elektron diperoleh dari filamen yang dipijarkan, kemudian elektron-elektron itu dipercepat dalam medan listrik yang tegangannya 54 Volt. Setelah dipercepat elektron-elektron memiliki energi kinetik.
Ek = 54 eV = 54 . 1,6 .10 –19 Joule
Momentum elektron :
p = mv
p = 4 .10 –24 kg m/det
Menurut de Broglie, panjang gelombang elektron = 1,65 .10 –10 m
Untuk memperoleh pola difraksi diperlukan kisi-kisi yang lebar celahnya kira-kira sama dengan panjang gelombang yang akan diuji. Sebab jika celah terlampau lebar, tidak menimbulkan gangguan pada gelombang, dan jika kisi terlampau sempit, pola-pola difraksi sukar teramati.
Kisi-kisi yang tepat untuk memperoleh pola difraksi gelombang elektron adalah kisi yang terjadi secara alamiah yakni celah-celah yang berada antara deretan atom-atom kristal bahan padat, dalam hal ini dipergunakan kisi kristal nikel.
Hasil percobaan Davisson dan Germer menunjukkan bahwa elektron-elektron dapat menimbulkan pola-pola difraksi.
Kini tidak disangsikan lagi bahwa apa yang kita kenal sebagai materi dapat pula menunjukkan sifat gelombang, tepat seperti yang diramalkan oleh de Broglie.
LATIHAN SOAL
PILIHLAHLAH JAWABAN YANG PALING TEPAT !
1.Berdasarkan amplitudonya, gelombang digolongkan menjadi…
a. Gelombang transversal dan gelombang longitudinal.
b. Gelombang berjalan dan gelombang stasioner.
c. Gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.
d. Gelombang satu dimensi dan gelombang dua dimensi.
e. Gelombang datar dan gelombang melingkar.
2.Gelombang bunyi dan cahaya, keduanya:
(1) Dapat merambat dalam ruang hampa. (2) Dapat mengalami polarisasi.
(3) Merupakan gelombang elektromagnetik, dan (4) Dapat mengalami difraksi
Pernyataan di atas yang benar adalah…
a. (1),(2), dan (3)
b. (1) dan (3)
c. (2) dan (4)
d. (4)
e. (1),(2),(3), dan (4)
3. Di antara keempat jenis gelombang berikut:
(1)Dapat merambat dalam ruang hampa. (2)Dapat mengalami polarisasi.
(3)Merupakan gelombang elektromagnetik, dan (4)Dapat mengalami difraksi
Yang mengalami polarisasi adalah…
a. (1),(2), dan (3)
b. (1) dan (3)
c. (2) dan (4)
d. (4)
e. (1),(2),(3), dan (4)
4. Gelombang laut bergerak dari daerah dalam menuju daerah yang lebih dangkal, Ketika berada di
tempat dalam, kecepatan gelombang 2 m/s dan jarak antara dua puncak gelombang secara berurutan
3 m. Jika jarak dua puncak gelombang berurutan di tempat dangkal 2 m, maka kecepatan gelombang
di tempat tersebut adalah….
a. 0,3 m/s
b. 0,7 m/s
c. 1,3 m/s
d. 3,0 m/s
e. 4,0 m/s
5. Gelombang bergerak dari tempat dalam dengan kelajuan 2 m/s dan sudut datang 600 menuju tempat
dangkal. Jika di tempat dangkal, gelombang membelok dengan sudut bias 450, maka kelajuan
gelomban di tempat dangkal adalah…..
a. 2 m/s
b. 3 m/s
c. 4 m/s
d. 5 m/s
e. 6 m/s
Diambil dari :: https://edingulik.wordpress.com/2008/08/06/soal-fisika-babigelombang/
6. Berapa joule energi foton yang panjang gelombangnya 6000 Angstrom. Tetapan Planck = 6,6 .10 –
34 joule . det.
7. Berapakah panjang gelombang elektron yang bergerak dengan kecepatan 9 .107 m/det.
8. Sebuah partikel dengan muatan q dan massa m dipercepat dari keadaan diam melalui beda
potensial V.
a. Tentukan panjang gelombang de Broglie.
b. Hitung jika partikel adalah sebuah elektron dan V = 50 Volt
http://www.fisika-indonesia.blogspot.com/2011/05/dualisme-gelombang-partikel.html
TUGAS : Jawaban di kerjakan di kertas folio dikumpulkan pada pertemuan kuliah terakhir . Ingat ! Tidak boleh ada jawaban kembar identik .Berani jujur itu hebat !!
0 Komentar