Bahan Ajar Gelombang Bunyi Dan Cahaya

BUNYI Pertemuan Pertama A. KARAKTERISTIK GELOMBANG BUNYI 1. Gelombang Bunyi Gelombang bunyi terdiri dari molekul-molekul udara yang bergetar merambat ke segala arah. 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. Gelombang bunyi ini menghantarkan bunyi ke telinga manusia. Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang merambat melalui medium. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatnya sejajar atau berimpit dengan arah getarnya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang pada slinki dan gelombang bunyi di udara. Dalam perambatannya gelombang bunyi berbentuk rapatan dan renggangan yang dibentuk oleh partikelpartikel perantara bunyi. Apabila gelombang bunyi merambat di udara, perantaranya adalah partikel-partikel udara. Gelombang bunyi tidak dapat merambat di dalam ruang hampa udara karena dalam ruang udara tidak ada partikel-partikel udara. Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat cair, padat, gas. Jadi, gelombang bunyi dapat merambat misalnya di dalam air, batu bara, atau udara. 2. Sumber Bunyi Sumber bunyi adalah semua benda yang bergetar dan menghasilkan suara merambat melalui medium atau zat perantara sampai ketelinga. Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar. 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. Tanpa medium perantara bunyi tidak dapat merambat sehingga tidak akan terdengar. Berdasarkan penelitian, zat padat merupakan medium perambatan bunyi yang paling baik dibandingkan zat cair dan gas.

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. Ada tiga aspek dari bunyi sebagai berikut : 1. Bunyi dihasilkan oleh suatu sumber seperti gelombang yang lain, sumber bunyi adalah benda yang bergetar. 2. Energi dipindahkan dan sumber bunyi dalam bentuk gelombang longitudinal. 3. Bunyi dideteksi (dikenal) oleh telinga atau suatu instrumen cepat rambat gelombang bunyi di udara dipengaruhi oleh suhu dan massa jenis zat Setiap benda mempunyai ciri-ciri tersendiri. Tentunya, kamu dapat membedakan suara yang kamu dengar. Sebagai contoh, kamu dapat membedakan suara orang dewasa dan suara anak-anak. Ternyata, setiap bunyi yang kita dengar mempunyai frekuensi dan amplitudo yang berbeda, meskipun merambat pada medium yang sama. 3. Desah Dan Nada a. Desah Jika kamu berada di pasar atau di tempat-tempat keramaian lainnya, kamu dapat mendengar suara-suara orang yang sedang berbicara. Tidak semua suara orang berbicara dapat kamu dengar, ada yang jelas dan ada yang tidak. Suara orang bicara yang dekat dengan kamu mungkin dapat kamu dengar dengan jelas tetapi tidak yang letaknya jauh darimu. Semua suara di keramaian bersatu menjadi suara gemuruh, meskipun kamu berkonsentrasi berusaha mendengar suara-suara itu, kamu tetap tidak dapat melakukannya. Di salah satu tempat (pasar atau terminal), cobalah kamu memejamkan mata sekitar 30 detik, kemudian kamu dengarkan suara apa saja yang kamu dengar! Dapatkah kamu mengidentifikasi setiap suara yang kamu dengar? Di keramaian, setiap bunyi yang mempunyai frekuensi berbeda berkumpul sehingga menimbulkan bunyi yang tak teratur sehingga kamu akan sulit mengidentifikasi suara di keramaian tersebut. Bunyi yang berasal dari keramaian adalah bunyi yang mempunyai frekuensi tak beraturan. Bunyi yang mempunyai frekuensi tak teratur disebut sebagai desah. Pernahkah kamu memainkan gitar? b. Nada Gitar merupakan salah satu sumber bunyi. Setiap senar pada gitar mempunyai ukuran yang berbeda. Hal ini dimaksudkan untuk menghasilkan sebuah bunyi yang teratur. Bunyi yang mempunyai frekuensi tertentu disebut nada. Jika dua buah garputala yang berbeda frekuensinya digetarkan, ternyata garputala yang mempunyai frekuensi lebih besar akan menghasilkan nada yang lebih tinggi.

Sebaliknya, garputala yang frekuensinya lebih rendah akan menghasilkan bunyi rendah. Frekuensi sebuah sumber bunyi berpengaruh terhadap tinggi rendahnya bunyi. c. Dentum Dentum merupakan bunyi keras yang masih dapat didengar oleh telinga manusia. Contoh dentum adalah bunyi senapan, bunyi bom, bunyi petasan, dan bunyi geledek (gemuruh). 4. Kekuatan Bunyi Apakah kekuatan bunyi itu? Bunyi ada yang kuat dan ada yang lemah. Jika bunyi yang kamu dengar sangat keras dan melebihi ambang bunyi yang dapat diterima manusia, bunyi ini dapat merusak telingamu. Untuk mengetahui kekuatan bunyi, lakukan kegiatan kecil berikut. Petiklah senar gitar sehingga keluar bunyi. Kemudian, pada senar yang sama, petik kembali senar tersebut dengan simpangan yang agak besar. Apa yang terjadi? Senar yang dipetik dengan simpangan besar akan berbunyi lebih kuat daripada dipetik dengan simpangan kecil. Dalam hal ini, simpangan yang kamu berikan pada senar merupakan amplitudo. Semakin besar amplitudo, semakin kuat bunyi dan sebaliknya. Jadi kekuatan bunyi ditentukan oleh besarnya amplitudo bunyi tersebut. Bila dua sumber bunyi yang kerasnya sama, tetapi jarak antara sumber bunyi dengan pendengar berbeda maka sumber bunyi yang lebih dekat dengan pendengar akan terdengar lebih kuat. Faktor-faktor yang memengaruhi kuat bunyi adalah: 1. amplitudo, 2. jarak sumber bunyi dari pendengar, 3. jenis medium. 5. Timbre (Warna Bunyi) Di dalam suatu keramaian, kamu pasti mendengar berbagai macam bunyi. Ada suara laki-laki, perempuan, anak-anak, dan sebagainya. Telingamu mampu membedakan bunyi-bunyi tersebut. Ketika sebuah gitar dan organ memainkan lagu yang sama, kamu masih dapat membedakan suara kedua alat musik tersebut. Meskipun kedua alat musik tersebut mempunyai frekuensi yang sama, tetapi bunyi yang dihasilkan oleh kedua sumber bunyi tersebut bersifat unik. Keunikan setiap bunyi dengan bunyi lainnya meskipun mempunyai frekuensi yang sama disebut sebagai warna bunyi. Dapatkah kamu menyebutkan contoh lain yang menunjukkan bahwa bunyi memiliki warna yang berbeda meskipun frekuensinya sama. 6. Hukum Marsenne Marsenne menyelidiki hubungan frekuensi yang dihasilkan oleh senar yang bergetar dengan panjang senar, penampang senar, tegangan, dan jenis senar. Faktorfaktor yang memengaruhi frekuensi nada alamiah sebuah senar atau dawai menurut Marsenne adalah sebagai berikut : 1. Panjang senar, semakin panjang senar semakin rendah frekuensi yang dihasilkan. 2. Luas penampang, semakin besar luas penampang senar, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.

3. Tegangan senar, semakin besar tegangan senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan. 4. Massa jenis senar, semakin kecil massa jenis senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan. 7. Frekuensi Bunyi Setiap makhluk hidup mempunyai ambang pendengaran yang berbeda-beda. Pendengaran manusia dan hewan tentu akan berbeda. Ada bunyi yang dapat didengar manusia, tetapi tidak oleh hewan dan sebaliknya. Berdasarkan frekuensinya, bunyi dapat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok, yaitu ultrasonik, audiosonik, dan infrasonik. 1. Bunyi yang mempunyai frekuensi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik. Bunyi ini hanya dapat didengar oleh lumba-lumba dan kelelawar. Kelelawar menggunakan frekuensi ini sebagai navigasi ketika terbang di kegelapan. Kelelawar dapat menemukan jalan atau mangsanya dengan cara mengeluarkan bunyi ultrasonik. Bunyi ini akan dipantulkan oleh benda-benda di sekelilingnya, kemudian pantulan bunyi ini dapat ditangkap kembali sehingga kelelawar dapat mengetahui jarak dirinya dengan benda-benda di sekitarnya. Bunyi ultrasonik dapat dimanfaatkan manusia untuk mengukur kedalaman laut, pemeriksaan USG (ultrasonografi). 2. Bunyi yang mempunyai frekuensi antara 20 Hz – 20.000 Hz disebut audiosonik. Selang frekuensi bunyi ini dapat didengar manusia. Akan tetapi, kepekaan pendengaran manusia semakin tua semakin menurun, sehingga pada usia lanjut tidak semua bunyi yang berada di rentang frekuensi ini dapat didengar. 3. Bunyi yang mempunyai frekuensi di bawah 20 Hz disebut infrasonik. Bunyi ini dapat didengar oleh binatang-binatang tertentu, seperti anjing, laba-laba, dan jangkrik. B. SIFAT-SIFAT UMUM GELOMBANG BUNYI Bunyi sebagai gelombang mempunyai sifat-sifat sama dengan sifat-sifat dari gelombang yaitu : 1. Gelombang bunyi memerlukan medium dalam perambatannya Karena gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik, maka dalam perambatannya bunyi memerlukan medium. Hal ini dapat dibuktikan saat dua orang astronout berada jauh dari bumi dan keadaan dalam pesawat dibuat hampa udara, astronout tersebut tidak dapat bercakap-cakap langsung tetapi menggunakan alat komunikasi seperti telepon. Meskipun dua orang astronout tersebut berada dalam satu pesawat. 2. Gelombang bunyi mengalami pemantulan (refleksi) Salah satu sifat gelombang adalah dapat dipantulkan sehingga gelombang bunyi juga dapat mengalami hal ini. Hukum pemantulan gelombang: sudut datang = sudut pantul juga berlaku pada gelombang bunyi. Hal ini dapat dibuktikan bahwa pemantulan bunyi dalam ruang tertutup dapat menimbulkan gaung. Yaitu sebagian bunyi pantul bersamaan dengan bunyi asli sehingga bunyi asli terdengar tidak jelas. Untuk menghindari terjadinya gaung maka dalam bioskop, studio radio dan televisi,

dan gedung konser musik dindingnya dilapisi zat peredam suara yang biasanya terbuat dari kain wol, kapas, gelas, karet, atau besi. 3. Gelombang bunyi mengalami pembiasan (refraksi) Salah satu sifat gelombang adalah mengalami pembiasan. Peristiwa pembiasan dalam kehidupan sehari-hari misalnya pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari. Hal ini disebabkan karena pada pada siang hari udara lapisan atas lebih dingin daripada dilapisan bawah. Karena cepat rambat bunyi pada suhu dingin lebih kecil daripada suhu panas maka kecepatan bunyi dilapisan udara atas lebih kecil daripada dilapisan 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. 4. Gelombang bunyi mengalami pelenturan (difraksi) Gelombang bunyi sangat mudah mengalami difraksi karena gelombang bunyi diudara memiliki panjang gelombang dalam rentang sentimeter sampai beberapa meter. Seperti yang kita ketahui, bahwa gelombang yang lebih panjang akan lebih mudah didifraksikan. Peristiwa difraksi terjadi misalnya saat kita dapat mendengar suara mesin mobil ditikungan jalan walaupun kita belum melihat mobil tersebut karena terhalang oleh bangunan tinggi dipinggir tikungan. 5. Gelombang bunyi mengalami perpaduan (interferensi) Gelombang bunyi mengalami gejala perpaduan gelombang atau interferensi, yang dibedakan menjadi dua yaitu interferensi konstruktif atau penguatan bunyi dan interferensi destruktif atau pelemahan bunyi. Misalnya waktu kita berada diantara dua buah loud-speaker dengan frekuensi dan amplitudo yang sama atau hampir sama maka kita akan mendengar bunyi yang keras dan lemah secara bergantian. C. CEPAT RAMBAT GELOMBANG BUNYI Pernahkah kamu melihat halilintar? Kilatan halilintar dan suaranya tampak tidak terjadi dalam satu waktu. Sebenarnya, kilatan halilintar dan suaranya terjadi bersamaan. Mengapa kita melihat kilatan halilintar lebih dahulu, kemudian disusul suaranya? Hal ini berkaitan dengan cepat rambat gelombang. Halilintar terdiri atas dua gelombang, yaitu gelombang cahaya yang berupa kilatannya dan gelombang bunyi yang berupa suaranya. Karena kedua gelombang ini mempunyai cepat rambat gelombang yang berbeda, dua gelombang ini tampak terjadi beriringan. Ternyata cepat rambat gelombang cahaya lebih besar dari cepat rambat gelombang bunyi. Oleh karena itu, kilatan cahaya akan lebih dahulu kita lihat, kemudian disusul suaranya. Hal serupa juga terjadi ketika kamu mendengar bunyi pesawat di atas kamu, ternyata pesawat terlihat sudah jauh berada di depan. Hal ini disebabkan cepat rambat cahaya lebih besar daripada cepat rambat bunyi. Kecepatan perambatan gelombang bunyi bergantung pada medium tempat gelombang bunyi tersebut dirambatkan. Selain itu, kecepatan rambat bunyi juga bergantung pada suhu medium tersebut. Kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara bersuhu 0o C akan berbeda jika bunyi merambat di udara yang bersuhu 25o C.

∆𝑠

𝑣 = ∆𝑡

.....................(1.1)

Keterangan : 𝑚 𝑣 = 𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡 𝑟𝑎𝑚𝑏𝑎𝑡 𝑏𝑢𝑛𝑦𝑖 ( ) 𝑠 ∆𝑠 = 𝑗𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑠𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 𝑏𝑢𝑛𝑦𝑖 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑎𝑚𝑎𝑡 (𝑚) ∆𝑡 = 𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 (𝑠) Perlu diingat bahwa kecepatan merambatnya bunyi dalam suatu medium tidak hanya bergantung pada jenis medium, tetapi bergantung juga pada suhu medium tersebut. Cepat rambat gelombang bunyi di udara pada suhu 20° C akan berbeda dengan cepat rambat gelombang bunyi di udara pada suhu 50° C. Kecepatan bunyi pada beberapa medium pada suhu yang sama ditunjukkan pada tabel 1.1 . Pada tabel 1.1 terlihat bahwa untuk medium yang berbeda, kecepatan perambatan gelombang bunyinya berbeda pula. Jika dilihat dari kepadatan medium-medium pada tabel 1.1 ternyata pada medium yang mempunyai kerapatan paling kecil yaitu udara, gelombang bunyi merambat paling lambat dan sebaliknya. Jadi bunyi merambat paling baik dalam medium zat padat dan paling buruk dalam medium udara (gas). Perbedaan cepat rambat bunyi dalam ketiga medium (padat, cair, dan gas) karena perbedaan jarak antarpartikel dalam ketiga wujud zat tersebut. Jarak antarpartikel pada zat padat sangat berdekatan sehingga energi yang dibawa oleh getaran mudah untuk dipindahkan dari partikel satu ke partikel lainnya tanpa partikel tersebut berpindah. Begitu sebaliknya pada zat gas yang memiliki jarak antar partikel yang berjauhan. Selain bergantung pada medium perambatannya, cepat rambat gelombang bunyi juga bergantung pada suhu medium tempat gelombang bunyi tersebut merambat. Tabel 1.2 memperlihatkan kecepatan perambatan bunyi di udara pada suhu yang berbeda. Pada tabel 1.2 terlihat bahwa pada medium yang sama yaitu udara, gelombang bunyi merambat dengan kecepatan berbeda-beda. Jadi, semakin tinggi suhu udara, semakin besar cepat rambat bunyinya atau semakin rendah suhu udara, semakin kecil cepat rambat bunyinya.

Tabel 1.1 Cepat rambat gelombang bunyi pada beberapa medium pada suhu 20o C

Tabel 1.2 Pengaruh suhu pada cepat rambat gelombang bunyi pada medium udara

1. 2.

1.

Dalam medium udara, bunyi mempunyai dua sifat khusus, yaitu : Cepat rambat bunyi tidak bergantung pada tekanan udara, artinya jika terjadi perubahan tekanan udara, cepat rambat bunyi tidak berubah. Cepat rambat bunyi bergantung pada suhu. Makin tinggi suhu udara, makin besar cepat rambat bunyi. Pada tempat yang tinggi, cepat rambut bunyi lebih rendah, karena suhu udaranya lebih rendah, bukan karena tekanan udara yang rendah. Cepat Rambat Bunyi Pada Zat Padat Pada zaman dahulu, orang mendekatkan telinganya ke atas rel untuk mengetahui kapan kereta datang. Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat merambat pada zat padat. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat padat tergantung pada sifat elastisitas dan massa jenis zat padat tersebut dalam zat padat. Secara matematis, besarnya cepat rambat bunyi pada zat padat didefinisikan sebagai : ....................(1.2) Keterangan : v : Cepat rambat bunyi pada zat padat (m/s) E : Modulus Young medium (N/m2) ρ : Massa jenis medium (kg/m3)

2.

Cepat Rambat Bunyi pada Zat Cair Pada saat Anda menyelam dalam air, bawalah dua buah batu, kemudian pukulkan kedua batu tersebut satu sama lain. Meskipun Anda berada dalam air, Anda masih bisa mendengar suara batu tersebut. Hal tersebut membuktikan bahwa bunyi dapat merambat pada zat cair. Besarnya cepat rambat bunyi dalam zat cair tergantung pada Modulus Bulk dan massa jenis zat cair tersebut. Secara matematis hampir analogi dengan persamaan 3.1, yaitu : .................(1.3) Keterangan: v B ρ

: Cepat rambat bunyi pada zat cair (m/s) : Modulus Bulk medium (N/m2) : Massa jenis medium (kg/m3)

3.

Cepat Rambat Bunyi pada Gas Di udara tentu Anda lebih sering mendengar berbagai macam bunyi. Anda bisa mendengar suara radio, televisi, bahkan orang yang berteriak-teriak di kejauhan. Besarnya cepat rambat bunyi pada zat gas tergantung pada sifat-sifat kinetik gas. Dalam kasus gas terjadi perubahan volum, dan yang berkaitan dengan modulus elastik bahan adalah modulus bulk. Cepat rambat bunyi dalam gas dapat dinyatakan dengan:

..................................

....................(1.4)

Keterangan: p = tekanan gas γ = tetapan Laplace. ρ = kerapatan Berdasarkan persamaan gas ideal: 𝜌=

𝑝𝑀 𝑅𝑇

𝑝

𝑅𝑇

, atau 𝜌 =

𝑀

, maka diperoleh persamaan dasar untuk menghitung cepat

rambat bunyi dalam gas yaitu: 𝑣 = √𝛾 Keterangan : v 𝛾 R T M

: : : : :

𝑅𝑇 𝑀

..................(1.5)

Cepat rambat bunyi pada zat gas (m/s) Konstanta Laplace Tetapan umum gas (8,31 J/molK) Suhu mutlak gas (K) Massa atom atau molekul relatif gas (kg/mol)

Pertemuan Kedua D. RESONANSI BUNYI Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena getaran benda lain. Syarat resonansi adalah frekuensi penggetar sama dengan frekuensi yang digetarkan. Misalnya suatu garpu tala digetarkan di atas ujung tabung resonansi, bila bunyi garpu tala diperkeras, maka: Gas di dalam tabung beresonansi: Resonansi pada kolom udara, misalnya pada tabung resonansi. Tabung resonansi dimasukkan ke dalam air, diatasnya digetarkan sebuah garpu tala, maka kolom udara di dalam tabung akan ikut bergetar.

Gambar 1: Sumber http://www.google.com (diakses tanggal 11/05/13, 9.34 AM) Hubungan panjang kolom udara L terhadap panjang gelombang  adalah 1 LO   4 3 L1   4 5 L2   4 Sehingga:



Ln  2n  1). 1  4



....................(1.6)

dengan : n = 0, 1, 2, 3,... Ln = panjang kolom udara pada resonansi ke- n  = panjang gelombang bunyi dari garpu tala Kita dapat menentukan cepat rambat bunyi di udara menggunakan tabung resonansi dengan menggunakan persamaan:

v

4 Ln f 2n  1

....................(1.7)

Keterangan: v = cepat rambat bunyi di udara (m/s) f = frekuensi bunyi yang dihasilkan garpu tala (Hz) Resonansi menghasilkan pola gelombang statsioner yang terdiri atas perut dan simpul gelombang dengan panjang gelombang tertentu. Saat gelombang berdiri terjadi pada senar maka senar akan bergetar pada tempatnya. Pada saat frekuensinya sama dengan frekuensi resonansi, hanya diperlukan sedikit usaha untuk menghasilkan amplitudo besar. Contoh lain peristiwa resonansi adalah pipa organa.

E. EFEK DOPPLER Pada waktu mobil pemadam kebakaran bergerak mendekati kita maka frekuensi sirine yang akan kita dengar akan lebih tinggi dibandingkan dengan frekuensi sirene ketika mobil itu diam. Perubahan frekuensi ini dinamakan Efek Doppler. Efek doppler secara umum mengatakan bahwa frekuensi suatu gelombang akan bertambah tinggi ketika sumber bunyi atau pendengar atau keduanya bergerak saling mendekati dan akan bertambah rendah ketika sumber bunyi atau pendengar atau keduanya bergerak saling menjauhi. Anggap suatu sumber bunyi yang diam (vs = 0) memberikan bunyi dengan frekuensi fs. Jika kecepatan bunyi di udara adalah v maka panjang gelombang bunyi yang diberikan sumber adalah v  f anggap seorang pengamat P bergerak mendekati sumber bunyi ini dengan kecepatan vp. Kecepatan gelombang bunyi relatif terhadap pengamatan adalah v’= v + vp. Karena panjang gelombang bunyi tidak berubah maka frekuensi Gambar 2: Sumber Siswanto - Buku Kompetensi Kelas XII Semester hal 34 yang didengar oleh pengamatan akan bertambah: v' v  v p v  v p fp    fs  v / fs v ......................(1.8)

Sebaliknya jika pengamat menjauh maka kecepatan relatif pengamat terhadap sumber bunyi adalah v’ = v - vp akibatnya frekuensi yang didengar oleh pengamat akan berkurang yaitu: 𝑓𝑝 =

𝑣−𝑣𝑝 𝑣

𝑓𝑠

.....................(1.9)

Secara umum rumus efek doppler untuk sumber bunyi yang diam ditulis: 𝑓𝑝 =

𝑣±𝑣𝑝 𝑣

𝑓𝑠

...................(1.10)

Tanda + digunakan untuk pengamat yang mendekati sumber sedangkan tanda – untuk pengamat yang menjauhi sumber. Sekarang anggap sumbernya bergerak tetapi pengamat diam. Ketika sumber mendekati pengamat maka muka gelombang yang dilihat pengamat bertambah dekat seperti ditunjukkan pada Gb.4 (a). Untuk gelombang transversal (efek doppler cahaya) panjang gelombangnya terlihat bertambah pendek (Gambar. 2b)

(a) (b) Gambar 2. Sumber Surya, Yohanes – Olimpiade Fisika hal 149 Jika kecepatan sumber vs maka untuk satu periode gelombang T pengurangan panjang gelombang adalah vsT = vs /fs. Dengan demikian panjang gelombang yang tiba v v vs ditelinga pengamat adalah '    s   fs fs fs Sehingga frekuensi yang didengar pengamat adalah: 𝑣

𝑣

𝑓𝑝 = 𝜆′ = 𝑣⁄𝑓 −𝑣 𝑠

𝑠 ⁄𝑓𝑠

𝑣

= 𝑣−𝑣 𝑓𝑠 𝑠

..................(1.11)

Jika sumber menjauh maka panjang gelombang dari gelombang yang datang ke pengamat akan bertambah panjang (seolah-olah gelombangnya tertarik seperti ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3. Sumber Surya, Yohanes – Olimpiade Fisika hal 150 Frekuensi yang didengar pengamat adalah: 𝑣 𝑓𝑝 = 𝑣+𝑣 𝑓𝑠 𝑠

................(1.12)

Secara umum untuk sumber yang bergerak mendekat dan tanda + adalah untuk sumber yang bergerak menjauh. Akhirnya untuk pengamat dan sumber yang bergerak rumus efek doppler adalah:

𝑓𝑝 =

𝑣±𝑣𝑝

𝑓 𝑣±𝑣𝑠 𝑠

................(1.13)

Tanda yang atas + vp dan –vs dipakai ketika sumber atau pengamat bergerak mendekat sedangkan tanda yang bawah – vp dan + vs dipakai ketika sumber atau pengamat bergerak menjauh. F. PELAYANGAN Layangan gelombang adalah peristiwa membesar – mengecil – membesar atau mengecil – membesar – mengecil amplitudo gelombang hasil interferensi dari dua gelombang dengan selisih frekuensi kedua gelombang kecil. Layangan pada gelombang bunyi ditandai dengan terdengarnya bunyi keras – lemah – keras atau lemah – keras – lemah. Banyaknya layangan per detik sama dengan selisih frekuensi antara kedua sumber bunyi yang menimbulkannya. Frekuensi layangan gelombang (f) = setengah dari selisih frekuensi – frekuensi kedua gelombang yang berinterferensi. Secara matematis ditulis

 f  f2  f  1   2 

................(1.14)

Dengan : f = frekuensi layangan f1 dan f2 = frekuensi-frekuensi kedua gelombang yang berinterferensi f1 > f2, f1 dan f2 berselisih sedikit Pertemuan Ketiga G. SUMBER BUNYI Sumber bunyi adalah sesuatu yang bergetar. Untuk meyakinkan hal ini tempelkan jari pada tenggorokan selama kalian berbicara, maka terasalah suatu getaran. Bunyi termasuk gelombang longitudinal. Alat-alat musik seperti gitar, biola, harmonika, seruling termasuk sumber bunyi. Pada dasarnya sumber getaran semua alat-alat musik itu adalah dawai dan kolom udara. Pada bab ini kita akan mempelajari nada-nada yang dihasilkan oleh sumber bunyi tersebut. 1. Sumber Bunyi Dawai Sebuah gitar merupakan suatu alat musik yang menggunakan dawai/senar sebagai sumber bunyinya. Gitar dapat menghasilkan nada-nada yang berbeda dengan jalan menekan bagian tertentu pada senar itu, saat dipetik. Getaran pada senar gitar yang dipetik itu akan menghasilkan gelombang stasioner pada ujung terikat. Satu senar pada gitar akan menghasilkan berbagai frekuensi resonansi dari pola gelombang paling sederhana sampai majemuk. Nada yang dihasilkan dengan pola paling sederhana disebut nada dasar, kemudian secara berturut-turut pola gelombang yang terbentuk menghasilkan nada atas ke-\nada atas ke-2, nada atas ke-3 ... dan seterusnya. Gambar di atas menggambarkan pola-pola yang terjadi pada sebuah dawai yang kedua ujungnya terikat jika dipetik akan bergetar menghasilkan nada-nada sebagai berikut :

a. Nada Dasar Jika sepanjang dawai terbentuk ½ gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada dasar. ℓ atau λ0 = 2ℓ bila frekuensi nada dasar dilambangkan f0, maka besarnya : 𝑣 𝑣 𝑓0 = 𝜆 = 2ℓ ................(1.15) 0

b. Nada Atas 1 Jika sepanjang dawai terbentuk 1 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 1. ℓ = λ1 atau λ1 = ℓ bila frekuensi nada atas 1 dilambangkan f1 maka besarnya : 𝑣

𝑣

𝑣

𝑓1 = 𝜆 = ℓ = 2 (2ℓ) 1

................(1.16)

c. Nada Atas 2 Jika sepanjang dawai terbentuk 1,5 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 2. ℓ = 3/2 λ2 atau λ2 = 2/3 ℓ bila frekuensi nada atas 2 dilambangkan f2 maka besarnya : 𝑣

𝑣

3𝑣

ℓ

2ℓ

𝑓2 = 𝜆 = 2 = 2

3

..............(1.17)

d. Nada Atas 3 Jika sepanjang dawai terbentuk 2 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 3. ℓ = 2 λ3 atau λ3 = ½ ℓ bila frekuensi nada atas 3 dilambangkan f3 maka besarnya : 𝑣

𝑣

𝑣

𝑓3 = 𝜆 = 1 = 4 (2ℓ) 3

2

ℓ

.................(1.18)

Nada terendah yang dihasilkan oleh sumber bunyi disebut nada dasar atau harmonik pertama. Selanjutnya untuk nada yang lebih tinggi secara berurutan disebut nada atas pertama (harmonic kedua), nada atas kedua (harmonic ketiga) dan seterusnya. Frekuensi-frekuensi f0, f1, f2 dst disebut frekuensi alami atau frekuensi resonansi.

Berdasarkan data tersebut dapat kita simpulkan bahwa perbandingan frekuensi nadanada yang dihasilkan oleh sumber bunyi berupa dawai dengan frekuensi nada dasarnya merupakan perbandingan bilangan bulat.

𝐹

Mengingat bahwa kecepatan gelombang transversal pada dawai, 𝑣 = √µ maka frekuensi nada dasar dapat dituliskan sebagai 1

𝐹

1

𝐹ℓ

1

𝐹

𝑓0 = 2ℓ √ µ = 2ℓ √ 𝑚 = 2ℓ √𝜌𝐴

..................(1.19)

Persamaan diatas disebut Hukum Marsene. Berdasarkan uraian tersebut, untuk pola gelombang pada dawai berlaku hubungan sebagai berikut. ∑ 𝑝 = (𝑛 + 1), ∑ 𝑠 = (𝑛 + 2), 𝑑𝑎𝑛 ∑ 𝑠 = ∑ 𝑝 + 1 1 ℓ = (𝑛 + 1) 𝜆 2 𝑓𝑛 = (𝑛 + 1)𝑓0 =

𝑛+1 2ℓ

𝐹

õ

................(1.20)

Dengan p adalah perut, s adalah simpul, dan n = 0, 1, 2, … yang berturut-turut menyatakan notasi untuk nada dasar, nada atas pertama, dan seterusnya. 2. Sumber Bunyi Kolom Udara Seruling dan terompet merupakan contoh sumber bunyi berupa kolom udara. Sumber bunyi yang menggunakan kolom udara sebagai sumber getarnya disebut juga pipa organa. Pipa organa dibedakan menjadi dua, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup. a. Pipa Organa Terbuka Sebuah pipa organa jika ditiup juga akan menghasilkan frekuensi nada dengan pola-pola gelombang yang dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

1) 2) Gambar.5 Pola gelombang nada-nada pada pipa organa terbuka

1) Nada dasar Jika sepanjang pipa organa terbentuk ½ gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada dasar. ℓ = ½ λ0 atau λ0 = 2ℓ bila frekuensi nada dasar dilambangkan f0 maka besarnya : 𝑣 𝑣 𝑓0 = 𝜆 = 2ℓ ..............(1.21) 0

2) Nada atas 1 Jika sepanjang pipa organa terbentuk 1 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 1. ℓ = λ1 atau λ1 = ℓ bila frekuensi nada atas 1 dilambangkan f0 maka besarnya: 𝑣

𝑣

𝑓1 = 𝜆 = 2 (2ℓ)

...............(1.22)

1

3) Nada atas 2 Jika sepanjang pipa organa terbentuk 3/2 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 2. λ = 3/2 ℓ2 atau ℓ2 = 2/3 λ bila frekuensi nada atas 2 dilambangkan f2 maka besarnya: 𝑣

𝑣

3𝑣

ℓ

2ℓ

𝑓2 = 𝜆 = 2 = 2

3

...............(1.23)

4) Nada atas 3 Jika sepanjang dawai terbentuk 2 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 3. ℓ = 2λ3 atau λ3 = l/2 ℓ bila frekuensi nada atas 3 dilambangkan f3 maka besarnya: 𝑣

𝑣

𝑣

𝑓3 = 𝜆 = 1 = 4 (2ℓ) 3

2

ℓ

...............(1.24)

Berdasarkan data tersebut dapat dikatakan bahwa perbandingan frekuensi nada-nada yang dihasilkan oleh pipa organa terbuka dengan frekuensi nada dasarnya merupakan perbandingan bilangan bulat.

Berdasarkan uraian di atas, untuk pola gelombang pada pipa organa terbuka berlaku hubungan sebagai berikut, ∑ 𝑠 = (𝑛 + 1), ∑ 𝑝 = (𝑛 + 2), 𝑑𝑎𝑛 ∑ 𝑝 = ∑ 𝑠 + 1 1 ℓ = (𝑛 + 1) 𝜆 2 𝑓𝑛 = (𝑛 + 1)𝑓0 ..............(1.25) Dengan p adalah perut, s adalah simpul, dan n = 0, 1, 2, … yang berturutturut menyatakan notasi untuk nada dasar, nada atas pertama, dan seterusnya.

b. Pipa Organa Tertutup Sebuah pipa organa tertutup jika ditiup juga akan menghasilkan frekuensi nada dengan pola-pola gelombang yang dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

1) Gambar.6 Pola gelombang nada-nada pada pipa organa tertutup 1) Nada dasar Jika sepanjang pipa organa terbentuk 1/4 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada dasar. ℓ = ¼ λ0 atau λ0 = 4ℓ bila frekuensi nada dasar dilambangkan f0 maka besarnya : 𝑣 𝑣 𝑓0 = 𝜆 = 4ℓ ...............(1.26) 0

2) Nada atas 1 Jika sepanjang pipa organa terbentuk ¾ gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 1. ℓ = ¾ λ1 atau λ1= 4/3 ℓ bila frekuensi nada dasar dilambangkan f1 maka besarnya : 𝑣

𝑣

1

3

𝑣

𝑓1 = 𝜆 = 4 = 3 (4ℓ) ℓ

...............(1.27)

3) Nada atas 2 Jika sepanjang pipa organa terbentuk 5/4 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 2. ℓ = 5/4 λ2 atau λ = 4/5 ℓ bila frekuensi nada dasar dilambangkan f2 maka besarnya: 𝑣

𝑣

𝑣

𝑓2 = 𝜆 = 4 = 5 (4ℓ) 2

5

ℓ

...............(1.28)

4) Nada atas 3 Jika sepanjang pipa organa terbentuk 7/4 gelombang, maka nada yang dihasilkan disebut nada atas 3. ℓ = 7/4 λ3 atau λ3 = 4/7ℓ bila frekuensi nada atas 3 dilambangkan f3 maka besarnya:

𝑣

𝑣

3

ℓ

𝑣

𝑓3 = 𝜆 = 4 = 7 (4ℓ) 7

...............(1.29)

Dari data tersebut dapat dikatakan bahwa perbandingan frekuensi nada-nada yang dihasilkan oleh pipa organa tertutup dengan frekuensi nada dasarnya merupakan perbandingan bilangan ganjil.

Berdasarkan uraian di atas, untuk pola gelombang pada pipa organa tertutup berlaku hubungan sebagai berikut, ∑ 𝑠 = ∑ 𝑝 = (𝑛 + 1) 1 ℓ = (2𝑛 + 1) 𝜆𝑛 4 (2𝑛 𝑓𝑛 = + 1)𝑓0 ..............(1.30) Dengan p adalah perut, s adalah simpul, dan n = 0, 1, 2, … yang berturut-turut menyatakan notasi untuk nada dasar, nada atas pertama, dan seterusnya. Pertemuan Keempat H. Energi dan Intensitas Bunyi Gelombang dapat merambat dari satu tempat ke tempat lain melalui medium yang bermacam-macam. Gelombang dapat merambatkan energi. Dengan demikian, gelombang mempunyai energi. Jika udara atau gas dilalui gelombang bunyi, partikel-partikel udara akan bergetar sehingga setiap partikel akan mempunyai energi sebesar : E

1 k 2

2

A

E

1 2 2 2 m  A  2 m 2

2

2

f A

.............(1.31)

Dengan : E = energi gelombang (J)  = frekuensi Sudut (rad/s) k = konstanta (N/m) f = frekuensi (Hz) A = amplitudo (m) 1. Intensitas Bunyi Gelombang merupakan rambatan energi getaran. Jika ada gelombang tali berarti energinya dirambatkan melalui tali tersebut. Bagaimana dengan bunyi? Bunyi dirambatkan dari sumber ke pendengar melalui udara. Yang menarik bahwa bunyi disebarkan dari sumber ke segala arah. Jika seseorang berdiri berjarak R dari sumber akan mendengar bunyi maka bunyi itu telah tersebar membentuk luasan bola dengan jari-jari R. Berarti energi yang diterima

pendengar itu tidak lagi sebesar sumbernya. Sehingga yang dapat diukur adalah energi yang terpancarkan tiap satu satuan waktu tiap satu satuan luas yang dinamakan dengan intensitas bunyi. Sedangkan kalian tentu sudah mengenal bahwa besarnya energi yang dipancarkan tiap satu satuan waktu dinamakan dengan daya. Berarti intensitas bunyi sama dengan daya persatuan luas.

I

P A

.............(1.32)

dengan : I = intensitas bunyi (watt/m2) P = daya bunyi (watt) A = luasan yang dilalui bunyi (m2) A = 4πR2 (untuk bunyi yang menyebar ke segala arah) Sumber Bunyi

Tingkat Intensitas (dB) 140 120 120 100 75

Intensitas (W/m2) 100 1 1 1x10-2 3x10-5

Pesawat jet pada jarak 30 m Ambang rasa sakit Konser rock yang keras dalam ruangan Sirine pada jarak 30 m Interior mobil, yang melaju pada 50 km/jam Lalu lintas jalan raya yg sibuk 70 1x10-5 Percakapan biasa, dengan jarak 50cm 65 3x10-6 Radio yang pelan 40 1x10-8 Bisikan 20 1x10-10 Gemerisik daun 10 1x10-11 Batas pendengaran 0 1x10-12 Tabel 1.3 Intensitas berbagai macam bunyi 2. Taraf Intensitas Bunyi Kalian tentu pernah mendengar bunyi dalam ruangan yang bising. Tingkat kebisingan inilah yang dinamakan dengan taraf intensitas. Taraf intensitas didefinisikan sebagai sepuluh kali logaritma perbandingan intensitas dengan intensitas ambang pendengaran. I TI  10 log ................(1.33)

I

0

Dengan : TI = Taraf intensitas (dB) I = intensitas (watt/m2) I 0 = intensitas ambang pendengar (10-12 watt/m2)

Dari persamaan diatas dapat dikembangkan untuk menentukan taraf intensitas dari kelipatan intensitasnya. Misalnya ada n buah sumber bunyi yang terdengar bersamaan maka In = n I dan taraf intensitasnya TIn memenuhi persamaan berikut.

TIn  10 log TIn  T

I

1

nI

I

= 10 log

0

I

I

 10 log n 0

 10 log n

.................(1.34)

Dengan menggunakan sifat logaritma yang sama dapat ditentukan taraf intensitas oleh kelipatan jarak k 

R R

2

. Nilainya seperti persamaan berikut.

1

T

I

2

T

I

1

 20 log k

T

I

2

T

I

1

 20 log

R R

2

...................(1.35)

1

I.

MANFAAT GELOMBNAG BUNYI DALAM KEHIDUPAN 1. Radar Penggunaan Radar dalam berbagai bidang: a. Cuaca Weather Radar, merupakan jenis radar cuaca yang memiliki kemampuan untuk mendeteksi intensitas curah hujan dan cuaca buruk, misalnya badai.Wind Profiler, merupakan jenis radar cuaca yang berguna untuk mendeteksi kecepatan dan arah angin dengan menggunakan gelombang suara (SODAR). b. Militer Air borne Early Warning (AEW), merupakan sebuah sistem radar yang berfungsi untuk mendeteksi posisi dan keberadaan pesawat terbang lain. Sistem radar ini biasanya dimanfaatkan untuk pertahanan dan penyerangan udara dalam dunia militer. Radar pemandu peluru kendali, biasa digunakan oleh sejumlah pesawat tempur untuk mencapai sasaran/target penembakan. Salah satu pesawat yang menggunakan jenis radar ini adalah pesawat tempur Amerika Serikat F-14. Dengan memasang radar ini pada peluru kendali udara (AIM-54 Phoenix), maka peluru kendali yang ditembakkan ke udara itu (air-to-air missile) diharapkan dapat mencapai sasarannya dengan tepat. c. Kepolisian Radar biasa dimanfaatkan oleh kepolisian untuk mendeteksi kecepatan kendaraan bermotor saat melaju di jalan. Radar yang biasa digunakan untuk masalah ini adalah radar gun (radar kecepatan) yang berbentuk seperti pistol dan microdigicam radar. d. Pelayaran Dalam bidang pelayaran, radar digunakan untuk mengatur jalur perjalanan kapal agar setiap kapal dapat berjalan dan berlalu lalang di jalurnya masing-masing dan tidak saling bertabrakan, sekalipun dalam cuaca yang kurang baik, misalnya cuaca berkabut. e. Penerbangan f. Dalam bidang penerbangan, penggunaan radar terlihat jelas pada pemakaian Air Traffic Control (ATC). Air Traffic Control merupakan suatu kendali dalam

pengaturan lalu lintas udara. Tugasnya adalah untuk mengatur lalu lalang serta kelancaran lalu lintas udara bagi setiap pesawat terbang yang akan lepas landas (take off), terbang di udara, maupun yang akan mendarat (landing). ATC juga berfungsi untuk memberikan layanan bantuan informasi bagi pilot tentang cuaca, situasi dan kondisi bandara yang dituju. 2. Kaca Mata Tuna Netra Kaca mata tuna netra dilengkapi dengan pengirim dan penerima ultrasonikk sehingga tuna netra dapat menduga jarak benda yang ada didepannya. Gelombang ultrasonik dipancarkan frame kaca mata dan mengenai objek disekitar, gelombang ultrasonik dipantulkan dan diterima kembali oleh alat penerima pada kaca mata. Ultrasonik berada pada frame kaca mata yang mengirimkan signal getaran pada telinga tuna netra. Perlu diketahui bahwa orang yang tuna netra memiliki pendengaran yang lebih tajam atau sensitif dibanding orang yang bermata normal. 3. Mengukur kedalaman Laut Kedalam Laut termasuk kawanan atau gerombolan ikan di bawah permukaan air dapat ditentukan oleh teknik pantulan pulsa ultrasonik atau sonar. Sonar merupakan suatu teknik yang digunakan untuk menentukan letak benda di bawah laut dengan menggunakan metode pantulan gelombang. Pantulan gelombang oleh suatu permukaan atau benda sehingga jenis gelombang yang lebih lemah terdeteksi tidak lama setelah gelombang asal disebut gema. Gema merupakan bunyi yang terdengar tidak lama setelah bunyi asli. Perlambatan antara kedua gelombang menunjukkan jarak permukaan pemantul. Penduga gema (echo sounder) ialah peralatan yang digunakan untuk menentukan kedalaman air di bawah kapal.

Gambar.8 Kapal menggunakan sonar untuk menggukur kedalaman laut Kapal mengirimkan suatu gelombang bunyi dan mengukur waktu yang dibutuhkan gema untuk kembali, setelah pemantulan oleh dasar laut. Selain kedalaman laut, metode ini juga dapat digunakan untuk mengetahui lokasi karang, kapal karam, kapal selam, atau sekelompok ikan. Dengan mengetahui waktu pancar sampai gelombang diterima kembali maka jarak gerombolan ikan atau dasar laut bisa dihitung dengan persamaan gerak lurus beraturan (glb). 4. Mendeteksi retak-retak pada struktur logam Untuk mendeteksi retak dalam struktur logam atau beton digunakan scaning Ultrasonik. Teknik scaning ultrasonik inilah yang digunakan untuk meameriksa retak-

retak tersembunyi pada bagian-bagian pesawat terbang, yang bisa membahayakan sebuah penerbangan pesawat. Idealnya dalam pemeriksaan rutin setiap bagian penting pada pesawat akan di scaning ultrasonik. Bila ada keretakan akan diketahui dengan cepat dapat diatasi sebelum pesawat diperkenankan terbang. 5. Membersihkan benda dengan Ultrasonik Beberapa benda seperti berlian dan perhiasan serta bagian-bagian mesin, sangat sukar dibersihkan dengan mengguanakan spon kasar atau detergen keras. Getaran getaran dari ultrasonik ternyata dapat merontokan suatu kotoran dari suatu objek. Berlian, komponen elektronik atau bagian-bagian mesin yang akan dibersihkan dicelupkan kedalam cairan kemudian gelombang ultrasonik frekuensi tinggi dikirim pada cairan sehingga cairan ikut bergetar maka getaran cairan akan merontokkan kotoran yang menempel tanpa harus digosok. 6. Survai geofisika Pergeseran tiba-tiba segmen-segmen kerak bumi yang dibatasi zona patahan dapat menghasilkan gelombang seismik. Ini memungkinkan para ahli geologi dan geofisika untuk memperoleh pengetahuan tentang keadaan bagian dalam Bumi dan membantu mencari sumber bahan bakar fosil baru. Ada empat tipe gelombang seismik, yaitu gelombang badan P, gelombang badan S, gelombang permukaan Love, dan gelombang permukaan Rayleigh. Alat yang digunakan untuk mendeteksi gelombanggelombang ini disebut seismograf, yang biasanya digunakan untuk mendeteksi adanya gempa bumi. Seperti semua gelombang, laju gelombang seismik bergantung pada sifat medium, rigiditas, ketegaran, dan kerapatan medium. Grafik waktu perjalanan dapat digunakan untuk menentukan jarak stasiun seismograf dari episenter gempa bumi. Suatu gempa bumi atau ledakkan dahsyat dapat menghantarkan gelombang bunyi yang dicatat dengan seismograf yang diletakkan diberbagai tempat. Catatan ini dapat memperlihatkan bentuk gangguan bentuk gangguan tergantung dari struktur lapisan bumi.

Gambar.9 Grafik waktu penjalaran dapat digunakan untuk menentukan jarak stasiun seismograf dari episenter gempa bumi. Sehingga Pantulan gelombang bunyi yang berfrekuensi tinggi atau Ultrasonik ketika melalui lapisan-lapisan bumi bisa dipakai untuk memperkirakan lapisan lapiasan

batuan dan mineral yang mengandung endapan endapan minyak atau mineral-mineral berharga. 7. Kamera Pernahkah anda menggunakan kamera yang dapat mengatur fokusnya secara otomatis. Kamera seperti ini pasti menggunakan SONAR. Gelombang-gelombang ultrasonik dikirim oleh kamera menuju objek yang akan difoto setelah gelombang dipantulkan kamera dapat mengetahui jarak objek sehingga secara otomatis kamera mengatur fokos sesuai jarak objek tersebut 8. Pencitraan Medis Bunyi ultrasonik digunakan dalam bidang kedokteran dengan menggunakan teknik pulsa-gema. Teknik ini hampir sama dengan sonar. Pulsa bunyi dengan frekuensi tinggi diarahkan ke tubuh, dan pantulannya dari batas atau pertemuan antara organorgan dan struktur lainnya dan luka dalam tubuh kemudian dideteksi.

Gambar.10 Gelombang ultrasonik dimanfaatkan untuk melihat perkembangan janin dalam kandungan Dengan menggunakan teknik ini, tumor dan pertumbuhan abnormal lainnya, atau gumpalan fluida dapat dilihat. Selain itu juga dapat digunakan untuk memeriksa kerja katup jantung dan perkembangan janin dalam kandungan. Informasi mengenai berbagai organ tubuh seperti otot, jantung, hati, dan ginjal bisa diketahui. Frekuensi yang digunakan pada diagnosis dengan gelombang ultrasonik antara 1 sampai 10 MHz, laju gelombang bunyi pada jaringan tubuh manusia sekitar 1.540 m/s, sehingga panjang gelombangnya adalah: v 1.540m / s 3    1,5 x10  1,5mm 6 2 f 10 s Panjang gelombang ini merupakan batas benda yang paling kecil yang dapat dideteksi. Makin tinggi frekuensi, makin banyak gelombang yang diserap tubuh, dan pantulan dari bagian yang lebih dalam dari tubuh akan hilang. Pencitraan medis dengan menggunakan bunyi ultrasonik merupakan kemajuan yang penting dalam dunia kedokteran. Metode ini dapat menggantikan prosedur lain yang berisiko, menyakitkan, dan mahal. Cara ini dianggap tidak berbahaya.

CAHAYA Pertemuan Kelima A. TEORI TENTANG CAHAYA Cahaya menurut Newton (1642 - 1727) terdiri dari partikel-partikel ringan berukuran sangat kecil yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sementara menurut Huygens ( 1629 - 1695), cahaya adalah gelombang seperti halnya bunyi. Perbedaan antara keduanya hanya pada frekuensi dan panjang gelombangnya saja. Dua pendapat di atas sepertinya saling bertentangan. Sebab tak mungkin cahaya bersifat partikel sekaligus sebagai partikel. Pasti salah satunya benar atau keduaduanya salah, yang pasti masing-masing pendapat di atas memiliki kelebihan dan kekurangan. Pada zaman Newton dan Huygens hidup, orang-orang beranggapan bahwa gelombang yang merambat pasti membutuhkan medium. Padahal ruang antara bintang-bintang dan planet-planet merupakan ruang hampa (vakum) sehingga menimbulkan pertanyaan apakah yang menjadi medium rambat cahaya matahariyang sampai ke bumi jika cahaya merupakan gelombang seperti dikatakan Huygens. Inilah kritik orang terhadap pendapat Hygens. Kritik ini dijawab oleh Huygens. Inilah kritik orang terhadap pendapat Huygens. Kritik ini dijawab oleh Huygens dengan memperkenalkan zat hipotetik (dugaan) bernama eter. Zat ini sangat ringan, tembus pandang dan memenuhi seluruh alam semesta. eter membuat cahaya yang berasal dari bintang-bintang sampai ke bumi. Dalam dunia ilmu pengetahuan kebenaran suatu pendapat akan sangat ditentukan oleh uji eksperimen. Pendapat yang tidak tahan uji eksperimen akan ditolak olehpara ilmuwan sebagai suatu teori yang benar. Sebaiknya pendapat yang didukung oleh hasil-hasil eksperimen dan meramalkan gejala-gejala alam. Walaupun keberadaan eter belum dapat dipastikan di dekade awal Abad 20, berbagai eksperimen yang dilakukan oleh para ilmuwan seperti Thomas Young (1773 - 1829) dan Agustin Fresnell (1788 - 1827) berhasil membuktikan bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan berinterferensi. Gejala alam yang khas merupakan sifat dasar gelombang bukan partikel. Percobaan yang dilakukan oleh Jeans Leon Foucault (1819 - 1868) menyimpulkan bahwa cepat rambat cahaya dalam air lebih rendah dibandingkan kecepatannya di udara. Padahal Newton dengan teori emisi partikelnya meramalkan kebaikannya. Selanjutnya Maxwell (1831 - 1874) mengemukakan pendapatnya bahwa cahaya dibangkitkan oleh gejala kelistrikan dan kemagnetansehingga tergolong gelombang elektromagnetik. Sesuatu yang berbeda dibandingkan gelombang bunyi yang tergolong gelombang mekanik. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dengan atau tanpa medium dan kecepatan rambatnyapun amat tinggi bila dibandingkan gelombang bunyi. Gelombang elektromagnetik marambat dengan kecepatan 300.000 km/s. Kebenaran pendapat Maxwell ini tak terbantahkan ketika Hertz (1857 - 1894) berhasil membuktikannya secara eksperimental yang disusul dengan penemuan-penemuan berbagai gelombang yang tergolong gelombang elektromagnetik seperti sinar x, sinar gamma, gelombang mikro radar.

Gambar 1. Spektrum Cahaya Cahaya merupakan salah satu gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi 1 x 1015. Cahaya tampak adalah bagian spektrum yang mempunyai panjang gelombang antara lebih kurang 400 nanometer ( nm) dan 800 nm (dalam udara). 1. Karakteristik cahaya a. Cahaya dapat dilihat sebagai gelombang energi b. Cahaya dapat dibagi menjadi 2 yaitu 1) Cahaya terlihat (visible light) : 390-720 nm 2) Cahaya tak terlihat (invisible light) : 720 c. Karakteristik cahaya yaitu : warna, intensitas dan kemurnian(saturation/purity) d. Frekuensi dan panjang gelombang dari cahaya kromatik (cahaya dengan satu warna) dapat dirumuskan sebagai c  f e. Frekeunsi tidak tergantung pada materi objek, tetapi panjang gelombang tergantung pada materi f. Ketika cahaya diberikan pada objek, maka sebagian akan diserap dan sebagian lagi akan dipantulkan. Misalnya apabila sebuah benda disorot warna putih dan benda tersebut memantulkan sebagian besar energi dengan frekuensi (600-700 nm) maka kita akan melihat warna merah, tetapi jika benda memantulkan energi 400 nm, maka kita akan melihat warna biru g. Apabila benda yang memantulkan energi pada rentang 600-700nm (biasanya disebut warna merah) disinari dengan warna biru (400 nm), maka kita akan melihat warna hitam h. Rentang panjang gelombang yang dominan dipantulkan disebut dengan hue atau warna i. Apabila energi yang dihasilkan dari panjang gelombang dominan adalah Ed dan sumbangan energi dari gelombang lain adalah Ew, maka warna putih merupakan

2.

3.

4.

warna di mana Ed=0 dan Ew sama untuk semua panjang gelombang. Sedangkan untuk warna hitam Ed=Ew=0 j. Kemurnian merupakan representasi dari luminance dalam dominan frequency k. Warna putih merupakan warna yang dihasilkan dari semua frekuensi dari spektrum cahaya dengan kekuatan yang sama atau tidak ada kekuatan gelombang yang dominan l. Warna hitam merupakan situasi di mana tidak ada energi yang dipantulkan jadi hitam dan putih bukanlah warna m. Kecerahan merupakan area di bawah Ew n. Purity merupakan selisih dari Ed-Ew o. Makin besar selisih Ed dengan Ew, maka warna semakin terlihat murni p. Jika Ew=0 dan Ed0, maka akan diperoleh warna murni Sifat-sifat Cahaya Cahaya memiliki sifat-sifat sebagai berikut: a. Dapat terlihat oleh mata b. Memiliki arah rambat yang tegak lurus arah getar (transversal) c. Merambat menurut garis lurus d. Memiliki energi e. Dipancarkan dalm bentuk radiasi f. Dapat mengalami pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi (lenturan) dan polarisasi (terserap sebagian arah getarnya) Cahaya matahari menjadi tujuh warna. Otak manusia akan menginterpretasikan warna sebagai panjang gelombang, dengan merah adalah panjang gelombang terpanjang (frekuensi paling rendah) hingga ke ungu dengan panjang gelombang terpendek (frekuensi paling tinggi). Cahaya dengan frekuensi di bawah 400 nm dan di atas 700 nm tidak dapat dilihat manusia. Cahaya disebut sebagai sinar ultraviolet pada batas frekuensi tinggi dan inframerah (IR atau infrared) pada batas frekuensi rendah. Walaupun manusia tidak dapat melihat sinar inframerah kulit manusia dapat merasakannya dalam bentuk panas. Ada juga camera yang dapat menangkap sinar Inframerah dan mengubahnya menjadi sinar tampak. Kamera seperti ini disebut night vision camera Radiasi ultaviolet tidak dirasakan sama sekali oleh manusia kecuali dalam jangka paparan yang lama, hal ini dapat menyebabkan kulit terbakar dan kanker kulit. Beberapa hewan seperti lebah dapat melihat sinar ultraviolet, sedangkan hewan-hewan lainnya seperti Ular Viper dapat merasakan IR dengan organ khusus Kuat/ Intensitas Cahaya (I) Kuat cahaya merupakan jumlah arus cahaya yang dapat dipancarkan dari sumber cahaya tiap satuan sudut ruang. Satuan kuat cahaya adalah Iilin(I)/ candela (Cd). Satu iilin internasional ialah kuat cahaya yang memberikab cahaya sebanyak 1/20 kali banyaknya cahaya yang dipancarkan oleh 1 cm2 platina pada titik lebur. Arus Cahaya (Fluks Cahaya = F) Banyaknya tenaga cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya tiap satu satuan waktu. satuan arus cahaya adalah Lumen (Lm) yang didefinisikan sebagai satu Lumen adalah arus cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya sekuat 1 kandela

steradial. atau arus cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya yang menubus bidang serluad 1 m2 dari kulit bola yang berjari-jari 1m di mana pusat bola terdapat 1 Iilin internasional. 5. Kuat Penerangan (E) Jumlah arus cahaya tiap satuan luas. satuan penarangan adalah Luks, satu Luks didefinisikan sebagai kuat penerangan bidang yang tiap 1m2 bidang tersebut menerima arus cahaya 1 Lumen. Jika arus cahaya (F) menerangi merata suatu bidang seluas A m2 maka kuat penerangan bidang tersebut sebesar: E = . 6. Terang Cahaya (E) Besar kuat cahaya tiap cm2 dari luas permukaan sumber cahaya yang dilihat (jika sumber cahaya berupa bola maka luas permukaanya dapat dilihat berupa luas lingkaran). e = I/A ..............(2.1) Apabila ada 2 bola lampu yang berpijar mempunyai kuat cahya yang sama tetapi lampu yang kecil kelihatan lebih terang dari pada lampu yang besar. Dalam Hal ini dikatakan terang cahaya (e) lampu kecil lebih terang dari pada lampu yang besar. 7. Alat Pengukur Cahaya a. Fotometer Sederhana Terdiri dari sebuah kertas ditengah-tengah terdapat bintik minyak. Bintik minyak yang mendapat cahaya lebih terang dari satu pihak akan terlihat lebih tua dari pada sekelilingnya dan lebih mudah tembus cahaya dari pada sekelilingnya. Sedangkan kalau kedua belah pihak mendapat penerangan yang sama kuat, bintik minyak ini tidak dapat dibedakan sekelilingnya. Fotometer ini dipindah-pindahkan/digesergeser diantara dua sumber cahaya di mana salah satu I-nya telah diketahui. Maka: I1 I2 = ...............(2.2) 2 2 R1 R2 b. Fotometer Buatan Lummer Dan Brodhun Melalui fotometer ini mata sekaligus dapat melihat bidang B kanan dan kiri yang mendapat penyinaran dari sumber cahaya I1 dan I2. Luks meter biasanya dipakai untuk menentukan waktu oxposure (pencahayaan) sedangkan waktu pencahayaan berbanding terbalik dengan kuat penerangan bidang. Dengan mempergunakan luks meter maka diperoleh data kuat penerangan, yaitu: 1) Cahaya matahari 100.000 luks. 2) Lampu-lampu gedung bioskop 50.000 luks. 3) Ruangan aula 300 luks. 4) Ruangan membaca 150 luks. 5) Bulan purnama 0,2 luks. 6) Bintang malam hari 0,003 luks. Ruangan membaca mempunyai kuat penerangan 150 luks agar tidak merusak kesehatan mata dan tidak cepat lelah.

8. Penggunaan cahaya dalam Bidang Kedokteran Sinar sangat berguna dalam bidang kedokteran baik sebagai pembantu dalam memperoleh informasi maupun terapi. Demikian pula sinar berkaitan dengan ketajaman penglihatan. Sebagai contoh, lampu operasi. Lampu ini dipakai pada waktu operasi dengan bantuan cermin cekung untuk memperoleh sinar yang benderang. Di bawah ini akan dibahas penggunaan sinar menurut panjang gelombang. Sinar tampak digunakan untuk mengetahui secara langsung apakah bagian-bagian tubuh baik luar maupun dalam mengalami suatu kelainan; untuk itu dapat diperinci sebagai berikut: a. Transilluminasi Transilluminasi yaitu transmisi cahaya melalui jaringan tubuh untuk mengetahui apakah ada gejala hidrosefalus ( kepala mengandung cairan oleh karena belum sempurna pembentukan tulang tengkorak) atau ada kelainan di dalam tubuh. Cahaya yang masuk itu akan dihamburkan sedemikian rupa sehingga membentuk cahaya yang spesifik. Selain transilluminasi dipergunakan untuk menentukan pneumetoraks, kelainan testes dan payudara. b. Endoskop Alat yang dipergunakan untuk melihat ruang di dalam tubuh. Alat ini terdiri dari fiberglas, lampu. Sinar-sinar yang melalui fiberglas akan dipantulkan secara sempurna sehingga gambaran di dalam tubuh dapat terlihat dengan mudah. Di samping itu sifat fiberglas mudah dibengkokkan. c. Sistoskop Prinsip sama dengan endoskop. Alat ini dipergunakan untuk melihat struktur di dalam kandung kencing. d. Protoskop Prinsip sama dengan endoskop, diperuntukan melihat struktur rektum e. Bronkhoskop Alat ini untuk melihat bronkus paru-paru. Pertemuan Keenam B. INTERFERENSI DAN DIFRAKSI CAHAYA 1. Interferensi Cahaya Interferensi adalah peristiwa penggabungan dua gelombang cahaya atau lebih akibat dari adanya sebuah celah ganda yang membuat gelombang bertabrakan. Peristiwa interferensi disebut juga peristiwa superposisi gelombang. Pada peristiwa ini juga menimbulkan pola gelap terang (Monokromatik) dan pelangi (Polikromatik). Interferensi cahaya terjadi jika dua (atau lebih) berkas cahaya kohern dipadukan. Dua berkas cahaya disebut kohern jika kedua cahaya itu memiliki beda fase tetap. Interferensi destruktif (saling melemahkan) terjadi jika kedua gelombang cahaya berbeda fase 180o. Sedangkan interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi jika kedua gelombang cahaya sefase atau beda fasenya nol. Interferensi destruktif maupun interferensi konstruktif dapat diamati pada pola interferensi yang terjadi. Pola interferensi dua cahaya diselidiki oleh Fresnel dan Young. Fresnel melakukan percobaan interferensi dengan menggunakan rangkaian dua cermin datar untuk

menghasilkan dua sumber cahaya kohern dan sebuah sumber cahaya di depan cermin. Young menggunakan celah ganda untuk menghasilkan dua sumber cahaya kohern. a. Interferensi Celah Ganda

Gambar 2. interferensi konstruktif

Gambar 3. Interferensi destruktif 1) Interferensi Fresnel Pada gambar diatas, sumber cahaya monokromatis S0 ditempatkan di depan dua cermin datar yang dirangkai membentuk sudut tertentu. Bayangan sumber cahaya S0 oleh kedua cermin, yaitu S1dan S2 berlaku sebagai pasangan cahaya kohern yang berinterferensi. Pola interferensi cahaya S1dan S2ditangkap oleh layar. Jika terjadi interferensi konstruktif, pada layar akan terlihat pola terang. Jika terjadi interferensi destruktif, pada kayar akan terlihat pola gelap 2) Interferensi Young Pada eksperimen Young, dua sumber cahaya kohern diperoleh dari cahaya monokromatis yang dilewatkan dua celah. Kedua berkas cahaya kohern itu akan bergabung membentuk pola-pola interferensi. Inteferensi maksimum (konstruktif) yang ditandai pola terang akan terjadi jika kedua berkas gelombang fasenya sama. Ingat kembali bentuk sinusoidal fungsi gelombang berjalan pada grafik simpangan (y) versus jarak tempuh (x). Dua gelombang sama fasenya jika selisih jarak kedua gelombang adalah nol atau kelipatan bulat dari panjang gelombangnya.

Gambar 4. Selisih lintasan kedua berkas adalah d sin θ Berdasarkan gambar di atas, selisih lintasan antara berkas S1dan d sin θ, dengan d adalah jarak antara dua celah. a) Jadi interferensi maksimum (garis terang) terjadi jika d sin θ = n λ, dengan n =0, 1, 2, 3, …. ..................(2.3) Pada perhitungan garis terang menggunakan rumus di atas, nilai n = 0 untuk terang pusat, n = 1 untuk terang garis terang pertama, n = 2 untuk garis terang kedua, dan seterusnya. Mengingat bahwa untuk d 𝑑 sin 𝜃 = (𝑛 − 2)𝜆 ; n = 1,2 ,3.... 1

𝑑 sin 𝜃 = (2𝑛 − 1) 2 𝜆 ; n = 1,2 ,3....

..............(2.16)

Dengan (2n – 1) adalah bilangan ganjil, n = 1, 2, 3, … b. Difraksi pada Kisi Jika semakin banyak celah pada kisi yang memiliki lebar sama, maka semakin tajam pola difraksi dihasilkan pada layar. Misalkan, pada sebuah kisi, untuk setiap daerah selebar 1 cm terdapat N = 5.000 celah. Artinya, kisi tersebut terdiri atas 5.000 celah per cm. dengan demikian, jarak antar celah sama dengan tetapan kisi, yaitu

Pola difraksi maksimum pada layar akan tampak berupa garis-garis terang atau yang disebut dengan interferensi maksimum yang dihasilkan oleh dua celah. Jika beda lintasan yang dilewati cahaya datang dari dua celah yang berdekatan, maka interferensi maksimum terjadi ketika beda lintasan tersebut bernilai 0, λ, 2λ, 3λ, …,. Pola difraksi maksimum pada kisi menjadi seperti berikut: 𝑑 sin 𝜃 = 𝑛𝜆 ; n = 1, 2 ,3.... ..............(2.17) dengan n = orde dari difraksi dan d = jarak antar celah atau tetapan kisi. Demikian pula untuk mendapatkan pola difraksi minimumnya, yaitu garis-garis gelap. Bentuk persamaannya sama dengan pola interferensi minimum dua celah yaitu: 1

𝑑 sin 𝜃 = (2𝑛 − 1) 2 𝜆 ; n = 1,2 ,3....

..............(2.18)

Jika pada difraksi digunakan cahaya putih atau cahaya polikromatik, pada layar akan tampak spectrum warna, dengan terang pusat berupa warna putih.

Gambar 9. Difraksi cahaya putih akan menghasilkan pola berupa pita-pita spectrum Cahaya merah dengan panjang gelombang terbesar mengalami lenturan atau pembelokan paling besar. Cahaya ungu mengalami lenturan terkecil karena panjang gelombang cahaya atau ungu terkecil. Setiap orde difraksi menunjukkan spectrum warna. c.

Daya Urai Alat Optik Alat-alat optik seperti Lup, teropong, dan milkroskop memiliki kemampuan untuk memperbesar bayangan benda. Namun, perbesaran bayangan benda yang dihasilkan terbatas. Kemampuan perbesaran alat-alat optic itu selain dibatasi oleh daya urai lensa juga dibatasi oleh pola difraksi yang terbentuk pada bayangan benda itu.

Gambar 10. Pola difraksi yang dibentuk oleh sebuah celah bulat Pola difraksi yang dibentuk oleh sebuah celah bulat terdiri atas bintik terang pusat yang dikelilingi oleh cincin-cincin terang dan gelap seperti pada Gambar 2.11. Pola tersebut dapat dijelaskan dengan menggunakan Gambar 2.12.

Gambar 11. Daya urai suatu lensa D = diameter lobang L = jarak celah ke layar dm = jari-jari lingkaran terang θ = sudut deviasi Pola difraksi dapat diperoleh dengan menggunakan sudut q yang menunjukkan ukuran sudut dari setiap cincin yang dihasilkan dengan persamaan: 𝑙

sin 𝜃 = 1,22 𝐷

..............(2.19)

dengan λ merupakan panjang gelombang cahaya yang digunakan. Untuk sudut-sudut kecil, maka diperoleh sinθ » tan θ = dm/λ dan sama dengan sudutnya q sehingga dapat ditulis: 𝑙 𝑑𝑚

𝜃 = 1,22 𝐷 , 3.

𝑙

𝑙

= 1,22 𝐷 atau 𝑑𝑚 = 1,22

𝜆𝑙 𝐷

..............(2.20)

Aplikasi Interferensi dan Difraksi Dalam Kehidupan Sehai-hari a. Analisa Struktur Kristal Spektroskopi difraksi sinar-X(X-ray difraction/XRD) Difraksi Sinar-X merupakan teknik yang digunakan dalam karakteristik material untuk mendapatkan informasi tentang ukuran atom dari material kristal maupun nonkristal. Difraksi tergantung pada struktur kristal dan panjang gelombangnya. Jika panjang gelombang jauh lebih dari pada ukuran atom atau konstanta kisi kristal maka tidak akan terjadi peristiwa difraksi karena sinar akan dipantulkan sedangkan jika panjang gelombangnya mendekati atau lebih kecil dari ukuran atom atau kristal maka akan terjadi peristiwa difraksi. Ukuran atom dalam orde angstrom (Å) maka supaya terjadi peristiwa difraksi maka panjang gelombang dari sinar yang melalui kristal harus dalam orde angstrom (Å).Metode yang digunakan dalam menentukan struktur Kristal dengan difraksi sinar-X ini terdiri dari metode Kristal tunggal dan metode serbuk. Pada metoda kristal difraksi Cahaya tunggal, sebuah kristal yang berkualitas baik diletakkan sedemikian rupa sehingga dapat berotasi pada salah satu sumbu kristalnya. Ketika kristal itu diputar pada salah satu sumbu putar, seberkas sinar X monokromatik dipancarkan ke arah kristal. Jika seberkas sinar-X di jatuhkan pada sampel kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya. Tiap puncak

yang muncul pada pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam sumbu tiga dimensi. Puncak-puncak yang didapatkan dari data pengukuran ini kemudian dicocokkan dengan standar difraksi sinar-X untuk hampirsemua jenis material. Standar ini disebut JCPDS (Joint Committee Powder DiffractionnStandard). b. GLV (Gratting Light Valve) Disebut juga kisi katup cahaya, dimana teknologi ini memanfaatkan kisi difraksi untuk menampilkan visual yang lebih baik daripada visual dari LCD yang selama ini ada. GLV menggunakan sistem mikro ( MEMS ) teknologi dan fisika optik agar bagaimana cahaya tercermin dari masing-masing struktur pita-seperti beberapa yang mewakili "tertentu gambar" titik atau pixel. Pita dapat memindahkan jarak kecil,mengubah panjang gelombang cahaya yang dipantulkan. Nada Grayscale atau warna yang tepat dapat dicapai dengan memvariasikan kecepatan piksel yang diberikan adalah dinyalakan dan dimatikan. Gambar yang dihasilkan dapat diproyeksikan dalam sebuah auditorium besar dengan sumber cahaya terang atau pada sebuah alat kecil dengan menggunakan LED low-power sebagai sumber cahaya.Teknologi GLV dapat memberikan resolusi tinggi, daya rendah sehingga lebih murah . Tetapi kualitas pixel yang bagus. Konsep kerja GLV yaitu, prangkat GLVdibangun pada silikon dan terdiri dari baris paralel yang sangat reflektif. Pita-pitaukuran mikro dengan lapisan atas aluminium tergantung di atas sebuah celah udara yang dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga pita alternatif (pita aktif yang interlaced dengan pita statis) dapat secara dinamis ditekan. Sambungan listrik untuk masing-masing elektroda pita aktif menyediakan aktuasi independen. Pita dan substrat adalah elektrik konduktif sehingga defleksi dari pita dapat dikontrol secara analog: Bila tegangan dari pita aktif diatur ke ground, semua pita yang undeflected, dan perangkat. Ketika tegangan diberikan antara konduktor pita dan dasar medan listrik yang dihasilkan, dapat mengalihkan ke bawah pita aktif terhadap substrat. Defleksi ini dapat sebesar seperempat panjang gelombang sehingga menimbulkan efek difraksi pada cahaya insiden yang tercermin pada sudut yang berbeda dari insiden ringan. Panjang gelombang untuk defleksi ditentukan oleh frekuensi spasial pita. Karena ini frekuensi spasial ditentukan oleh muka sisi photolithographic digunakan untuk membentuk perangkat GLV dalam CMOS proses fabrikasi, sudut datang bisa sangat akurat yang berguna untuk aplikasi switching optik. Perpindahan dari undeflected defleksi maksimum pita sangat cepat, yang dapat beralih di 20 nanodetik yang merupakan satu juta kali lebih cepat dibandingkan konvensional LCD layar perangkat, dan sekitar 1000kali lebih cepat dibandingkan TI DMD teknologi. Selain itu, tidak ada kontak fisik antara elemen bergerak yang life time dari GLV selama 15 tahun tanpa berhenti (lebihdari 210 miliar siklus switching).Untuk membangun sistem tampilan menggunakan perangkat GLV pendekatanyang berbeda dapat diikuti: mulai dari pendekatan sederhana menggunakan perangkatGLV tunggal dengan cahaya putih sebagai sumber sehingga memiliki monokrom sistem untuk solusi

yang lebih kompleks menggunakan tiga GLV perangkat yangberbeda masingmasing untuk satu sumber RGB primary 'yang pernah terdifraksi memerlukan filter optik yang berbeda untuk titik cahaya ke layar atau menengah dengan menggunakan sumber putih tunggal dengan perangkat GLV. Selain itu, cahaya dapat terdifraksi oleh perangkat GLV ke lensa mata bagi tampilan virtual retina , atauke sistem optik untuk proyeksi gambar ke layar ( proyektor dan belakang proyektor ). c. Holografi Teknik penghamburan cahaya dari sebuah objek untuk direkam dan kemudian direkonstruksi sehingga dia akan muncul jika objek itu memiliki posisi yang relatif sama terhadap rekaman medium saat direkam. Bayangan akan berubah selama posisi dan sudut pandang berubah dalam cara yang sama sehingga objek masih tetap terlihat ada dan rekaman bayangan (hologram) muncul dalam bentuk tiga dimensi.Adapun teknik holografi sehingga mendapatkan hologram, sebagian dari sinar yang tersebar dari objek atau sekumpulan objek jatuh di atas media perekam. Sinar kedua,yang dikenal sebagai sinar acuan, juga menerangi media perekam sehingga terjadi gangguan antara kedua sinar tersebut. Hasil dari bidang cahaya tersebut adalah sebuahpola acak dengan intensitas yang bervariasi yang disebut hologram. Dapat ditunjukkan bahwa jika hologram diterangi oleh sinar acuan asli, sebuah bidang cahaya terdifraksi oleh sinar acuan yang mana identik dengan bidang cahaya yang disebarkan oleh objekatau objek-objek. Dengan demikian, seseorang yang memandang ke hologram tetap dapat ‘melihat’ objek walaupun objek tersebut mungkin sudah tidak ada lagi. d. Penerapan Pada Resolusi Sistem Pencitraan e. Busa sabun f. Dinding rumah g. Air yang terkena minyak Pertemuan Ketujuh C. POLARISASI Sebagai gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi. Polarisasi cahaya dapat disebabkan oleh empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), absorbsi (penyerapan), pembiasan (refraksi) ganda dan hamburan. 1. Polarisasi Karena Refleksi Pemantulan akan menghasilkan cahaya terpolarisasi jika sinar pantul dan sinar biasnya membentuk sudut 90o. Arah getar sinar pantul yang terpolarisasi akan sejajar dengan bidang pantul. Oleh karena itu sinar pantul tegak lurus sinar bias, berlaku

 p +  r = 90° atau  r = 90o   p . Dengan demikian, berlaku pula: n2 sin  p  n1 sin  r

sin  p n2  n1 sin( 90   p )

Jadi, diperoleh persamaan: n2  tan  p n1

n2 sin  p  n1 cos  p

Dengan n2 adalah indeks bias medium tempat cahaya datang n1 adalah medium tempat cahaya terbiaskan, sedangkan Өp adalah sudut pantul yang merupakan sudut terpolarisasi. Persamaan di atas merupakan bentuk matematis dari Hukum Brewster. Sinar datang Sinar pantul Өp

n1 n2

Өr

Gambar 12. Polarisasi karena Refleksi Sinar bias

2.

Polarisasi Karena Absorbsi

Gambar 13. Polarisasi karena Absorbsi Polarisasi jenis ini dapat terjadi dengan bantuan kristal polaroid. Bahan polaroid bersifat meneruskan cahaya dengan arah getar tertentu dan menyerap cahaya dengan arah getar yang lain. Cahaya yang diteruskan adalah cahaya yang arah getarnya sejajar dengan sumbu polarisasi polaroid.

Gambar 14. Seberkas cahaya alami menuju ke polarisator. Di sini cahaya dipolarisasi secara vertikal yaitu hanya komponen medan listrik E yang sejajar sumbu transmisi. Selanjutnya cahaya terpolarisasi menuju analisator. Di analisator, semua komponen E yang tegak lurus sumbu transmisi analisator diserap, hanya komponen E yang

3.

sejajar sumbu analisator diteruskan. Sehingga kuat medan listrik yang diteruskan analisator menjadi: E2 = E cos θ ..............(2.21) Jika cahaya alami tidak terpolarisasi yang jatuh pada polaroid pertama (polarisator) memiliki intensitas I0, maka cahaya terpolarisasi yang melewati polarisator adalah: I1 = ½ I0 .................(2.22) Cahaya dengan intensitas I1 ini kemudian menuju analisator dan akan keluar dengan intensitas menjadi: I2 = I1 cos2θ = ½ I0 cos2θ .................(2.23) Polarisasi Karena Pembiasan Ganda Sinar datang

Kristal Birefringent

Sinar istimewa Sinar biasa

Gambar 15. Polarisasri karena Pembiasan Ganda

4.

Jika berkas kaca dilewatkan pada kaca, kelajuan cahaya yang keluar akan sama ke segala arah. Hal ini karena kaca bersifat homogen, indeks biasnya hanya memiliki satu nilai. Namun, pada bahan-bahan kristal tertentu misalnya kalsit dan kuarsa, kelajuan cahaya di dalamnya tidak seragam karena bahan-bahan itu memiliki dua nilai indeks bias (birefringence). Cahaya yang melalui bahan dengan indeks bias ganda akan mengalami pembiasan dalam dua arah yang berbeda. Sebagian berkas akan memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar biasa), sedangkan sebagian yang lain tidak memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar istimewa). Polarisasi Karena Hamburan Jika cahaya dilewatkan pada suatu medium, partikel-partikel medium akan menyerap dan memancarkan kembali sebagian cahaya itu. Penyerapan dan pemancaran kembali cahaya oleh partikel-partikel medium ini dikenal sebagai fenomena hamburan. Pada peristiwa hamburan, cahaya yang panjang gelombangnya lebih pendek cenderung mengalami hamburan dengan intensitas yang besar. Hamburan ini dapat diamati pada warna biru yang ada di langit kita.

Gambar 16. Polarisasri karena Hamburan Sebelum sampai ke bumi, cahaya matahari telah melalui partikel-partikel udara di atmosfer sehingga mengalami hamburan oleh partikel-partikel di atmosfer itu. Oleh karena cahaya biru memiliki panjang gelombang lebih pendek daripada cahaya merah, maka cahaya itulah yang lebih banyak dihamburkan dan warna itulah yang sampai ke mata kita. Pertemuan Kedelapan D. TEKNOLOGI LCD 1. Cara kerja monitor LCD (Liquid Cristal Display)/Layar LCD

Gambar 17. Layar LCD Secara Sederhana LCD (Liquid Crystal Display) terdiri dari dua bagian utama. yaitu Backlight dan kristal cair. Backlight sendiri adalah sumber cahaya LCD yang biasanya terdiri dari 1 sampai 4 buah (berteknologi seperti) lampu neon. Lampu Backlight ini berwarna putih. Lalu bagaimana caranya LCD bisa menampilkan banyak warna ? Disinilah peran dari kristal cair. Kristal cair akan menyaring cahaya backlight. Cahaya putih merupakan susunan dari beberapa ratus cahaya dengan warna yang berbeda (jika anda masih ingat Pelajaran Fisika). Beberapa ratus cahaya tersebut akan terlihat jika cahaya putih mengalami refleksi atau perubahan arah sinar. Warna yang akan dihasilkan tergantung pada sudut refleksi. Jadi jika beda sudut refleksi maka beda pula warna yang dihasilkan. Dengan memberikan tegangan listrik dengan nilai tertentu. Kristal cair dapat berubah sudutnya. Dan karena tugas kristal cair adalah untuk merefleksikan cahaya dari backlight maka cahaya backlight yang sebelumnya putih bisa berubah menjadi banyak warna. Kristal cair bekerja seperti tirai jendela. Jika ingin menampilkan warna putih kristal cair akan membuka selebar-lebarnya sehingga cahaya backlight yang berwarna putih akan tampil di layar. Namun Jika ingin menampilkan warna hitam. Kristal Cair akan menutup serapat-rapatnya sehingga tidak ada cahaya backlight yang yang menembus (sehingga di layar akan tampil warna hitam). Jika ingin menampilkan warna lainnya tinggal atur sudut refleksi kristal cair.

Contrast ratio Contrast Ratio adalah perbandingan tingkat terang (brightness) pada posisi paling putih dan paling hitam. Pada waktu kristal cair menutup serapatrapatnya untuk menghasilkan warna hitam seharusnya tidak ada cahaya backlight yang menembusnya. Namun kenyataannya masih ada cahaya backlight yang bisa menembus kristal cair sehingga tidak bisa menampilkan warna hitam dengan baik. Inilah salah satu kekurangan LCD. Jadi semakin besar Contrast Ratio maka semakin bagus pula LCD dalam menampilkan warna. cara paling mudah untuk mengetahui seberapa bagus Contrast Ratio LCD adalah dengan menampilkan warna hitam di layar. Jika warna hitam tersebut cenderung abu-abu maka masih ada sedikit cahaya backlight yang berhasil menembus kristal cair. Response Time Kristal cair pada LCD bekerja dengan cara membuka dan menutup layaknya tirai. Proses buka tutup ini berlangsung sangat cepat (mengikuti pergerakan gambar di layar). Karena itulah ada istilah Response Time di LCD. Response Time adalah waktu yang diperlukan untuk berubah dari posisi kristal cair tertutup rapat (waktu menampilkan warna hitam) ke posisi kristal cair terbuka lebar (waktu menampilkan warna putih). Jadi semakin cepat response time maka semakin baik. Response Time yang lambat akan menimbulkan cacat gambar yang disebut ghosting atau jejak gambar. Biasanya pada objek yang bergerak cepat dan menimbulkan jejak gambar seperti beberapa bujur sangkar yang terlihat seperti persegi. Sudut Pandang (Viewing Angle) Monitor LCD memiliki sudut pandang yang terbatas jika dibandingkan dengan monitor CRT. Gambar objek pada monitor CRT bisa dilihat dengan jelas dari sudut 180 derajat sekalipun. Namun tidak dengan monitor LCD. Jika pandangan kita sedikit bergeser dari LCD maka gambar objek akan terlihat lebih gelap atau lebih terang. Jika anda seorang yang butuh privasi maka hal ini tidak menjadi masalah karena orang disamping anda tidak dapat melihat apa yang ada di monitor anda dengan mudah. Akan tetapi jika anda ingin melihat film bersama-sama dengan teman-teman tentu hal ini akan menjadi masalah. 2. Kerja monitor LED (Liquid Emitting Display)/Layar LED

Gambar 18. Layar LED LED merupakan teknologi yang di kembagkan dari LCD. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya, emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus, Jenis doping yang berbeda

menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau. Prinsip kerja layar LED hampir sama dengan LCD. Perbedaan LCD dan LED terletak pada Backlight. Layar LED menggunakan backlight cahaya pancaran diode (light emitting diode) sebagai sumber cahaya televisi. LED menggunakan diode untuk membuat banyak vibrant dan image yang berwarna-warni. Warna hitam akan menajdi benar-benar hitam, bukan hitam abu-abu, dan warna LED lebih realistik dibandingkan televisi LCD.