Bab 5: Radiasi Gelombang Elektromagnetik: Konsep, Sifat, dan Aplikasinya

Jawaban Benar: A. $1200\pi$ m Pembahasan: $L=40\text{mH}=40\times 10^{-3}\text{H},C=100\text{pF}=100\times 10^{-12}\text{F},c=3\times 10^8\text{m/s}$ Langkah 1: Frekuensi resonansi LC $f=\frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}$ $f=\frac{1}{2\pi \sqrt{(40\times 10^{-3})(100\times 10^{-12})}}$ $f=\frac{1}{2\pi \sqrt{4\times 10^{-12}}}$ $\sqrt{4\times 10^{-12}}=2\times 10^{-6}$ $f=\frac{1}{2\pi (2\times 10^{-6})}=\frac{1}{4\pi \times 10^{-6}}=\frac{10^6}{4\pi }=\frac{2,5\times 10^5}{\pi }\text{Hz}$ Langkah 2: Panjang gelombang $\lambda =\frac{c}{f}=\frac{3\times 10^8}{2,5\times 10^5/\pi }=\frac{3\times 10^8\times \pi }{2,5\times 10^5}=1,2\times 10^3\pi \text{m}$ $\lambda =1200\pi \text{m}$

Jawaban Benar: C. Pengamat yang bergerak akan mengukur waktu lebih lambat dan panjang benda lebih pendek. Pembahasan: Menurut teori relativitas Einstein, ruang dan waktu bersifat relatif terhadap pengamat. Ketika sebuah benda bergerak mendekati kecepatan cahaya, waktu yang diukur oleh pengamat yang bergerak akan tampak lebih lambat dibandingkan dengan pengamat yang diam (dilatasi waktu). Selain itu, panjang benda yang diamati oleh pengamat yang bergerak akan tampak memendek searah dengan arah gerak (kontraksi panjang). Fenomena ini hanya dapat dijelaskan dengan menggunakan transformasi Lorentz, bukan transformasi Galileo.

Jawaban Benar: C. sinar-X Pembahasan: Sinar-X mempunyai daya tembus tinggi sehingga sering dipakai untuk radiografi (X-ray) melihat struktur tulang. Sinar gamma lebih energik dan medisnya berbeda; infra-merah dan cahaya tampak tidak cukup menembus untuk melihat tulang. Jadi sinar-X adalah jawaban yang tepat.

Jawaban Benar: C. sinar gamma Pembahasan: Sinar gamma memiliki energi paling tinggi dan panjang gelombang paling pendek di antara semua gelombang elektromagnetik. Energinya yang besar mampu mengionisasi atom dan molekul dalam sel tubuh, sehingga dapat merusak DNA dan jaringan biologis. Oleh karena itu, sinar gamma tergolong radiasi pengion yang berbahaya bagi makhluk hidup jika terpapar dalam dosis tinggi.

Jawaban Benar: B. (1), (2), (5) Pembahasan: Paparan UV dapat menyebabkan katarak (mata), kanker kulit (kerusakan DNA), dan kerusakan sel (umum). Penurunan daya tahan tubuh dan diare bukan efek khas UV. Jadi kombinasi (1), (2), (5) paling sesuai.

Jawaban Benar: E. polarisasi Pembahasan: Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal, sehingga dapat mengalami polarisasi, yaitu peristiwa ketika arah getar medan listrik atau medan magnetnya dibatasi pada satu bidang tertentu. Sedangkan gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal, yang arah getarnya sejajar dengan arah rambat, sehingga tidak dapat mengalami polarisasi. Fenomena seperti difraksi, interferensi, dispersi, dan refleksi dapat terjadi pada keduanya, baik gelombang bunyi maupun gelombang elektromagnetik.

Jawaban Benar: B. mencari jejak sebuah benda Pembahasan: Infra-merah digunakan pada sensor jarak, night vision, dan pencitraan termal untuk mendeteksi jejak panas tubuh atau benda. Sterilisasi biasanya menggunakan UV atau panas; memasak cepat bisa memakai gelombang mikro. Jadi B adalah manfaat umum infra-merah.

Jawaban Benar: D. memasak makanan dengan cepat Pembahasan: Sinar infra-merah (IR) membawa energi dalam bentuk panas (radiasi termal) yang dapat diserap langsung oleh objek. Oleh karena itu, salah satu manfaat utamanya dalam aplikasi sehari-hari adalah memasak makanan dengan cepat menggunakan oven atau kompor infra-merah (pilihan D). Metode pemanasan IR seringkali lebih efisien dan langsung dibandingkan pemanasan konvensional.

Jawaban Benar: B. (1), (4) Pembahasan: Sifat transversal membuat EM wave dapat dipolarisasi (1) dan arah medan (getar) tegak lurus arah rambat (4). (2) agak samar tetapi bukan definisi transversal; (3) salah karena bukan partikel bermuatan. Jadi (1) dan (4) tepat.

Jawaban Benar: B. diare Pembahasan: Gelombang mikro (microwave) merupakan gelombang elektromagnetik berfrekuensi tinggi yang dapat menyebabkan pemanasan jaringan tubuh akibat penyerapan energi radiasi. Penggunaan microwave secara terus-menerus dapat menimbulkan kerusakan jaringan lokal, radiasi sel, atau penurunan kekebalan tubuh akibat stres termal. Namun, diare tidak berkaitan dengan efek radiasi gelombang mikro, sehingga pilihan B adalah yang bukan akibat penggunaannya.

Jawaban Benar: E. 0,002 m Pembahasan: Kita ketahui hubungan antara bilangan gelombang (k) dan panjang gelombang $\lambda$ adalah: $k=\frac{2\pi }{\lambda }$ Dari sini, kita dapatkan: $\lambda =\frac{2\pi }{k}$ Substitusikan nilai $k=10^3\pi$: $\lambda =\frac{2\pi }{10^3\pi }$ $\lambda =\frac{2}{10^3}$ $\lambda =2\times 10^{-3},\text{m}$ $\lambda =0,002,\text{m}$

Jawaban Benar: B. gelombang radio Pembahasan: Gelombang radio memiliki frekuensi paling rendah dibanding sinar-X, ultraviolet, gamma, dan infra-merah. Frekuensi rendah berarti panjang gelombang paling panjang. Oleh karena itu gelombang radio adalah jawaban yang tepat.

Jawaban Benar: A. $1,0\times 10^6$ Hz Pembahasan: Diketahui: $\lambda =300\text{ m}$ $c=3\times 10^8\text{ m/s}$ Rumus hubungan antara cepat rambat, frekuensi, dan panjang gelombang adalah: $c=f\lambda$ Maka: $f=\frac{c}{\lambda }$ Substitusi nilai yang diketahui: $f=\frac{3\times 10^8}{300}$ Hitung: $f=1\times 10^6,\text{Hz}$ $f=1,0,\text{MHz}$

Jawaban Benar: B. Gelombang elektromagnetik Pembahasan: James Clerk Maxwell menggabungkan teori Oersted, Faraday, dan Ampere menjadi satu kesatuan untuk menjelaskan hubungan antara medan listrik dan medan magnet. Ia berhipotesis bahwa perubahan medan listrik akan menimbulkan medan magnet, dan sebaliknya, perubahan medan magnet akan menimbulkan medan listrik. Interaksi timbal balik yang berulang secara terus-menerus ini menghasilkan gelombang yang merambat ke segala arah, yang dikenal sebagai gelombang elektromagnetik.

Jawaban Benar: B. 1.700 m Pembahasan: Waktu jeda antara kilat dan suara guntur, $t=5$ s Cepat rambat bunyi, $v=340$ m/s Maka jarak antara pengamat dan kilat adalah: $s=v\times t=340\times 5=1700\text{ m}$

Jawaban Benar: A. pemisahan warna karena kecepatan bergantung pada frekuensi saat melewati medium Pembahasan: Fenomena dispersi terjadi ketika gelombang elektromagnetik melewati suatu medium, dan kecepatan rambatnya berbeda-beda untuk setiap frekuensi atau panjang gelombang. Akibatnya, gelombang dengan frekuensi berbeda akan menyebar atau terpisah, seperti pada pembentukan spektrum warna oleh prisma. Jadi, dispersi menyebabkan pemisahan warna cahaya putih menjadi warna-warna pelangi karena setiap warna memiliki kecepatan yang berbeda di dalam medium.

Jawaban Benar: C. keduanya sama rata-rata jika di ruang hampa Pembahasan: Pada gelombang elektromagnetik yang merambat di ruang hampa, energi total terbagi sama antara medan listrik dan medan magnet. Kedua medan ini berosilasi secara tegak lurus satu sama lain dan terhadap arah rambatan gelombang. Karena amplitudo medan listrik dan magnetik berhubungan tetap, maka rata-rata energi yang tersimpan dalam medan listrik sama besar dengan yang tersimpan dalam medan magnet.