Gelombang, Bunyi dan Cahaya

Kami sampaikan tentang Gelombang, Bunyi dan Cahaya dengan detail dari materi Fisika kelas 11 Sekolah Menengah Atas Kurikulum Merdeka.

Peta Konsep

Ringkasan Materi Fisika Kelas 11 Bab 5 Kurikulum Merdeka – Gelombang, Bunyi dan Cahaya

Gelombang

Apakah kamu pernah melihat riakan pada permukaan air, baik di sungai maupun di kolam? Riakan yang kamu amati yaitu fenomena disebut dengan gelombang. Fenomena gelombang ini luas aplikasinya serta seringkali ditemui pada kehidupan sehari-hari seperti bunyi dan cahaya. Salah satu teknologi sering digunakan serta memanfaatkan sifat-sifat gelombang yaitu internet.

Agar dapat pahami apa itu gelombang, perhatikanlah percobaan terhadap gambar di atas. Energi mekanik terhadap bandul akan diubah hingga jadi getaran pada permukaan air, lalu getaran itu merambat serta membentuk gelombang. 

Gelombang merambatkan energi dengan periodik hingga fungsi gelombang akan penuhi bentuk persamaan berulang atau periodik, baik pada ruang atau jarak maupun waktu. Ada pun interpretasi gelombang pada masing-masing fungsi waktu serta jarak bisa ditunjukkan pada gambar di bawah ini. 

Kamu bisa temukan berbagai besaran seperti simpangan gelombang maksimum maupun amplitudo, periode, panjang gelombang, serta frekuensi. Ada pun untuk besaran cepat rambat gelombang bisa ditulis dengan persamaan:

Jenis-Jenis Gelombang

A. Berdasarkan Arah Getaran serta Arah Rambatnya

Berdasarkan arah getaran serta arah rambatnya gelombang bisa dibagi hingga jadi gelombang longitudinal serta gelombang transversal. Gelombang longitudinal yaitu gelombang arah getarannya berlimpit dengan arah rambatnya. Gelombang tranversal yaitu gelombang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatnya. 

B. Berdasarkan Perantara (Medium) Rambatannya

Berdasarkan perantara atau medium rambatannya, gelombang bisa dibagi hingga menjadi gelombang mekanik serta gelombang eletromagnetik. Gelombang mekanik yaitu gelombang memerlukan medium untuk merambat. Sedangkan gelombang elektromagnetik yaitu gelombang tidak perlukan medium untuk merambat. 

Beda Fase Gelombang

Gelombang adalah getaran merambat, sehingga posisi simpangan gelombang bisa dinyatakan dengan fase gambar di atas. Fase gelombang tidak mempunyai kuantitas pasti karena bergantung dengan posisi serta waktu dari titik diamati. Fase gelombang bisa dinyatakan dengan persamaan. 

Prinsip-Prinsip Pada Gelombang

A. Prinsip Superposisi

Jika 2 gelombang maupun lebih merambat terhadap medium sama. Maka, gelombang-gelombang tersebut akan bertemu di sebuah titik serta waktu sama. Simpangan kedua gelombang ini bisa dijumlahkan serta menghasilkan gelombang baru dengan simpangan berbeda, hingga terjadi superposisi gelombang. 

B. Prinsip Huygens – Fresnel

Prinsip Huygens menyatakan bahwa: “setiap titik dilewati sumber gelombang akan hasilkan muka gelombang panjang gelombangnya sama bersama gelombang sumbernya”.

Fresnel lalu temukan bahwa prinsip Huygens bisa jelaskan fenomena interferensi serta difraksi. Prinsip tersebut bisa jelaskan sifat-sifat gelombang baik terhadap gelombang cahaya atau gelombang bunyi. 

C. Intensitas Gelombang

Kecerahan lampu, daya hancur gempa, serta kebisingan suara bergantung terhadap energi berasal dari sumber gelombang. Energi satu ini berbanding lurus dengan kuadrat amplitudonya. 

Gelombang Bunyi

Pasti kita semua suka mendengarkan musik, musik adalah perpaduan dari frekuensi serta amplitudo dari beda-beda bergetar. Benda bergetar disebut dengan sumber bunyi. Keras lemahnya sebuah bunyi berdasarkan amplitudo getaran. Sedang tinggi rendah bunyi bergantung dengan frekuensi getaran. 

Cepat Rambat Bunyi

Bunyi hanya dapat merambat melalui medium, bai berbentuk padat, cair maupun gas. Di bawah ini data tentang cepat rambat bunyi pada sebuah medium. 

A. Cepat Rambat Bunyi Terhadap Zat Padat

Di benda padat, cepat rambat bui dihitung oleh akar perbandingan modulus elastistas € pada massa jenis (p) bahan tersebut, gunakan persamaan di bawah ini:

B. Cepat Rambat Bunyi Terhadap Benda Cair

Di benda cair, cepat rambat bunyi dipengaruhi modulus Bulk (B) serta massa jenis (p) benda ditunjukkan oleh persamaan, :

C. Cepat Rambat Bunyi Terhadap Gas

Di gas, kecepatan molekul dipengaruhi suhu. Semakin cepat molekul gerak maka bunyi akan semakin cepat dirambatkan. Modulus bulk terhadap udara akan sesuai dengan tekanan serta keadaan adibatik ditunjukkan oleh persamaan. 

Sumber Bunyi

Semua sumber bunyi alat musik di atas bekerja sesuai dengan perubahan frekuensi serta amplitudo. 

A. Sumber Bunyi Dawai

Saat petik dawai/senar, kamu akan hasilkan gelombang stationer dengan ujung terikat merupakan hasil superposisi gelombang. Frekuensi dihasilkan akan beresonansi bersama udara di sekitar hingga ke telinga kamu. 

Nada dasar yaitu nada memiliki panjang gelombang ½ v serta nada atas pertama yaitu nada memiliki panjang gelombang 1 v. Besaran frekuensi nada di dawai tersebut. 

B. Sumber Bunyi Pipa Organa 

1. Pipa Organa Terbuka

Pipa organa terbuka adalah pipa dengan kolom udara tanpa penutup terhadap kedua ujungnya. Frekuensi pada pipa organa dimulai panjang gelombang ½ v.

2. Sumber Bunyi Pipa Organa Tertutup

3. Efek Doppler

Ling-Ling dan Siti mengukur frekuensi ambulans dari posisi yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.22. Menurut Ling-ling frekuensi bunyi sirene adalah 958 Hz, sedangkan menurut Siti frekuensinya sebesar 848,5 Hz. Frekuensi sumber adalah 900 Hz. Mengapa hal ini bisa terjadi? Fenomena ini dikenal dengan istilah efek Doppler.

Secara umum persamaan efek Doppler dapat dituliskan sebagai berikut:

4. Resonansi

Resonansi adalah proses ikut bergetarnya suatu benda karena frekuensi alaminya sama dengan frekuensi dari suatu sumber bunyi.

5. Pelayangan Bunyi

Bunyi melengking yang kita dengar sebenarnya tidak berasal hanya dari satu frekuensi saja, tetapi dari berbagai frekuensi dan seringkali terdengar suaranya pelan kemudian melengking. Fenomena ini disebut sebagai pelayangan bunyi.

Kombinasi dari dua gelombang ini disebut dengan interferensi. Saat mendengar suara yang keras, berarti kedua gelombang memiliki beda fase nλ .

6. Intensitas serta Taraf Intensitas Bunyi

Taraf intensitas bunyi merupakan logaritma perbandingan antara intensitas yang diukur dengan intensitas ambang pendengaran.

7. Aplikasi gelombang bunyi

Prinsip gelombang bunyi mempunyai tidak sedikit aplikasi pada kehidupan sehari-hari. Salah satunya yaitu NDT, adalah mengecek atau menguji cacat bahan tanpa harus merusak material. 

Gelombang Cahaya

Pelangi merupakan monorkromatis (satu warna) memiliki proses pemantulan serta pembiasan seperti ditunjukkan pada gambar di atas. 

Cahaya tampak adalah salah satu bagian dari suatu gelombang elektromagnetik rentang panjang gelombangnya bisa ditangkap mata kita.

Banyak fenomena cahaya memiliki sifat gelombang, diantaranya:

Interferensi Cahaya

Gambar di atas perlihatkan terjadinya interferensi cahaya terhadap selaput tipis gelembung sabun serta sayap kupu-kupu. Sebagian cahaya dibiaskan dengan selaput tipis lalu dipantulkan serta sebagian langsung dipantulkan. 

Difraksi Cahaya

Apabila kamu melihat ke langit, kadang dapat melihat cahaya yang menyebar melalui awan, misalnya pada gambar di atas. Fenomena kamu lihat yaitu salah satu contoh fenomena disebut difraksi.