Pemanfaatan Gelombang Bunyi dan Gelombang Cahaya

GELOMBANG BUNYI

1)        PENGERTIAN GELOMBANG

Gelombang adalah getaran yang merambat. Jadi di setiap titik yang dilaluigelombang terjadi getaran, dan getaran tersebut berubah fasenya sehingga tampak sebagai getaran yang merambat.Terkait dengan arah getar dan arah rambatnya,gelombang dibagi menjadi dua yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudinal.Gelombang transversal arah rambatnya tegak lurus dengan arah getarannya, sedangkangelombang longitudinal arah rambatnya searah dengan arah getarannya.Gelombang longitudinal dapat diklarifikasikan menjadi beberapa tipe gelombangyaitu gelombang kompresi, gelombang shear/gunting, gelombang fleksural/melengkungdan torsional. Terjadinya berbagai tipe gelombang tersebut oleh karena medium yangdilewati bunyi beraneka ragam.

2)        PENGERTIAN BUNYI

Bunyi atau Suara merupakan salah satu fenomena fisika yang selalu kita alami sehari-hari. Contoh bunyi yang sering kita nikmati adalah musik. Musik bisa memberikan inspirasi saat kita sedang belajar, bekerja atau beraktifitas.Dalam fisika, Bunyi atau suara adalah gelombang longitudinal yang merambat melalui medium, yang dihasilkan oleh getaran mekanis dan merupakan hasil perambatan energi. Sumber bunyi sebagai sumber getar memancarkan gelombang-gelombang longitudinal ke segala arah melalui medium baik padat, cair maupun gas. Sumber getar tersebut bisa saja berasal dari dawai/kawat, pipa organa, bahkan ombak di pantai.

Kebanyakan suara merupakan gabungan berbagai sinyal, tetapi suara murni secara teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan getar atau frekuensi yang diukur dalam Hertz (Hz). Bunyi tunggal  yang frekuensinya teratur dinamakan nada, sedangkan bunyi tunggal  yang frekuensinya tidak teratur dinamakan desis. Amplitudo gelombang menentukan kuat-lemahnya suatu bunyi atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam decibel (dB). Semakin tinggi amplitudoya semakin nyaring bunyi tersebut. Bunyi pesawat yang lepas landas mencapai sekitar 120 dB. Sedang bunyi desiran daun sekitar 33 dB.

Manusia dapat mendengar bunyi saat gelombang bunyi merambat di udara atau medium lain sampai ke gendang telinga manusia. Batas frekuensi bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia kira-kira dari 20 Hz sampai 20 kHz pada amplitudo umum dengan berbagai variasi dalam kurva responsnya. Suara di atas 20 kHz dinamakan ultrasonik dan di bawah 20 Hz dinamakan infrasonic.

3)        PENGERTIAN GELOMBANG BUNYI

Gelombang bunyi terdiri dari molekul-molekul udara yang tidak pernah merambat melainkan bergetar maju-mundur. Tiap saat, molekul-molekul itu berdesakan di beberapa tempat, sehingga menghasilkan wilayah tekanan tinggi, tapi di tempat lain merenggang, sehingga menghasilkan wilayah tekanan rendah. Gelombang bertekanan tinggi dan rendah secara bergantian bergerak di udara, menyebar dari sumber bunyi. Itulah alasannya mengapa Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal. Bunyi mengalami gejala gelombang seperti  interferensi, pemantulan, pembiasan dan difraksi. Bunyi merupakan gelombang mekanik karena hanya dapat merambat melalui medium (zat padat, cair atau gas) dan tidak dapat merambat dalam vakum.

Bunyi merambat di udara dengan kecepatan 1.224 km/jam. Bunyi akan merambat lebih lambat jika suhu dan tekanan udara lebih rendah. Di udara tipis dan dingin pada ketinggian lebih dari 11 km, kecepatan bunyi 1.000 km/jam. Di air, kecepatannya 5.400 km/jam,  jauh lebih cepat daripada di udara.

Adakalanya frekuensi yang didengar oleh pengamat mengalami perubahan sacara tiba-tiba manakala sumber bunyi (misal klakson mobil) bergerak mendekati atau menjauhi menurut pengamat yang diam. Fenomena ini dikenal sebagai Efek Doppler, yaitu perbedaan frekuensi yang diterima oleh pendengar dengan frekuensi asli sumber getarnya relatif antara  pendengar dan sumber bunyi. Bila kedudukan antara pengamat dan sumber saling mendekat, maka pengamat mendengar frekuensi yang lebih tinggi, dan bila kedudukannya saling menjauh maka pengamat mendengar frekuensi yang lebih rendah. Dan fenomena ini berhasil dijelaskan oleh fisikawan Christian Johann Doppler (1803-1855) pada tahun 1842.

4)      SIFAT-SIFAT DARI GELOMBANG BUNYI

a.         Dapat dipantulkan (refleksi)

Bunyi dapat dipantulkan terjadi apabila bunyi mengenai permukaan benda yang keras, seperti permukaan dinding batu, semen, besi, kaca dan seng.

Contoh : Suara kita yang terdengar lebih keras di dalam gua akibat dari pemantulan bunyi yang mengenai dinding gua.

b.         Dapat dibiaskan (refiaksi)

Refiaksi adalah pembelokan arah linatasan gelombang setelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda.

Contoh : Pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari karena pembiasan gelombang bunyi.

c.         Dapat dipadukan (interferensi)

Seperti halnya interferensi cahaya, interferensi bunyi juga memerlukan dua sumber bunyi yang koheren.

Contoh : Dua pengeras suara yang dihubungkan pada sebuah generator sinyal (alat pembangkit frekuensi audio) dapat berfungsi sebagai dua sumber bunyi yang koheren.

d.        Dapat dilenturkan (difraksi)

e.         Difraksi adalah peristiwa pelenturan gelombang bunyi ketika melewati suatu celah sempit.
Contoh : Kita dapat mendengar suara orang diruangan berbeda dan tertutup, karena bunyi melewati celah-celah sempit yang bisa dilewati bunyi.

5)      MANFAAT GELOMBNAG BUNYI DALAM KEHIDUPAN

a.         Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut serta lokasi dan jarak objek dalam air gelombang Bunyi yang digunakan adalah ultrasonik.

b.         Digunakan untuk mendeteksi janin dalam rahim, biasanyamenggunakan bunyi infrasonik.

c.         Digunakan mendeteksi keretakan suatu logam dan lain-lain.

d.        Diciptakannya Pengeras Suara termasuk manfaat dari bunyiaudiosonik.

e.         Digunakan utuk kita mendengar suara, musik dan untukmemperlancar komunikasi.

f.          Menentukan jarak dari sesuatu tempat.

6)      PEMANTULAN BUNYI

Gelombang bunyi dapat dipantulkan dan diserap. Sebagian besar bunyi dipantulkan jika mengenai permukaan benda yang keras, seperti permukaan dinding batu atau semen, besi, kaca, dan seng. Sebaliknya, sebagian besar bunyi akan diserap jika mengenai permukaan benda yang lunak, misalnya kain, karet, busa, gabus, karpet, dan wol (benda-benda peredam bunyi).

7)      MANFAAT PEMANTULAN BUNYI ANTARA LAIN

a.         Mendeteksi cacat dan retak pada logam

b.         Mengukur ketebalan pelat logam

c.         Mengukur kedalaman laut

d.        Mengetahui kedudukan kapal selam dengan mengirim gelombang ultrasonik dari kapal pemburu ke bawah laut.

e.          Mengetahui kedudukan gerombolan ikan di laut

f.          Mengetahui kantung-kantung cekungan minyak bumi dengan mengirimkan gelombang bunyi ke dalam tanah,.

8)      FREKUENSI BUNYI

Berdasarkan frekuensinya, bunyi dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu :

a.          Infrasonik, adalah bunyi yang frekuensinya di bawah 20 Hz.

b.         Audiosonik, adalah bunyi yang frekuensinya antara 20 – 20.000 Hz.

c.         Ultrasonik, adalah bunyi yang frekuensinya di atas 20.000 Hz.

9)      SUMBER BUNYI

Sumber bunyi adalah semua benda yang bergetar dan menghasilkan suara merambat melalui medium atau zat perantara sampai ketelinga. Hal-hal yang membuktikan bahwa bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar adalah :

a.         Ujung penggaris yang digetarkan menimbulkan bunyi.

b.         Pada saat berteriak, jika leher kita dipegangi akan terasa bergetar.

c.         Dawai gitar yang dipetik akan bergetar dan menimbulkan bunyi.

d.        Kulit pada bedug atau gendang saat dipukul tampak bergetar.

Bunyi terjadi jika terpenuhi tiga syarat, yaitu :

a.         Sumber Bunyi

Benda-benda yang dapat menghasilkan bunyi disebut sumber bunyi. Contoh sumber bunyi adalah berbagai alat musik, seperti gitar, biola, piano, drum, terompet dan seruling.

b.         Zat Perantara (Medium)

Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang tidak tampak. Bunyi hanya dapat merambat melalui medium perantara. Contohnya udara, air, dan kayu.

c.         Pendengar

Bunyi dapat didengar apabila ada pendengar. Manusia dilengkapi indra pendengar, yaitu telinga sebagai alat pendengar. Getaran yang berasal dari benda-benda yang bergetar, sampai ke telinga kita pada umumnya melalui udara dalam bentuk gelombang. Karena gelombang yang dapat berada di udara hanya gelombang longitudinal, maka bunyi merambat melalui udara selalu dalam bentuk gelombang longitudinal. Kita perlu ingat bahwa gelombang longitudinal adalah perapatan dan perenggangan yang dapat merambat melalui ketiga wujud zat yaitu wujud padat, cair dan gas.

GELOMBANG CAHAYA

1)        PENGERTIAN GELOMBANG

Gelombang adalah osilasi (getaran) yang merambat pada suatu medium atau tanpa medium dengan tidak disertai perambatan bagian-bagian medium itu sendiri. Dalam perambatannya gelombang memindahkan energi dari suatu tempat ke tempat lain.

2)        JENIS-JENIS GELOMBANG

Jenis gelombang dibedakan berdasarkan medium perambatannya dan berdasarkan arah rambatnya. Berdasarkan medium perambatannya gelombang dibedakan menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

a.         Gelombang mekanik.

Gelombang mekanik merupakan gelombang yang merambat pada suatu medium sebagai media perambatannya.Gelombang jenis ini tidak dapat merambat jika tidak ada medium sebagai perantara gelombang.Contoh gelombang mekanik diantaranya gelombang pada tali, gelombang pada permukaan air, dan gelombang bunyi. Gelombang pada tali merambat dengan tali sebagai media perambatannya. Gelombang pada permukaan air merambat dengan air sebagai media perambatannya. Gelombang bunyi dapat merambat melalui udara, zat padat, atau zat cair sebagai media perambatannya.

Ada beberapa sifat gelombang mekanik, diantaranya:

·           Perambatan getaran di suatu medium mempunyai kelajuan tertentu yang dinamakan cepat rambat gelombang. Kelajuan atau cepat rambat gelombang ini sangat ditentukan oleh sifat mekanik medium.

·           Partikel dari medium tidak merambat melalui ruang-ruang di medium, tetapi partikel medium bergerak bolak-balik atau turun naik terhadap posisi kesetimbangan partikel tersebut.

·           Gelombang menyalurkan energi dari satu ruang ke ruang lain di dalam medium. Gelombang memindahkan energi, bukan memindahkan partikel.

b.           Gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang merambat tanpa memerlukan suatu medium sebagai media perambatannya. Oleh karena gelombang elektromagnetik dapat merambat tanpa memerlukan adanya media perambatan, gelombang ini dapat merambat melalui ruang hampa. Contoh gelombang elektromagnetik adalah gelombang cahaya, gelombang radio, radiasi infra merah, radiasi ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma. Itulah sebabnya cahaya matahari mampu sampai ke permukaan bumi, meskipun melewati ruang hampa.

Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spectrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.

Contoh spektrum 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. 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. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi.

b.         Gelombang mikro

Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis. Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.

c.         Sinar Inframerah

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah. Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

d.        Cahaya tampak

Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

e.         Sinar ultraviolet 

Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup di bumi.

f.          Sinar X 

Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.

g.         Sinar Gamma

Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh.

            Berdasarkan arah rambatnya gelombang dibedakan menjadi 2 yaitu :

a.         Gelombang transversal

Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus terhadap arah perambatannya, misalnya gelombang pada tali, gelombang cahaya.

b.           Gelombang longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya searah dengan arah perambatnya, misalnya gelombang bunyi, gelombang pada slinki yang ditarik atau ditekan.

3)        SIFAT-SIFAT GELOMBANG

a.         Pemantulan Gelombang (Refleksi Gelombang)

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

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.

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.

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.

4)        Sifat-sifat gelombang secara umum

a.    Dapat mengalami pemantulan atau refleksi.

b.    Dapat mengalami pembiasan atau refraksi.

c.    Dapat mengalami superposisi atau interferensi.

d.   Dapat mengalami lenturan atau difraksi.

e.    Dapat mengalami pengutuban atau polarisasi.