GELOMBANG

PENGERTIAN GELOMBANG
Gelombang merupakan proses merambatnya suatu getaran yang tidak disertai dengan

perpindahan medium perantaranya. Gelombang hanya memindahkan energi. Perhatikan perahu nelayan yang diam di atas permukaan air laut. Pada saat ombak datang, perahu hanya bergerak turun naik tanpa bergeser posisinya.
B. Klasifikasi Gelombang berdasarArah Getar danArah Rambatnya
Berdasarkan arah getar dan arah rambatnya, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu
gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

1. Gelombang Transversal
Gelombang transversal merupakan gelombang yang arah getarnyat e gakl ur us terhadap arah rambatnya. Contoh gelombang transversal adalah seperti peristiwa gelombang yang terjadi pada tali di atas.Jarak BP, QD, FR, dan SH disebut sebagai amplitudo gelombang, yaitu simpangan terjauh
yang dimiliki oleh gelombang, satuannya meter dalam SI

OBC dan EFG disebut bukit gelombang dengan puncak gelombang di titik B dan F. Sedangkan CDE dan GHI disebut lembah gelombang dengan dasar gelombang di titik D dan H.

Satu gelombang terdiri atas satu bukit dan satu lembah. Panjang satu bukit dan satu lembah disebut sebagai panjang gelombang (P). Panjang gelombang adalah jarak antara O ke E, atau B ke F, atau bisa juga jarak D ke H.
Periode gelombang (T) adalah waktu (dalam sekon) yang diperlukan untuk menempuh satu panjang gelombang.

2. Gelombang LongitudinalGelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnyas ej aj ar dengan arah rambatnya. Contohnya ketika sebuah slinki (pegas yang panjang) ditekan secara horizontal, maka akan menghasilkan bentuk gelombang longitudinal.
Satu panjang gelombang pada gelombang longitudinal terdiri atas satu buah rapatan dan satu buah renggangan.

SIFAT-SIFAT GELOMBANGGelombang memiliki karakteristik (ciri-ciri) secara umum :

1. Dapat dipantulkan atau dicerminkan (refleksi)
Peristiwa pemantulan gelombang ini telah Anda kenal pada saat mempelajari optik geometri
di kelas X. Pada peristiwa ini berlakuHukum Pemantulan menurut Snellius.

2. Dapat dibiaskan (refraksi)
Pembiasan dapat terjadi ketika gelombang melewati dua medium yang berbeda.

3. Dapat dilenturkan (difraksi)
Difraksi (lenturan) terjadi ketika gelombang melewati sebuah celah sempit. Peristiwa ini
akan dibahas lebih lanjut pada pokok bahasan selanjutnya tentang Gelombang Cahaya.

4. Dapat digabungkan atau dipadukan (interferensi)

Interferensi gelombang terjadi ketika ada dua buah gelombang yang bersatu (berpadu) sehingga menghasilkan pola interferensi maksimum dan minimum. Peristiwa ini akan dibahas lebih lanjut pada pokok bahasan selanjutnya tentang Gelombang Cahaya.

5. Dapat dikutubkan (polarisasi)

Polarisasi adalah peristiwa terserapnya sebagian atau seluruh arah getar gelombang. Peristiwa polarisasi ini hanya terjadi pada gelombang transversal. Lebih lanjut dibahas pada pokok bahasan selanjutnya tentang Gelombang Cahaya.

6. Dapat diuraikan (dispersi)

Mengapa dinding sekolah berwarna hijau? Mengapa langit berwarna biru? Hal ini karena cahaya matahari mengalami gejala dispersi. Cahaya matahari yang Anda lihat berwarna putih, sebenarnya terdiri atas sinar-sinar merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Ketika Anda melihat dinding sekolah berwarna hijau, artinya dinding sekolah memiliki kemampuan untuk memantulkan pigmen warna hijau, dan menyerap warna selain hijau
Demikian juga yang terjadi ketika langit tampak berwarna biru. Ketika Anda melihat
whiteboard berwarna putih, artinya seluruh pigmen warna dipantulkan ke mata kita, dan
ketika papan tulis berwarna hitam, artinya seluruh pigmen warna diserap oleh papan tulis
(tidak ada pigmen warna yang dipantulkan).

D. Klasifikasi Gelombang berdasar perlu tidaknya Medium Perambatan

Berdasarkan perlu tidaknya medium untuk merambat, gelombang dibedakan menjadi dua, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

1. Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium pada saat merambat. Contohnya seperti gelombang pada tali dan gelombang pada pegas di atas. Juga gelombang bunyi.

2. Gelombang Elektromagnetik
elombang elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium pada saat merambat. Contohnya gelombang cahaya.

a. Pemantulan Gelombang (Refleksi Gelombang)

gambar:refraksi gelombang.jpg

Pemantulan gelombang pada tangki riak, pada pemantulan ini diperoleh gelombang lingkaran yang pusatnya adalah sumber gelombang S. Gelombang pantul yang dihasilkan oleh bidang lurus juga berupa gelombang lingkaran S sebagai pusat lingkaran. Jarak S ke bidang pantul sama dengan jarak s ke bidang pantul.
Menurut Hukum Snellius, gelombang dating, gelombang pantul, dan garis normal berada pada satu bidang dan sudut dating akan sama dengan sudut pantul, seperti tampak pada gambar berikut:
Untuk gelombang dua atau tiga dimensi seperti gelombang air, kita mengenal dengan istilah sinar gelombang dan muka gelombang.

Muka Gelombang

Muka gelombang (Front wave) didefinisikan sebagai tempat kedududkan titik – titik yang memiliki fase yang sama pada gelombang, pada gambar di samping ini menunjukkan lingkaran – lingkaran tersebut merupakan muka gelombang. Jarak antara muka gelombang yang berdekatan sama dengan satu gelombang (λ). Sinar gelombang adalah garis yang ditarik dengan arah tegak lurus terhadap muka gelombang

Bila gelombang melingkar merambat terus kesegala arah maka pada jarak yang jauh dari sumber gelombang, kita akan melihat muka gelombang yang hamper lurus, seperti halnya gelombang air laut yang sampai dipantai. Muka gelombang yang seperti ini disebut sebagai muka gelombang bidang.

b. Pembiasan Gelombang (Refraksi Gelombang)

Pada pemantulan gelombang, gelombang yang tiba di batas medium akan dipantulkan ke arah semula. Pada pembiasan, gelombang yang mengenai bidang batas antara dua medium, sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan atau dibiaskan. Gelombang yang dibiaskan ini akan mengalami pembelokan arah dari arah semula tergantung pada mediumnya.
Pada medium kedua, cepat rambat gelombang mengalami perubahan dan perubahan ini pun tergantung pada mediumnya. Dengan kata lain, pembiasan gelombang adalah pembelokan arah lintasan gelombang etelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda.

gambar:refraksi gelombang1.jpg

Gambar pembiasan sinar dari udara ke air

Pada gambar diatas diperlihatkan pembiasan cahaya dari medium udara dengan indeks bias n, ke medium air yang memiliki indeks bias n2. Menurut Hukum Snellius tentang pembiasan:
1. Sinar datang, garis normal, dan sinar bias, terletak pads satu hidang datar.
2. Sinar yang datang dari medium dengan indeks bias kecil ke medium dengan indeks bias yang lebih besar dibiaskan mendekati garis normal, dan sebaliknya.
3. Perbandingan nilai sinus sudut datang (sin i) terhadap sinus sudut bias (sin r) dari satu medium ke medium lainnya selalu tetap. Perbandingan ini disebut sehagai indeks bias relatif suatu medium terhadap medium lain. Secara matematis Hukum Snellius dapat dirumuskansebagai berikut:

n₁ sin⁡ i = n₂ sin⁡ r

atau

n₂ /n₁ = sin⁡ i / sin ⁡r

Dengan n1 adalah indeks bias medium pertama, n2 adalah indeks bias medium kedua, I adalah sudut dating, dan r adalah sudut bias. Adapun n21 adalah indeks bias relative medium 2 terhadap medium 1. Indeks bias mutlak didefinisikan sebagai berikut:

n= c/v

Dengan :
C = laju cahaya di ruang hampa
V = laju cahaya dalam suatu medium
Indeks bias mutlak ruang hampa (n₁ = 1) ke dalam air (n₂), indeks bias n₂ menjadi indeks bias mutlak dan dituliskan sebagai berikut:
n₂= sin⁡ i / sin ⁡r

Gambar (a) menunjukkan gelombang air merambat dari satu medium menuju ke medium lain setelah melewati bidang batas antara kedua medium, gelombang tersebut mengalami pembelokan. Pada peristiwa tersebut terjadi perubahan arah rambat gelombang dan panjang gelombang λ2 lebih pendek dari pada λ1.

Gambar (b) menunjukkan adanya perubahan kecepatan gelombang. Gelombang merambat dari medium yang memiliki indeks bias n1 ke medium lain dengan indeks bias n2.

Keterangan :
(a) Perubahan panjang gelombang, λ2 lebih pendek dari pada λ1.
(b) Perubahan kecepatan gelombang, v2 lebih kecil dari pada v1.

Dari kedua gambar tersebut diturunkan persamaan pembiasan gelombang sebagai berikut:

'
'sin⁡i/sin⁡r = v₁/v₂ = (fλ₁)/(fλ₂ )= λ₁/λ₂

Dari satu medium ke medium lainnya, frekuensi gelombang tetap. Jadi yang mengalami perubahan adalah kecepatan dan panjang gelombang

Pemantulan Sempurna

                 Pemantulan sempurna dapat terjadi jika sinar datang dari medium rapat ke medium kurang rapat (udara), dan sudut dating melampaui sudut kritisnya.
                 Penerapan hukum snellius pada pemantulan sempurna memenuhi persamaan seperti dibawah ini, dengan mengetahui perbandingan indeks bias mutlak n1 dan n2 , sudut kritis cahaya dari suatu medium dapat ditentukan.
                                                   n₂ sin⁡ i_k= n₁ sin⁡ r,dengan r =90⁰ sehingga n₂ sin⁡ i_k= n₁

sin i_k= n₁/n₂

Secara umum sifat – sifat gelombang adalah:
1) Dapat mengalami pemantulan atau refleksi;
2) Dapat mengalami pembiasan atau refraksi;
3) Dapat mengalami superposisi atau interferensi;
4) Dapat mengalami lenturan atau difraksi, dan;
5) Dapat mengalami pengutuban atau polarisasi.

c. Interferensi Gelombang

                                                                                 Keterangan:
        (a) Dua Gelombang Sefase
      (b) Dua gelombang berlawanan fase

Dua gelombang disebut .sefase. jika kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi sama dan pada setiap saat yang sama memiliki arah simpangan yang sama pula. Adapun dua gelombang disebut berlawanan fase, jika kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi sama, dan pada setiap seal yang sama memiliki arah simpangan yang berlawanan.
Untuk mengamati interterensi dari dua buah gelombang dapat digunakan sebuah tangki rink (ripple tank). Pertemuan kedua gelombang akan mengalami inter¬ferensi..lika pertemunan kedua gelombang saling menguatkan, disebut interf reusi maksimum atau interferensi konstruktif. Peristiwa ini terjadi jika pada titik pertemuan tersebut kedua gelombang sefase. Akan tetapi, jika pertemuan gelombang saling melemahkan, disebut interferensi minimum atau interferensi destruktif. Peristiwa ini terjadi jika pada titik pertemuan tersebut kedua gelombangnya berlawanan fase.

Jika dua gelombang sefase dan dua gelombang berlawanan fase mengalami interferensi, akan didapatkan seperti gambar dibawah ini:

Keterangan:
(a) Interferensi maksimum dua gelombang sefase
(b) Interferensi minimum dua gelombang berlawanan fase

d. Difraksi gelombang

Peristiwa difraksi atau lenturan dapat terjadi jika sebuah gelombang melewati sebuah penghalang atau melewati sebuah celah sempit. Pada suatu medium yang serba sama, gelombang akan merambat lurus. Akan tetapi, jika pada medium tersebut gelomhang terhalangi, bentuk dan arah perambatannya dapat berubah.
Perhatikan Gambar diatas. Sebuah gelombang pada permukaan air merambat lurus. Kernudian, gelombang tersebut terhalang oleh sebuah penghalang yang memiliki sebuah celah sempit. Gelombang akan merambat melewati celah sempit tersebut. Celah sempit seolah-olah merupakan sumber gelomhang baru. Oleh karena itu. setelah melewati celah sempit gelombang akan merambat membentuk Imgkaran-lingkaran dengan celah sempit tersebut sebagai pusatnya.

e. Dispersi Gelombang

Perubahan bentuk gelombang ketika melewati suatu medium disebut disperse gelombang.
Gelombang longitudinal, seperti gelombang bunyi, kecil sekali mengalami disperse atau bahkan tidak sama sekali. Sifat inilah yang digunakan dalam pencitraan dengan mengunakan USG (Ultra Sonografi).
Gelombang cahaya mengalami disperse. Dengan sifat disperse gelombang cahaya pada prisma, kita dapat menentukan lebar spektrum matahari. Misalkan cahaya polikromatik (cahaya matahari) dilewatkan pada prisma dengan indeks bias n2 dalam medium berindeks bias n1, dan sudut pembias β seperti pada gambar dibawah ini.

Besar sudut yang dibentuk antara sinar yang masuk ke prisma dan yang keluar prisma disebutsudut deviasi, yang besarnya dapat ditulis sebagai berikut:

D=i+r'- β

Keterangan:
β = sudut pembias prisma
i = besar sudut cahaya dating ke prisma
r’ = besar sudut cahaya saat meninggalkan prisma

Dengan menggunaka hukum Snellius, kita dapat menghitung sudut deviasi minimum sebagai berikut:

Dm=2i-β

Bila sudut pembias lebih besar dari 150 (β > 150) besar sudut deviasi minimum n1 sin ((Dm+ β))/2= n_2 sin⁡(β/2)
Bila sudut pembias lebih kecil dari 150 (β < 150) maka

Dm =(n₂/n₁ - 1)β
Keterangan:
n1 = indeks bias medium di sekitar prisma, bila udara n = 1
n2 = indeks bias prisma
Dm = sudut deviasi minimum (derajat)

Sudut Dispersi

Bila cahaya putih (polikromatik) atau cahaya matahari melewati suatu prisma maka cahaya yang keluar dari prisma berupa spektrum cahaya matahari yang terdiri atas warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nilla, dan ungu. Penguraian warna polikromatik menjadi warna monokromatik yang disebabkan oleh perbedaan cepat rambat dari masing – masing warna disebut dengan disperse. Setiap warna cahaya memiliki sududt deviasi minimum masing – masing.
Selisih deviasi warna ungu dengan warna merah disebut sudut dispersi. Jadi, lebar sudut disperse atau lebar spectrum matahari dapat dinyatakan sebagai berikut:

φ= (nμ- 1)β - (nm- 1)β atau
φ= (nμ- nm )β

Dengan:
nµ = indeks bias sinar ungu
nm = indeks bias sinar merah
φ = sudut disperse
β = sudut pembias prisma

f. Polarisasi Gelombang

Gelombang yang hanya merambat pada satu bidang disebut gelombang terpolarisasi linier, sedangkan gelombang yang merambat tidak pada satu bidang disebut gelombang takterpolarisasi.

Keterangan :

'
(a) Gelombang terpolarisasi linier pada arah vertical

(b) Gelombang terpolarisasi linier pada arah horizontal

Gelombang cahaya terpolarisasi adalah gelombang cahaya yang getarannya hanya dalam satu bidang, proses untuk mengubah cahaya takterpolarisasi menjadi cahaya terpolarisasi dikenal sebagai polarisasi.

Macam-macam, Jenis-jenis Gelombang, Berdasarkan Arah Rambat Getar Medium Amplitudo - Di alam ini banyak sekali terjadi gelombang. Contohnya ada gelombang air, gelombang tali, cahaya, bunyi, dan gelombang radio. Apakah semua gelombang itu sama? Ternyata semua gelombang itu dapat dikelompokkan menjadi beberapa jenis sesuai sifat kemiripannya contohnya dapat dibagi dengan dasar berikut.

a. Berdasarkan arah rambat dan arah getar

Berdasarkan arah rambat dan arah getarnya, gelombang dapat dibagi menjadi dua. Pertama, gelombang transversal yaitu gelombang yang arah rambat tegak lurus pada arah getarnya. Contohnya gelombang air, tali dan cahaya. Kedua, gelombang longitudinal yaitu gelombang yang arah rambat dan arah getarnya sejajar. Contohnya gelombang pegas dan bunyi. Perbedaan kedua gelombang ini dapat kalian lihat pada Gambar 1.

gelombang longitudinal gelombang transversal

Gambar 1. Jenis-jenis gelombang (a) gelombang longitudinal, (b) gelombang transversal. [1]

b. Berdasarkan zat perantara atau medium rambatannya,

Berdasarkan mediumnya, gelombang juga dapat dibagi menjadi dua.

Gelombang mekanik adalah gelombang yang membutuhkan media dalam merambat. Contohnya gelombang tali dan bunyi. Apa yang terjadi jika ada dua orang astronot yang bercakap-cakap diruang hampa? Jawabnya tentu tidak bisa secara langsung dari percakapan antar bunyi dari mulutnya.
Sedangkan adalagi gelombang yang tidak membutuhkan media dalam merambat. Gelombang ini dinamakan gelombang elektromagnetik. Contohnya cahaya, gelombang radio dan sinar-X.

c. Berdasarkan amplitudonya [1]

Berdasarkan amplitudonya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni gelombang berjalan dan gelombang diam/berdiri.

Gelombang berjalan, adalah gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang dilalui gelombang, misalnya gelombang pada tali.
Gelombang diam / berdiri, adalah gelombang yang amplitudonya berubah, misalnya gelombang pada senar gitar yang dipetik.