(a) Dispersi Gelombang
Ketika Anda menyentakkan ujung tali
naik-turun (setengah getaran), sebuah pulsa transversal merambat melalui tali
(tali sebagai medium). Sesungguhnya bentuk pulsa berubah ketika pulsa merambat
sepanjang tali, pulsa tersebar atau mengalami dispersi (perhatikan Gambar
1.16). Jadi, dispersi gelombang adalah perubahan bentuk gelombang ketika
gelombang merambat suatu medium.
Gambar 1.16. Dalam suatu medium dispersi, bentuk
gelombang
Berubah begitu gelombang merambat
Kebanyakan medium nyata di mana gelombang
merambat dapat kita dekati sebagai medium non dispersi. Dalam medium non dispersi, gelombang
dapat mempertahankan bentuknya. Sebagai contoh medium non dispersi adalah udara
sebagai medium perambatan dari gelombang bunyi..
Gelombang-gelombang cahaya dalam vakum
adalah nondispersi secara sempurna. Untuk cahaya putih (polikromatik) yang
dilewatkan pada prisma kaca mengalami dispersi sehngga membentuk spektrum
warna-warna pelangi. Apakah yang bertanggungjawab terhadap dispersi
gelombang cahaya ini? Tentu saja dispersi gelombang terjadi dalam prisma kaca
karena kaca termasuk medium dispersi untuk gelombang cahaya.
(b) Pemantulan gelombang lingkaran oleh bidang datar
Bagaimanakah jika yang mengenai bidang
datar adalah muka gelombang lingkaran? Gambar 1.17 menunjukkan pemantulan
gelombang lingkaran sewaktu mengenai batang datar yang merintanginya. Gambar
1.18 adalah adalah analisis dari Gambar 1.17.
Sumber gelombang datang adalah titik O. Dengan menggunakan
hukum pemantulan, yaitu sudut datang =sudut pantul, kita peroleh bayangan O adalah I. Titik I merupakan sumber gelombang pantul sehingga
muka gelombang pantul adalah lingkaran-lingkaran yang berpusat di I, seperti ditunjukkan
pada gambar 1.18.
|
Gambar
1.17 Pemantulan gelombang Lingkaran oleh bidang datar
|
Gambar
1.18 Bayangan sumber gelombang datang O adalah I (sumber
gelombang pantul)
|
Contoh:
Sebuah pembangkit bola digetarkan naik dan turun pada permukaan air dalam
tangki riak dengan frekuensi tertentu, menghasilkan gelombang lingkaran seperti
pada Gambar 1.36. Suatu keping logam RQS bertindak sebagai
perintang gelombang. Semua muka gelombang pada Gambar 1.36 dihasilkan oleh
pembangkit bola dalam waktu 0,6 s. Perintang keping logam berjarak 0,015m dari
sumber gelombang P. Hitung (a) panjang gelombang, (b) frekuensi, dan (c) cepat rambat
gelombang.Pembahasan:
(a) Jarak dua muka gelombang yang berdekatan = 1λ.
Dengan demikian, jarak PQ = 3(1λ)
0,015 m = 3λ
λ = 0,005 m
(b) Selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua muka gelombang
yang berdekatan =1/T, dengan T adalah periode gelombang. Gelombang datang
(garis utuh) dari P ke Q menempuh 3T, sedangkan gelombang pantul (garis
putus-putus) dari Q ke P menempu waktu 3T.
Jadi, selang waktu total = 3T + 3T
0,6 s = 6T
T = 0,1 s.
Frekuensi f adalah kebalikan periode, sehingga:
f = 1/(0,1s) = 10 Hz.
(c) Cepat rambat v = λf = (0,005m)(10 Hz) = 0, 05 m/s.
(c) Pembiasan Gelombang
Pada umumnya cepat rambat gelombang dalam
satu medium tetap. Oleh karena frekuensi gelombang selalu tetap, maka panjang
gelombang (λ=v/f) juga tetap untuk gelombang yang menjalar dalam satu
medium. Apabila gelombang menjalar pada dua medium yang jenisnya berbeda,
misalnya gelombang cahaya dapat merambat dari udara ke air. Di sini , cepat
rambat cahaya berbeda. Cepat rambat cahaya di udara lebih besar daripada cepat
rambat cahaya di dalam air. Oleh karena (λ=v/f), maka panjang gelombang
cahaya di udara juga lebih besar daripada panjang gelombang cahaya di dalam
air. Perhatikan λ sebanding denganv. Makin besar nilai v, maka makin besar nilai λ, demikian juga sebaliknya.
Perubahan panjang gelombang dapat juga
diamati di dalam tangki riak dengan cara memasang keping gelas tebal pada dasar tangki sehingga
tangki riak memiliki dua kedalaman air yang berbeda, dalam dan dangkal, seperti
ditunjukkan pada Gambar 1.19. Pada gambar tampak bahwa panjang gelombang di
tempat yang dalam lebih besar daripada panjang gelombang di tempat yang dangkal
(λ1 >λ2). Oleh karena v=λf, maka cepat rambat gelombang di tempat yang dalam lebih besar daripada di
tempat yang dangkal (v1 > v2).
Gambar 1.19. Panjang gelombang di tempat yang
dalam lebih besar daripada panjang gelombang di tempat yang dangkal (λ1 > λ2)
Perubahan panjang gelombang menyebabkan pembelokan gelombang seperti
diperlihatkan pada foto pembiasan gelombang lurus sewaktu gelombang lurus
mengenai bidang batas antara tempat yang dalam ke tempat yang dangkal dalam
suatu tangki riak Pembelokan gelombang dinamakan pembiasan.
Diagram pembiasan ditunjukkan pada Gambar 1.20. Mula-mula, muka gelombang
datang dan muka gelombang bias dilukis sesuai dengan foto. Kemudian sinar
datang dan sinar bias dilukis sebagai garis yang tegaklurus muka gelombang
datang dan bias.
Gambar 1.20. Diagram pembiasan
Selanjutnya, garis normal dilukis. Sudut antara sinar
bias dan garis normal disebut sudut bias (diberi lambang r). Pada Gambar 1.20
tampak bahwa sudut bias di tempat yang dangkal lebih kecil daripada sudut
datang di tempat yang dalam (r < i). Dapat disimpulkan bahwa sinar
datang dari tempat yang dalam ke tempat yang dangkal sinar dibiaskan mendekati
garis normal (r < i). Sebaliknya, sinar datang dari tempat yang
dangkal ke tempat yang dalam dibiaskan menjauhi garis normal (r>i).
(d) Difraksi Gelombang
Di dalam suatu medium yang sama, gelombang
merambat lurus. Oleh karena itu, gelombang lurus akan merambat ke seluruh
medium dalam bentuk gelombang lurus juga. Hal ini tidak berlaku bila pada
medium diberi penghalang atau rintangan berupa celah. Untuk ukuran celah yang
tepat, gelombang yang datang dapat melentur setelah melalui celah tersebut.
Lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah
dinamakan difraksi gelombang.
Jika penghalang celah yang diberikan oleh lebar, maka
difraksi tidak begitu jelas terlihat. Muka gelombang yang melalui celah hanya melentur
di bagian tepi celah, seperti ditunjukkan pada gambar 1.22. Jika penghalang
celah sempit, yaitu berukuran dekat dengan orde panjang gelombang, maka
difraksi gelombang sangat jelas. Celah bertindak sebagai sumber gelombang
berupa titik, dan muka gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk
lingkaran-lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya seperti ditunjukkan
pada gambar 1.23.
|
|
|
Gambar 1.22 Pada celah lebar, hanya muka
gelombang pada tepi celah saja
melengkung
|
Gambar 1.23 Pada celah sempit, difraksi gelombang tampak jelas.
|
(e) Interferensi Gelombang
Jika pada suatu tempat bertemu dua buah
gelombang, maka resultan gelombang di tempat tersebut sama dengan jumlah dari
kedua gelombang tersebut. Peristwa ini di sebut sebagai prinsip superposisi linear. Gelombang-gelombang yang terpadu akan mempengaruhi medium. Nah, pengaruh
yang ditimbulkan oleh gelombang-gelombang yang terpadu tersebut disebut interferensi gelombang.
Ketika mempelajari gelombang stasioner
yang dihasilkan oleh superposisi antara gelombang datang dan gelombang pantul
oleh ujung bebas atau ujung tetap, Anda dapatkan bahwa pada titik-titik
tertentu, disebut perut, kedua gelombang salingmemperkuat (interferensi konstruktif), dan dihasilkan amplitudo paling besar, yaitu dua kali amplitudo semuala.
Sedangkan pada titik-titik tertentu, disebut simpul, kedua gelombang saling memperlemah atau meniadakan (interferensi destruktif), dan dihasilkan amplitudo nol.
Dengan menggunakan konsep fase, dapat kita
katakan bahwa interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi bila kedua gelombang yang berpadu memiliki fase
yang sama. Amplitudo gelombang
paduan sama dengan dua kali amplitudo tiap gelombang. Interferensi destruktif
(saling meniadakan) terjadi bila kedua gelombang yang berpadu berlawanan fase. Amplitudo
gelombang paduan sama dengan nol. Interferensi konstruktif dan destruktif mudah
dipahami dengan menggunakan ilustrasi pada Gambar 1.24.
Gambar 1.24. Interferensi Konstruktif
(f) Polarisasi Gelombang
Pemantulan, pembiasan, difraksi, dan
interferensi dapat terjadi pada gelombang tali (satu dimensi), gelombang
permukaan air (dua dimensi), gelombang bunyi dan gelombang cahaya (tiga
dimensi). Gelombang tali, gelombang permukaan air, dan gelombang cahaya adalah
gelombang transversal, sedangkan gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal.
Nah, ada satu sifat gelombang yang hanya dapat terjadi pada gelombang
transversal, yaitu polarisasi. Jadi, polarisasi gelombangtidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal,
misalnya pada gelombang bunyi.
Fenomena polarisasi cahaya ditemukan oleh
Erasmus Bhartolinus pada tahun 1969. Dalam fenomena polarisasi cahaya, cahaya
alami yang getarannya ke segala arah tetapi tegak lurus terhadap arah
merambatnya (gelombang transversal) ketika melewati filter polarisasi, getaran
horizontal diserap sedang getaran vertikal diserap sebagian (lihat Gambar
1.25). Cahaya alami yang getarannya ke segala arah di sebut cahaya tak terpolarisasi, sedang cahaya yang
melewati polaroid hanya memiliki getaran pada satu arah saja, yaitu arah
vertikal, disebut cahaya terpolarisasi linear.
Gambar 1.25. Polarisasi cahaya pada polaroid
