Penjelasan tentang Difraksi Gelombang

Difraksi merupakan salah satu dari beberapa sifat gelombang. Untuk membuktikan peristiwa difraksi ini, bisa dilakukan dengan mengadakan suatu eksperimen dengan mempergunakan tangki riak. 

Pada prakteknya gelombang air dilewatkan pada sebuah kisi sempit yang terdapat pada tangki. Dan setelahnya akan terlihat adanya peristiwa pelenturan gelombang air tepat setelah melewati kisi. Nah keadaan dimana terjadinya pelenturan muka gelombang ketika melewati kisi sempit disebut juga sebagai difraksi.

Berikut ilustrasi peristiwa difraksi dari berbagai ukuran celah kisi:

 

Apabila terdapat dua kisi yang menghalangi gelombang datar, maka terjadi dua difraksi yang nantinya akan menghasilkan interferensi. Bagaimana jika kisi atau celah dibuat semakin lebar? Di bagian tengah kisi, tidak akan terlihat adanya lenturan muka gelombang. Lenturan hanya akan terlihat ditepi kisi.

Menurut huygens, peristiwa seperti ini bisa dijelaskan dengan anggapan bahwa setiap titik pada muka gelombang sebagai suatu gelombang elementer.

Pembahasan Lengkap tentang Interferensi Gelombang

Apabila terdapat beberapa gelombang pada satu medium yang sama maka gelombang-gelombang tersebut akan saling berinterferensi. Maksud dari interferensi sendiri adalah mengganggu gelombang yang lain. Misakan kalian mengetukan jari kanan kalian ke permukaan air, maka akan muncul sebuah gelombang. Tak lama setelah itu coba kalian mengetukan jari kiri kalian ke permukaan air, maka akan mucul gelombang ke dua. Nah pada saat kedua gelombang bertemu maka akan terjadinya peristiwa interferensi.

Peristiwa interferensi gelombang ini, tidak hanya terjadi pada gelombang air saja. Melainkan terjadi juga pada jenis-jenis gelombang lain, baik itu dari jenis gelombang mekanik ataupun elektromagnetik.

.:: Interferensi dua gelombang sefase

Apabila ada dua atau lebih gelombang sefase yang terjadi pada satu medium yang sama, maka akan memunculkan peristiwa interferensi yang sifatnya saling menguatkan gelombang.

Perhatikan gambar!

Berdasarkan gambar tersebut, kita melihat bahwa dua buah gelombang sefase saling berinetrferensi dan menghasilkan satu gelombang yang besar. Keadaan seperti ini bisa kita katakan sebagai interferensi secara konstruktif. Perpindahan dari setiap gelombang saling menguatkan disemua titik. Penganalogian dari peristiwa ini adalah ketika ada dua atau lebih orang yang mendorong suatu benda.

.:: Interferensi dua buah gelombang yang berbeda fase 180^o

Apabila ada dua buah gelombang yang berbeda fase sebesar 180^o yang terjadi pada satu medium yang sama, maka resultan gelombang yang dihasilkan tidak ada sama sekali.

Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar diatas, perpindahan dari tiap-tiap gelombang saling menghilangkan disemua titik. Hal ni mengakibatkan resultan gelombangnya tidak ada sama sekali. Peristiwa seperti ini disebut juga sebagai interferensi destruktif. Penganalogian dari kejadian ini adalah ketika ada dua orang yang saling berlawanan mendorong suatu benda dengan kekuatan yang sama.

Pembahasan Lengkap tentang Pembiasan Gelombang (Refraksi)

Refraksi merupakan suatu peristiwa dibelokannya suatu gelombang karena melewati medium yang berbeda.

Perlu kita ketahui, setiap medium memiliki kerapatan yang berbeda-beda antara satu dengan yang lainnya. Misalkan kerapatan udara dengan air, udara memiliki tingkat kerapatan yang lebih sedikit dibandingkan dengan air. Dan oleh karenanya ketika ada cahaya yang menembus air yang sebelumnya melalui medium udara, maka cahaya akan dibelokan. 

Contoh paling nyata adalah ketika kita memasukan sedotan kedalam gelas minuman, kita melihat sedotan seolah-olah tidak lurus.

Pada peristiwa refraksi atau pembiasan gelombang ini, ada dua peristiwa yang terjadi, yaitu:

• Cahaya yang datang dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat maka cahaya akan mendekati garis normal.
• Cahaya yang datang dari medium rapat ke medium kurang rapat maka cahaya akan menjauhi garis normal.

Kedua peristiwa diatas merupakan bunyi dari hukum pembiasan cahaya yang dikemukakan oleh willeblord Snellius.

Hubungan antara kecepatan cahaya, sudut datang dan sudut bias

Perhatikan gambar berikut!

Pada saat saat seberkas cahaya melewati suatu medium dengan sudut datang θ_i dan sudut bias θ_l Didapat hubungan :

dimana,

sin θ_i = sinus sudut datang;

sin θ_l = sinus sudut bias;

v₁  = kecepatan di medium 1;

v₂  = kecepatan dimedium 2;

Menentukan Indeks Bias Medium

Besarnya indeks bias bahan/medium bisa dinyatakan dengan persamaan berikut:

n = c/v

dengan,

n = indeks bias bahan
c = kecepatan cahaya di ruang hampa (3 x 10⁸ m/s)

v = kecepatan cahaya di dalam suatu medium (m/s)

Hubungan Frekuensi dan Panjang Gelombang

Nilai frekuensi cahaya akan selalu tetap meskipun cahaya melewati dua medium yang berbeda, namun berbeda ceritanya dengan yang namanya panjang gelombang. Pada medium yang kurang rapat, panjang gelombang akan menjadi lebih renggang dibandingkan pada saat berada di medium yang lebih rapat.

Berikut hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang:

n₁λ₁ = n₂λ₂

Pembahasan Mengenai Pemantulan Gelombang (Refleksi)

Pada pembahasan getaran dan gelombang, refleksi secara garis besar didefinisikan sebagai suatu peristiwa dipantulkannya gelombang oleh suatu zat. Hal tersebut bisa dibuktikan dengan mempergunakan suatu alat yang bernama tangki riak. 

Saat tangki riak dibangkitkan dengan dimunculkannya gelombang melingkar oleh setetes air, keadaan jari-jari gelombang yang terbentuk semakin lama semakin lebar. Namun demikian, panjang gelombang dan kecepatan gelombang masih tetap sama. Begitupun sesaat setelah tumubukan, kecepatan dan panjang gelombang masih sama. Terus yang berbedanya apa? Arah rambatnya.

Apabila muka gelombang yang yang bertumbukan arahnya tegak lurus dengan bidang penghalang maka gelombang akan dipantulan dengan arah yang sama. Namun, jika tebentuk sudut antara arah gelombang dengan bidang penghalang maka arah gelombang yang berupa gelombang datang dan gelombang pantul akan berbeda.

Misalkan saja ada sebuah gelombang datang yang membentuk sebuah sudut θ_i terhadap garis normal, maka sudut pantul θ_r yang terbentuk akan sama besar dengan sudut datang.

Selain tangki riak, hal yang sama juga bisa terjadi pada jenis-jenis gelombang yang lainnya.

Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar tersebut kita melihat ada sebuah tali yang diikatkan pada tiang. Jika salah satu ujung tali digetarkan dan gelombang mulai menumbuk tiang, maka gelombang tali akan dipantulkan.

Pembahasan Mengenai Polarisasi Cahaya

Polariasi cahaya merupakan suatu gejala pengurangan intensitas gelombang yang disebabkan karena hilangnya komponen-komponen pada gelombang tersebut. Sebagai gelombang tranversal, cahaya memiliki komponen-komponen yang saling tegak lurus antara satu dengan yang lainnya. Nah karena adanya komponen yang hilang ini, maka terciptalah peristiwa polarisasi cahaya. 

Secara umum polarisasi cahaya bisa terjadi dengan empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), refraksi (pembiasan), difraksi (pelenturan) dan hamburan.

Polarisasi cahaya karena pemantulan

Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar tersebut kita bisa melihat bahwa sinar bias dan sinar pantul membentuk sudut 90 derajat. Arah getar dari sinar pantul yang mengalami polarisasi akan sejajar dengan bidang pantul. Oleh karenanya sinar pantul akan tegak lurus sinar bias. 

Berdasarkan hal tersebut maka akan berlaku  i_p + r = 90° atau r = 90° – ip

dan berlaku pula hukum Brewster,

n₂/n₁ = tan i_p

Dimana:

n_{2 =} indeks bias medium tempat cahaya datang.

n₁ = Medium dimana cahaya terbiaskan. 

i_p = Sudut pantul yang merupakan sudut terpolarisasi.

Polarisasi cahaya karena absorbsi selektif

Absorsi disini maksudnya adalah penyerapan intesitas cahaya yang disebabkan karena penyerapan pada komponen-komponen cahaya tertentu. Dalam hal ini, bahan yang dapat menyerap secara selektif ini disebut sebagai polarisator.

Polarisasi ini bisa terjadi dengan bantuan berupa kristal polaroid. Bahan ini bersifat meneruskan atau melanjutkan cahaya dengan arah getaran tertentu dan kemudian menyerap cahaya dengan arah getaran yang berbeda. Cahaya yang dilanjutkan ini berupa cahaya yang arah getarannya sejajar sumbu polarisasi polaroid.

Cahaya yang mengalami polarisasi intensitasnya berubah menjadi 1/2I. Nah bagaimana jika cahaya yang terpolarisasi dilewatkan pada suatu bahan lain dan membentuk sudut terhadap polarisator yang pertama? Berdasarkan hasil eksperien dan percobaab didapatkan:

dimana :

i₀ = Intensitas cahaya awal
I = Intensitas cahaya yang terpolarisasi
I’ = Intensitas cahaya sesuadah melewati dua bahan polarisator
α = sudut antar polarisator

Polarisasi karena pembiasan ganda

Apabila seberkas cahaya dilewatkan pada sebuah kaca, maka kelajuan dari cahaya yang keluar itu akan sama ke berbagai arah. Hal ini disebabkan karena kaca memiliki sifat yang homogen, indeks bias hanya mempunyai satu nilai saja. Namun, untuk bahan-bahan kristal tertentu contohnya adalah kuarsa dan klasit, kelajuan cahaya tidak seragam karena bahan-bahan tersebut memiliki 2 nilai indeks bias.

Cahaya yang melewati 2 bahan dengan indeks bias berbeda akan mengalami pesitiwa pembiasan dengan arah yang berbeda pula. Beberapa berkas sinar akan mengikuti hukum snellius, sedangkan yang lainnya tidak.

Polarisasi karena hamburan

Polarisasi cahaya yang disebabkan karena hamburan bisa terjadi ketika persitiwa terhamburnya sinar-sinar matahari oleh partikel debu yang terdapat di atmosfer bumi. Sinar matahari yang mengalami penghamburan oleh partikel-partikel debu membuat cahaya menjadi terpolarisasi. Itulah kenapa, pada saat langit cerah langit terlihat berwarna biru. Hal ini terjadi karena warna cahaya biru dihamburkan paling baik dan efektif dibandingkan warna cahaya lainnya.

Pembahasan Gelombang Berjalan Lengkap dengan Contoh Soalnya

Pada postingan kali ini, konsep yang akan kita pelajari adalah berkenaan dengan gelombang berjalan. Gelombang berjalan termasuk ke dalam kelompok gelombang yang diklasifikasin berdasarkan nilai ampiltudonya. Gelombang ini mempunyai nilai Amplitudo (simpangan maksimum) yang tetap dan tidak mengalami perubahan.

Coba perhatikan gambar berikut!

Kita misalkan titik awal getaran adalah titik A. Pada tali terdapat titik P yang berjarak x dari titik A. Gelombang merambat denagn kecepatan v. Apabila A telah bergetar selama t sekon, maka titik P bergetar selama (t - x/v)

t_p = (t - x/v) sekon

t_A = t sekon

Nilai x/v adalah selang waktu dari titik A ke P. Nah persamaan simpangan P setiap saat dinyatakan dengan,

Y = A sin ωt_p

   = A sin  ω(t - x/v)

   = A sin 2πf (t-x/v)

   = A sin 2π (ft - f/v)

   = A sin 2π (ft - x/λ); dimana ft - x/λ merupakan fase gelombang (φ).

 

Sehingga didapatkan,

Y = A sin (ωt - kx); k = 2π/λ

Contoh Soal:

Sebuah gelombang merambat pada tali yang memenuhi persamaan y = 0,5 sin 2π (60t - 0,5x). Semua besaran dinyatakan dalam SI. Hitunglah:
a. Amplitudo, frekuensi dan panjang gelombang
b. Cepat rambat gelombang

Jawab:

Diketahui:
y = 0,5 sin 2π (60t - 0,5x)

Ditanyakan:
a. A, f dan λ . . . ?
b. v . . . ?

Penyelesaian:

a. Amplitudo (A), frekuensi (f) dan Panjang Gelombang (λ)

#Amplitudo, A = 0,5 meter;

#Frekuensi
ω = 2πf
120π = 2πf
f  = 60 Hz

#Panjang Gelombang

k = 2π/λ
π = 2π/λ
λ = 2 meter

b. Cepat Rambat (v)

v = λf
   = 2 . 60 = 120 m/s