Bab 9: Gelombang: Mekanik, Bunyi, dan Cahaya

Kata kunci: Gelombang transversal, Gelombang longitudinal, Panjang gelombang, Cepat rambat, Gelombang berjalan, Gelombang stasioner, Percobaan Melde, Resonansi, Pipa organa, Intensitas bunyi, Taraf intensitas, Efek Doppler, Interferensi, Difraksi, Polarisasi.

Tujuan pembelajaran

• Menganalisis sifat dan karakteristik dasar gelombang mekanik
  • Mengidentifikasi perbedaan gelombang transversal dan longitudinal.
  • Menjelaskan hubungan antara amplitudo, panjang gelombang, dan periode dengan fenomena fisik.
• Menguraikan besaran-besaran fisis pada gelombang berjalan dan stasioner
  • Menghubungkan konsep cepat rambat, frekuensi, dan panjang gelombang dengan kehidupan sehari-hari.
  • Membandingkan sifat-sifat gelombang berjalan dengan gelombang stasioner.
• Menjelaskan proses pemantulan gelombang pada berbagai kondisi ujung
  • Mendeskripsikan pemantulan gelombang pada ujung bebas.
  • Mendeskripsikan pemantulan gelombang pada ujung tetap.
• Menentukan frekuensi dan kecepatan rambat gelombang melalui percobaan
  • Menggunakan percobaan Melde untuk memperoleh data frekuensi dan cepat rambat gelombang pada dawai.
  • Menarik kesimpulan hubungan antara tegangan dawai, massa per satuan panjang, dan cepat rambat gelombang.
• Menjelaskan konsep resonansi, intensitas bunyi, taraf intensitas, dan efek Doppler
  • Mendeskripsikan prinsip resonansi pada pipa organa dan dawai.
  • Menjelaskan kaitan efek Doppler dengan kehidupan sehari-hari, seperti sirine ambulans.
• Memaparkan hasil percobaan resonansi beserta makna fisiknya
  • Menyajikan data hasil eksperimen resonansi dalam bentuk grafik atau tabel.
  • Menghubungkan hasil percobaan dengan teori resonansi dan aplikasi praktisnya.
• Mendeskripsikan sifat umum gelombang cahaya beserta gejalanya
  • Menjelaskan interferensi dan difraksi pada cahaya.
  • Menjelaskan polarisasi cahaya dan manfaatnya dalam kehidupan sehari-hari.
• Memberikan contoh penerapan konsep gelombang dalam teknologi modern
  • Menjelaskan penerapan polarisasi pada kacamata, kamera, dan layar LCD.
  • Mengaitkan prinsip gelombang dengan instrumen optik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

Isi bab ini

Rangkuman

• Konsep Gelombang
  • Gelombang adalah perambatan getaran yang membawa energi tanpa memindahkan partikel medium secara permanen. Berdasarkan mediumnya, gelombang dibedakan menjadi gelombang mekanik (memerlukan medium, seperti gelombang bunyi) dan gelombang elektromagnetik (tidak memerlukan medium, seperti cahaya). Berdasarkan arah getarnya, gelombang dapat berupa transversal (arah getar tegak lurus arah rambat) atau longitudinal (arah getar sejajar arah rambat). Besaran penting pada gelombang antara lain amplitudo (simpangan maksimum), panjang gelombang (jarak satu siklus), periode, frekuensi, dan kecepatan rambat. Gelombang dapat berbentuk gelombang berjalan (merambat) atau gelombang stasioner (tetap di tempat dengan simpul dan perut).
  • Persamaan gelombang berjalan:
  • Kecepatan maksimum gelombang:
  • Gelombang pada dawai:
• Gelombang Bunyi
  • Gelombang bunyi adalah gelombang mekanik longitudinal yang merambat melalui zat padat, cair, atau gas dan tidak dapat merambat di ruang hampa. Bunyi dapat diklasifikasikan menjadi infrasonik (<20 Hz), audiosonik (20 Hz – 20 kHz), dan ultrasonik (>20 kHz). Kecepatan bunyi bergantung pada medium dan suhunya. Pada zat padat, kecepatan bunyi bergantung pada modulus elastisitas dan massa jenis; pada gas, bergantung pada suhu. Bunyi juga menunjukkan fenomena resonansi, interferensi, efek Doppler, serta perbedaan intensitas dan taraf intensitas. Nada dasar dan harmonik dapat dibentuk pada dawai (sonometer) dan pipa organa (terbuka dan tertutup).
  • Kecepatan bunyi pada gas:
  • Resonansi pipa tertutup:
  • Resonansi pipa terbuka:
  • Intensitas bunyi:
  • Efek Doppler:
• Gelombang Cahaya
  • Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat mengalami pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polarisasi. Saat melewati medium dengan indeks bias berbeda, cahaya dibelokkan sesuai hukum Snellius. Dispersi terjadi ketika cahaya putih diuraikan menjadi spektrum warna karena perbedaan indeks bias. Interferensi cahaya ditunjukkan pada percobaan celah ganda Young, sedangkan difraksi tampak pada celah sempit atau kisi. Polarisasi membuktikan bahwa cahaya adalah gelombang transversal. Gejala lain seperti interferensi lapisan tipis dan hukum Brewster juga mendukung sifat gelombang cahaya.
  • Hukum Snellius:
  • Interferensi celah ganda (Young):
  • Difraksi kisi:
  • Hukum Bragg (difraksi sinar-X):
  • Sudut polarisasi (Hukum Brewster):