GELOMBANGA. PENGERTIANGelombang adalah gejala rambatan dari suatu getaran/usikan. Gelombang akan terus terjadi apabila sumber getaran ini bergetar terus menerus. Gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat lainnya. Contoh sederhana gelombang, apabila kita mengikatkan satu ujung tali ke tiang, dan satu ujung talinya lagi digoyangkan, maka akan terbentuk banyak bukit dan lembah di tali yang digoyangkan tadi, inilah yang disebut gelombang.

P (ujungterikat)PEMANTULAN GELOMBANGA. PEMANTULAN PADA TALICoba Anda ikat tali pada sebuah tiang, lalu getarkan. Apa yang terjadi? Setelah mengenai tiang, tali tersebut akan mengalami pemantulan (difraksi). Bentuk gelombang pantul yang terjadi baik pada ujung tali yang terikat atau ujung tali yang dapat bergerak bebas.1) Pemantulan Gelombang pada Ujung Tali TerikatSeutas tali yang ujungnya diikat pada tiang sehingga tidak dapat bergerak, ini dinamakan sebagai ujung terikat. Ujung tali lainya digetarkan secara harmoik sehingga gelombang akan merambat menuju ujung lain yang terikat.

yp (gelombang pantul)yd (gelombang datang )

Panjang OP adalah l dan jarak titik Q dari ujung terikat P adalah x. Sekarang, tentukan bentuk persamaan gelombang di titik Q. Pada saat titik O telah digetarkan selama t sekon untuk gelombang datang, titik Q sudah bergetar selama

Denganadalah waktu yang diperlukan olehgelombang datang untuk mencapai titik Q. Dari gambar,diperoleh OQ = l x sehingga persamaannyamenjaditQ = t - Persamaan gelombang datang di titik Qmenjadi

Bagaimana persamaan gelombang pantul Ypdi titik Q? Waktu yang diperlukan oleh gelombang yang merambatdari O ke P dan dipantulkan oleh P sehingga merambat ke titik Q adalah, jika P telah bergetar selama t, Q baru bergetar selama tQ = t - karena jarak OP + jarak PQ = l + xPersamaan gelombang pantul di titik Q menjadi

Pada persamaan tersebut terjadi penambahan sudut fase gelombang sebesar 180okarena pada saat pemantulan di titik P terjadi pembalikan sudut fase gelombang sebesar 180o. Getaran gelombang yang arahnya semula ke atas pada saat pemantulan berbalik arah sehingga arah getarannya menjadi ke bawah. Hal ini menunjukkan terjadinya perubahan sudut fase 180o = rad. Dengan memasukkan harga tQ = t - pada persamaan gelombang pantuldidapatkan persamaan gelombang pantul

Superposisi gelombang datang dan gelombang pantul di titik Q akan menjadi

Dengan menggunakan aturan pengurangan sinus.

Persamaan gelombang superposisi menjadi

Jadi, y adalah simpangan gelombang superposisi di titik Q akibat superposisi gelombang datang dan gelombang pantul dari ujung terikat. Amplitudo superposisi gelombangnya adalah

As adalah amplitudo gelombang superposisi pada pemantulanujung tali terikat.

Dari persamaan amplitudo gelombang dapat ditentukan letak titik-titik simpul dan perut dari ujung tali terikat. Titik simpul adalah titik yang memiliki amplitudo minimum (As = 0) dan titik perut adalah titik yang memiliki amplitudo maksimum (As = 2A).

a) Menentukan Letak Simpul GelombangSimpul gelombang terbentuk pada saat Sin2=0Sinus bernilai pada sudut fase 0,, 2 , 3 , , nsehingga adakan diperoleh persamaan

Tempat terbentuknya simpul gelombang adalah2=n

Jadi, letak titik simpul dari ujung terikat merupakan kelipatan genap dari seperempat panjang gelombang.

b) Menentukan Letak Perut GelombangPerut gelombang terbentuk pada saatSin2=

Hal in berarti sinus bernilai 1 pada sudut fase 2, , dengan (2n + 1)= bilangan ganjiluntuk n = 0, 1, 2, 3, sehingga tempat terbentuknya perutgelombang adalah

atau x - dengan n = 0, 1, 2, 3, Jadi, letak titik perut dari ujung terikat merupakan kelipatan ganjil dari seperempat panjang gelombang.

2) Pemantulan Gelombang pada Ujung Tali BebasPersamaan gelombang datang di titik Q adalah

Adapun persamaan gelombang pantul di titik Q adalah Yp=Asin2tQdengan

P (ujungbebas)yp (gelombang pantul)yd (gelombang datang)Gelombang pantul tidak mengalami perubaan sudut fase seperti pada pemantulan ujung bebas dapat bergerak secara bebas sehingga ketika terjadi pemantulan, sudut fasenya tetap atau tidak mengalami perubahan. Persamaan gelombang pantul pada ujung tali bebas akan menjadi, dengan vT =Persamaan gelombang pantul dapat ditulis sebagai berikut :

Persamaan gelombang superposisi dari gelombang datangdan gelombang pantul pada ujung tali bebas adalahY=Yd + Yp

Aturan penjumlahan sinus.

Persamaan superposisi pada ujung tali bebas menjadi

Persamaan simpangan superposisi gelombang di titik Q dapat dituliskan menjadi

DenganAs = 2Acos2 disebut sebagai amplitudo superposisi gelombang pada pemantulan ujung tali bebas.

a) Menentukan Letak Simpul GelombangUntuk menentukan letak titik simpul gelombang

Cosinus sudut memiliki nilai nol untuk sudut fase 0, , 3 , , sehingga akan diperoleh persamaan

2

, dengan n = 0, 1, 2, 3, .Jadi, letak titik simpul dari ujung bebas merupakankelipatan ganjildari seperempat panjang gelombang.

b) Menentukan Letak Perut GelombangLetak titik perut gelombang akan terjadi apabilaCos2=Cosinus memiliki nilai 1 untuk sudut fase bernilai 0,, 2,3,..., nsehingga akan diperoleh

Cos2=2=X = atau x = (2n), dengan n = 0, 1, 2, 3, .

Jadi, letak titik perut dari ujung bebas merupakankelipatan genap dari seperempat panjang gelombang.

B. PEMANTULAN GELOMBANG PERMUKAAN AIR

Pemantulan gelombang (Refleksi)terjadi pada saat sebuah gelombang yang merambat dalam suatu media sampai di bidang batas medium tersebut dengan media lainnya. Pemantulan gelombang biasanya terjadi ketika gelombang yang sedang berjalan dari satu tempat ke tempat yang lain menabrak suatu penghalang. Contohnya adalah gelombang pada air laut yang terpantul ketika menabrak karang atau sisi kapal dan gelombang air yang terpantul dari sisi kolam renang atau bak mandi. Selama gelombang cahaya itu merambat dalam suatu medium, gelombang itu tidak akan mengalami peristiwa pemantulan. Jadi, selama cahaya merambat di dalam air tidak akan mengalami pemantulan sampai gelombang itu sampai pada batas pemisah antara air dengan medium lainnya, seperti udara. Bentuk gelombang yang dihasilkan oleh permukaan air akan berupa lingkaran-lingkaran. Mulai dari lingkaran kecil, kemudian lingkaran kecil tersebut merambat menjauhi titik pusat llingkarannya membentuk lingkaran-lingkaran yang lebih besar. Pada peristiwa pemantulan gelombang dikenal istilah muka gelombang dan sinar gelombang. Muka gelombang didefinisikan sebagai kedudukan titik-titik yang memiliki fase yang sama pada suatu gelombang. Jika pusat getaran gelombang itu merupakan sebuah titik, muka gelombangnya akan berupa lingkaran-lingkaran. Jika sumber getarannya berupa garis lurus, getaran-getaran yang dihasilkan akan merambat dengan bentuk muka gelombang lurus. Jarak antara dua muka gelombang yang berdekatan sama dengan satu panjang gelombang () dan waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu panjang gelombang disebut satu periode (T). Sedangkan sinar gelombang merupakan arah rambatan gelombang dan arahnya selalu tegak lurus muka gelombang.

Dalam pemantulan gelombang berlaku hukum pemantulan gelombang yaitu:a) Sudut datang sama dengan sudut pantul gelombang.b)Gelombang datang, gelombang pantul dan garis normal terletak dalam satu bidang datar.Pada peristiwa pemantulan gelombang, bentuk gelombang yang dipantulkan dipengaruhi oleh penghalangnya. Gelombang akan dipantulkan secara teratur dengan sudut datang sama dengan sudut pantul pada permukaan yang datar. Sedangkan pada permukaan cembung atau cekung, gelombang akan dipantulkan mengikuti bentuk tersebut.

PEMBIASAN GELOMBANGPembiasan atau refraksi adalah peristiwa pembelokan arah perambatan suatu gelombang. Hal ini dapat terjadi jika gelombang tersebut melewati bidang batas dua medium yang memiliki indeks bias yang berbeda. Indeks bias menyatakan kerapatan suatu medium. Misalnya cahaya merambat dari udara ke air sehingga arah perambatannya akan mengalami pembelokan.

Pada gambar di bawah ini adalah seberkas cahaya yang jatuh pada permukaan batas dua medium 1 dan medium 2. Sebagian lagi dipantulkan oleh permukaan dan sebagian lagi dibelokkan (dibiaskan, direfraksikan) masuk ke dalam medium 2. Berkas gelombang datang digambarkan dengan garis lurus, sinar datang sejajar dengan arah perambatan Arah pembiasan cahaya dibedakan menjadi dua macam yaitu :

a. mendekatigaris normalCahayadibiaskanmendekatigaris normal jikacahayamerambatdari medium optikkurangrapatke mediumoptiklebihrapat, contohnyacahayamerambatdariudarakedalam air.

b. menjauhigaris normalCahayadibiaskanmenjauhigaris normal jikacahayamerambatdari medium optiklebihrapatke mediumoptikkurangrapat, contohnyacahayamerambatdaridalam air keudara.

Hukum Snellius adalah rumus matematika yang memerikan hubungan antara sudut datang dan sudut bias pada cahaya atau gelombang lainnya yang melalui batas antara dua medium isotropik berbeda, seperti udara dan gelas. Nama hukum ini diambil dari matematikawan Belanda Willebrord Snellius, yang merupakan salah satu penemunya. Hukum ini juga dikenal sebagai Hukum Descartes atau Hukum Pembiasan.Hukum Snellius IAdapun bunyi Hukum Snellius I adalah :Jika suatu cahaya melalui perbatasan dua jenis zat cair, maka garis semula tersebut adalah garis sesudah sinar itu membias dan garis normal dititik biasnya, ketiga garis tersebut terletak dalam satu bidang datar.

Hukum Snellius II

Adapun bunyi Hukum Snellius II adalah :Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias selalu konstan. Nilai konstanta dinamakan indeks bias(n).

KesimpulanJadi, nilai tetap (konstan) pernyataan kedua hukum pembiasan cahaya diatas adalah indeks bias relatif antara dua medium seperti diuraikan sebelumnya.Sedangkan yang dimaksudsatu bidang pada pernyataan pertama dapat dijelaskan dengan melihat kembali pada gambar pembiasan gelombang diatas. Pada gambar tersebut tampak sinar datang, sinar bias, dan garis normal berada pada satu bidang, yakni bidang batas.Aplikasi Dalam Kehidupan Sehari hariPada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras dari pada siang hari. Hal ini disebabkan karena pada siang hari udara lapisan atas lebih dingin daripada lapisan bawah. Karena cepat rambat bunyi pada suhu dingin lebih kecil daripada suhu panas maka kecepatan bunyi lapisan udara atas lebih kecil daripada lapisan bawah, yang berakibat medium lapisan atas lebih rapat dari medium lapisan bawah. Hal yang sebaliknya terjadi pada malam hari. Jadi pada siang hari bunyi petir merambat dari lapisan udara atas kelapisan udara bawah.

PEMANTULAN SEMPURNA Pemantulan Sempurna terjadi ketika semua cahaya yang menumbuk suatu bidang atau benda di pantulkan secara keseluruhan. Dua faktor utama yang mempengaruhi kejadian ini adalah indeks bias dari kedua medium dan sudut datang cahaya itu sendiri;Indeks bias merupakan parameter optik suatu material biasanya dinotasikan dengan n, dimana n merupakan pembagian kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya dimedium yang dimaksud:

Syarat terjadinya pemantulan sempurna yaitu sinar harus datang dari medium yang lebih rapat kemedium yang kurang rapat,sudut sinar datang yang membuat sudut sinar bias menjadi 90 derajat disebut sudut kritis dan sudut datang harus lebih besar dari sudut kritis.Sehingga sinar tidak saja dibiaskan melainkan dipantulkan kembali.Adapun proses pemantulan sempurna secara sederhana bisa dijelaskan sebagai berikut :

Ketika cahaya datang dari medium yang memiliki indeks bias yang lebih tinggi ke medium yang memiliki indeks bias yang lebih rendah maka cahaya akan diteruskan menjauhi garis normal.

Maka ketika sudut datang terus di perbesar, suatu saat akan sampai pada kondisi dimana sudut pantul sama dengan 90 derajat atau berada pada bidang pertemuan kedua medium. Pada kondisi ini besar sudut i disebut juga sudut kritis.

Kemudian jika kita perbesar kembali sudut datang dari cahaya melebihi sudut kritis, pada saat inilah pemantulan sempurna mulai terjadi. Prinsip inilah yang diterapkan pada proses pentrasmisian cahaya melalui serat optik dengan mengatur berbagai indeks bias dan sudut datang agar di peroleh hasil yang maksimum.

Beberapa contoh peristiwa pembiasan dan pemantulan sempurna yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari antara lain:1. Pensil yang sebagianbatangnyatercelup di dalam air akan tampak bengkok jika dilihat dari luar. Hal ini disebabkan cahaya datang dari udara (kurangrapat) menuju air (lebihrapat) akan dibiaskan mendekati garis normal. Proses pembiasan cahaya berlangsung di dalam gelas. Sehingga jika dilihat dari luar gelas batang pensil tampak bengkok karena tidak berada di titiksebenarnya (garis normal).

2. Dasar kolam tampak dangkal.Dasar kolam tampak dangkal karena sinar datang yang berasal dari dasar kolam dibiaskan menjauhi garis normal. Yang kita lihat sebagai dasar kolam adalah bayangan dari dasar kolam tersebut, bukan dasar kolam yang sebenarnya.

3. Intan terlihat berkilauan.Berlian tampak berkilauan karena sinar yang masuk ke dalam berlian tersebut ketika akan keluar sebagian besar terlebih dahulu mengalami beberapa kali pemantulan sempurna oleh permukaan bagian dalam berlian. Pemantulan sempurna terhadap cahaya yang akan keluar tersebut mudah terjadi karena intan memiliki indeks bias 2,417 sehingga sudut kritisnya hanya 24 derajat.

4. Fatamorgana.Pada siang hari yang terik di jalan aspal pada kejauhan tertentu tampak seakan-akan ada genangan air. Hal yang sama juga terjadi di gurun pasir. Peristiwa fatamorgana disebabkan karena cahaya dari angkasa melintasi udara dingin dan memasuki udara panas yang dekat dengan permukaan bumi.Udara panas memiliki indeks bias lebih kecil dibanding udara dingin, karena udara panas kerapatannya juga kecil. Ketika cahaya mengenai bidang batas antara kedua lapisan udara dengan sudut datang melampaui sudut kritisnya, maka terjadilah pemantulan sempurna dan bayangan angkasa nampak seperti genangan air di jalan atau di padang pasir.5. Posisi semu bintang.Bintang yang kita lihat pada malam hari tidaklah pada posisi yang sebenarnya, karena cahaya bintang datang dari ruang vakum memasuki lapisan udara mengalami pembiasan.

6. Pemantulan sempurna pada serat optik.Serat optik terdiri dari inti yang terbuat dari gelas berindeks tinggi yang dilapisi dengan lapisan tipis gelas berindeks bias rendah. Cahaya yang masuk lewat salah satu ujung akan menumbuki bidang batas antara kedua lapisan gelas dengan sudut datang lebih besar dari sudut kritisnya sehingga mengalami pemantulan sempurna dari sisi yang satu ke sisi yang berseberangan secara bergantian.Akibat pemantulan tersebut, cahaya menempuh jarak sepanjang serat optik dan keluar pada ujung yang lain dengan intensitas yang tidak berkurang. Serat optik banyak dimanfaatkan, diantaranya dalam teknologi telekomunikasi dan bidang kedokteran. Dalam bidang kedokteran serat optik digunakan untuk memeriksa organ-organ tubuh bagian dalam tanpa perlu membedahnya.

KESIMPULAN1) Cahaya yang melewati medium berbedaakandibiaskan2) Cahayadatangdari medium kurangrapat (renggang) ke medium lebihrapatakandibiaskanmendekatigaris normal. Sebaliknya, cahayadatangdari medium rapatke medium renggangakandibiaskanmenjauhigaris normal.3) Pensil yang dimasukankedalam air terlihatbengkok, kolamrenangterlihatlebihdangkaldanbintangterlihatlebihdekatmerupakanperistiwa- peristiwaterjadinyapembiasan.