Fisika Sekolah 3 Aplikasi Gelombang Bunyi dan Cahaya Diajukan sebagai salah satu tugas mata kuliah Fisika Sekolah 3
Oleh : Eka Sugandi (057039) Siti Jenab
Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Pendidikan Indonesia 2007
Standar Kompetensi : 1. menaerapkan konsep dan prindip gejala gelombang dalam menyelesaikan masalah. Kompetensi Dasar : 1.3 menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan cahaya dalam teknologi Indikator : 1. Mengaplikasikan efek dopler untuk gelombang bunyi, misalnya sonar 2. Mengaplikasikan gelombang bunyi untuk industri-industri 3. Mengaplikasikan gelombang bunyi untuk medis, Misalnya USG
4. Dibuat ulasan penerapan gelombang bunyi pada pengujian tak merusak 5. Menerapkan konsep dan prinsip gelombang cahaya dalam teknologi
I. Aplikasi Gelombang Bunyi Jika suatu saat anda menyusuri suatu jalan desa di tengah musim kemarau, anda akan mendengar bunyi dan suara lebah, belalang atau jangkrik. Bahakan jika lebih cermat, anda dapat mendengarkan bunyi yang lebih lemah dan halus. Selain dapat mendengarkan bunyi yang dapat didengar manusia, seranggaserangga juga dapat mendengarkan bunyi-bunyi yang lain, yang tidak tertangkap oleh telinga manusia. Bunyi tersebut dinamakan bunyi ultrasonic. Telinga manusia normal dapat menangkap bunyi yang mempunyai frekuensi 20 Hz -20.000 Hz. Perbedaan antara gelombang ultrasonic dan gelombang bunyi biasa adalah frekuensinya. Bunyi ultrasonic mempunyai frekuensi diatas 20.000 Hz. Gelombang ultrasonic dimanfaatkan oleh para ahli dalam banyak hal, diantaranya sitem pengujian tidak merusak (NDT - Non Destructive Testing). Sistem pengujian itu banyak digunakan dalam dunia industri dan medis. Penggunaan dalam industri Suatu alat yang bernama reflektoskopdigunakan untuk mendeteksi cacat yang terkandung dalam besi tuang. Cacat pada velg ban mobil diperiksa dengan menggunakan alat ini. Gelombang ultrasonik juga digunakan untuk mempercepat beberapa reaksi kimia. Getaran kuat pada gelombang ultrasonik juga digunakan untuk menggugurkan ikatan antara partikel kotoran dan bahan kain serta menggetarkan debu yang melekat sehingga lepas. Penggunaan dalam medis Ultrasonic digunakan untuk mengamati cacat cacat dalam jaringan hidup. Sifat reflektif jaringan normal dan jaringan abnormal cukup jelas untuk dibedakan secara ultrasonic. Alat diagnosis dengan ultrasonic digunakan untuk menemukan beberapa penyakit berbahaya di dada/payudara,hati, otak dan beberapa organ lainnya. Pengamatan ultrasonic pada seorang wanita hamil dapat memperlihatkan janin di uterus. Menduga kedalaman laut Selain digunakan di dunia industri dan medis , gelombang ultrasonic digunakan pada dunia kelautan . untuk menduga kedalaman laut, digunakan alat yang dinamakan sonar (sound navigation ranging). Sonar menghasilkan gelombang suara yang dikirim dari suatu piranti dan dipantulkan kembali oleh dasar samudra. Alat ini juga digunakan untuk menemukanletak suatu benda di bawah permukaan laut. Prinsip kerja sensor pizoelektrik pada alat uItrasonoraphy
Sensor yang digunakan pada alat Ultrasonografi yakni sensor pizoelektrik, yang diletakkan pada komponen receiver yang menerima pantulan (refleksi) pola energi akustik yang dinyatakan dalam frekuensi. Sensor mi akan mengubah pergeseran frekuensi gelombang suara 1 — 3 MHz yang dipancarkan melalui transmitter pada jaringan tubuh dan kemudian gelombang tersebut dipantulkan (direfleksikan) oleh jaringan dan akan diterima oleh receiver dan selanjutnya diteruskan ke prosessor. Sensor pizoelektrik terdiri dan bagian seperti housing, clip-type spring, crystal, dan seismic mass. Prinsipnya yakni ketika frekuensi energi akustikyang dipantulkan diterapkan, aka cliptype spring yang terhubung dengan seismic mass akan menekan crystal, karena energi akustik tersebut dirtai oleh gaya luar sehingga crystal akan mengalami ekspansi dan kontraksi pada frekuensi tersebut. Ekspansi dan lontraksi tersebut mengakibatkan lapisan tipis antara crystal dengan housing akan bergetar. Getaran dan crystal tersebut akan menghasilkan sinyal berupa tegangan yang nantinya akan diteruskan keprosesor. USG, Pelengkap Obstetri Ginekologi
OK, anak saya laki-laki atau perempuan? Kondisijaninnya sehat-sehat saja, kan?” Pertanyaan tersebut sering terdengar di ruang praktik seorang dokter ahli kebidanan dan kandungan. Pertanyaan yang hampir selalu ditanyakan oleh para calon ibu yang sedang memeriksakan kehamilan mereka Sang dokter kemudian akan menjelaskan keadaan janin dalam kandungan si ibu dengan menggunakan alat bernama ultrasonografi (USG). Sekarang, instrumen yang satu ini kerap ditemukan di setiap ruang praktik dokter ahli kandungan karena dapat mempermudah dokter menganalisis kondisi janin dengan tampilan dua dimensi atau tiga dimensi. Aplikasi pemakaian USG dalam bidang kebidanan dan kandungan/obstetri ginekologi diprakarsai oleh seorang ilmuwan asal lnggris, Ian Donald. Sesuai dengan namanya, prinsip kerja USG memanfaatkan sistem kerja gelombang ultrasonik alias gelombang suara berfrekuensi tinggi. Sonar dan radar
Perkembangan penggunaan USG dalam berbagai bidang ilmu kedokteran saat ini, salah satunya adalah bidang obstetri ginekologi, berawal dari ditemukannya cara mengukur jarak di dalam air menggunakan gelombang suara. Pada saat itu dikenal istilah “sonar” atau Sound Navigation and Ranging. Lazzaro Spallanzani, seorang ahli biologi Italia, dapat dikatakan sebagai orang yang mengilhami penemuan tersebut. Sekira tahun 1794 ia mendemonstrasikan kemampuan seekor kelelawar menentukan arah terbang dan mencari mangsa dalam gelap dengan menggunakan gelombang suara berfrekuensi tiriggi (ultrasonik). Kelelawar tersebut memanfaatkan pantulan suara ultrasonik yang dikeluarkannya setelah menumbuk suatu objek. Sehingga ia tidak akan menabrak sebuah benda atau sebaliknya dapat menentukan lokasi mangsanya. Awal tahun 1826, Jean Daniel Colladon, seorang ahli fisika dari Swiss berhasil menggunakan sebuah alat yang dinamakan “underwater bell” untuk mendeterminasi kecepatan suara dalam air
di Danau Geneva. Penemuan ini memacu para ahli fisika lainnya untuk meneliti dasar ilmu fisika mengenai getaran, transmisi, dan refraksi gelombang suara. Salah satu ahli fisika yang turut andil dalam penelitian itu adalah Lord Rayleigh asal Inggris. Tahun 1877 ia mengemukakan the Theory of Sound yang intinya menerangkan bahwa gelombang suara adalah sebuah persamaan matematika. Persamaan mi membentuk dasar teori sistem kerja akustik. Sistem deteksi suara dalam air kemudian dikembangkan dan dimanfaatkan untuk kepentingan navigasi kapal selam selama perang dunia pertama berlangsung, khususnya setelah kejadian tenggelamnya kapal Titanic pada tahun 1912. Hal itu terjadi berkat penemuan alat hydrophone oleh seorang ahli fisika Perancis, Paul Langevin. Alat mi juga memanfaatkan pantulan gelombang ultrasonik. Penemuan radar (radio detection and ranging) pada tahun 1953 oleh Robert Watson-Watt juga menerapkan sistem kerja gelombang ultrasonik. Seperti sonar, alat mi pun menjadi inspirasi digunakannya ultrasonik dalam bidang obstetri ginekologi kelak. Hanya pemanfaatannya saat itu lebih banyak digunakan untuk kepentingan pelacakan kapal musuh di udara. Perkembangan pemakaian ultrasonik di bidang obstetri ginekologi berikutnya juga tak lepas dan peranan penemuan Sonar merupakan sistem yang menggunakan gelombang suara bawah air yang dipancarkan dan dipantulkan untuk mendeteksi dan menetapkan lokasi obyek di bawah laut atau untuk mengukur jarak bawah laut. Sejauh mi sonar telah luas digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan mendeteksi kedalaman, penangkapan ikan komersial, keselamatan penyelaman, dan komunikasi di laut. Cara kerja perlengkapan sonar adalah dengan mengirim gelombang suara bawab permukaan dan kemudian menunggu untuk gelombang pantulan (echo). Data suara dipancar ulang ke operator melalui pengeras suara atau ditayangkan pada monitor. Dua Jenis Sonar
Alat sonar pertama digolongkan sebagai sonar pasif, di mana tidak ada sinyal yang dikirim keluar. Pada tahun 1918 Inggris dan AS membuat sistem aktif, di mana sinyal sonar aktif dikirim dan diterima kembali. Misalnya saja untuk mengetahui jarak satu obyek, petugas sonar mengukur waktu yang diperlukan oleh sinyal sejak dipancarkan hingga diterima kembali. Karena tidak ada sinyal yang dikirim pada sistem pasif, alat hanya mendengarkan. Pada sistem pasif maju, ada bank data sonik (sumber bunyi) yang besar. Sistem komputer menggunakan bank data tadi untuk mengenali kelas kapal, juga aksinya (kecepatan atau senjata yang ditembakkan). Sonar merupakan sistem yang menggunakan gelombang suara bawah air yang dipancarkan dan dipantulkan untuk mendeteksi dan menetapkan lokasi obyek di bawah laut atau untuk mengukur jarak bawah laut. Sejauh mi sonar telah luas digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan ranjau, mendeteksi kedalaman, penangkapan ikan komersial, keselamatan penyelaman, dan komunikasi di laut.
Cara kerja perlengkapan sonar adalah dengan mengirim gelombang suara bawah permukaan dan kemudian menunggu untuk gelombang pantulan (echo). Data suara dipancar ulang ke operator melalui pengeras suara atau ditayangkan pada monitor. II. Aplikasi Gelombang Cahaya A. Teori Dualitas Partikel-Gelombang
Teori ini menggabungkan tiga teori yang sebelumnya, dan menyatakan bahwa cahaya adalah partikel dan gelombang. Ini adalah teori modern yang menjelaskan sifat sifat cahaya, dan bahkan sifat sifat partikel secara umum . Pertamakali di jelaskan oleh albert Einstein pada awall abad 20, berdasarkan dari karya tulisnya tentang efek fotolisktik, dan hasil dari penlitian Planck. Einstein menunjukan bahwa energi sebuah foton sebanding dengan frekuensinya, Lebih general lagi, teori tersebut menjelaskan bahwa semua benda mempunyai sifat partikel dan gelombang, dan berbagai macam eksperimen dapat di lakukan untuk membuktikannya. Sifat partikel dapat lebih mudah di lihat apabila sebuah objek mempunyai massa yang besar, pada tahun 1924 eksperimen oleh Louis de Broglie menunjukan elektron juga mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang. Einsiten mendapatkan penghargaan nobel pada tahun 1921 atas karyanya tentang dualitas partikel-gelombnaf pada foton, dan de Broglie mengikuti jejaknya pada tahun 1929 untuk partikel-partikel yang lain B. Warna dan Panjang Gelombang
Panjang gelombang yang berbeda-beda diinterpretasikan oleh otak manusia sebagai warna, dengan merah adalah panjang gelombang terpanjang (frekuensi paling rendah) hingga ke violet dengan panjang gelombang terpendek (frekuensi paling tinggi). Cahaya dengan frekuensi di bawah 400 nm dan diata nm tidak dapat di lihat manusia dan di sebut ultraviolet pada batas frekuensi tinggi dan inframerah 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 merubahnya menjadi sinar tampak, camera seprti ini disebut night vision camera Radiasi ultaviolet tidak dirasakan sama sekali oleh manusia kecuali dalam jangka paparan yang lama, hall ini dapat menyebabkan kulit terbakat dan kanker kulit. Beberapa hewan seperti lebah dapat melihat sinar ultraviolet, sedangkan hewan hewan lainnya seperti Ular Viper dapat merasakan IR dengan organ khusus. C. Tabung sinar katoda
Tabung sinar katoda ( bahasa Inggris: cathode ray tube atau CRT), ditemukan oleh Karl Ferdinand Braun, merupakan sebuah tabung penampilan yang banyak digunakan dalam layar komputer , monitor video, televisi dan oskiloskop. CRT dikembangkan dari hasil kerja Philo Farnsworth yang dipakai dalam seluruh pesawat televisi sampai akhir abad 20, dan merupakan dasar perkembangan dari layar plasma, LCD dan bentuk teknologi TV lainnya. D. Penjelasan perangkat
Versi paling awal CRT adalah sebuah dioda katoda-dingin, sebuah modifikasi dari tabung Crookes (lihat sinar-X) dengan layar dilapisi fosfor, kadangkala dipanggil tabung Braun. Versi pertama yang menggunakan kathoda panas dikembangkan oleh J.B. Johnson (yang merupakan asal istilah noise Johnson) dan H.W. Weinhart dari Western Electric dan menjadi produk komersial pada 1922. Sinar katoda adalah aliran elektron kecepatan tinggi yang dipancarkan dari katoda yang dipanaskan dari sebuah tabung vakum. Dalam tabung sinar katoda, elektron-elektron secara hati-hati diarahkan menjadi pancaran, dan pancaran ini di"defleksi" oleh medan magnetik untuk men"scan" permukaan di ujung pandan (anode), yang sebaris dengan bahan berfosfor (biasanya berdasar atas logam transisi atau rare earth. Ketika elektron menyentuh material pada layar ini, maka elektron akan menyebabkan timbulnyacahaya. E. Aplikasi Sel Surya Sebagai Sumber Energi Alternatif
Gelombang yang timbul akibat medan listrik dan medan magnet disebut gelombang elektromagnet. Gelombang elektromagnet yang terlihat oleh pancaindera manusia adalah cahaya dengan panjang gelombang berkisar pada 300-700 nm (nanometer). Gelombang diatas panjang gelombang 700 nm adalah inframerah dan dibawah 300 nm adalah ultraviolet. Manusia telah banyak memanfaatkan energi yang terdapat pada gelombang elektomagnet sejak dahulu kala. Tapi pemahaman tentang gelombang ini sendiri baru dapat dianalisis oleh kita sekitar abad 10. Seiring perkembangan zaman, pemanfaatan gelombang elektromagnet oleh manusia semakin sering dilakukan dalam kehidupan sehari-hari sesuai dengan perkembangan pemahaman tentang gelombang ini sendiri. Nama-nama seperti Isaac Newton dengan Hypothesis of Lightnya, Christian Huygens dengan teori rambat gelombang, Faraday dengan teori elektromagnetisme, James Clerk Maxwell yang berhasil memperbaiki teori rambat gelombangnya Christian Huygens, Max Planck dengan teori kuantum, Albert Einstein dan Louis de Broglie yang menyatakan bahwa cahaya adalah bentuk partikel dan gelombang dengan teori dualitas partikel-gelombang telah memberikan kontribusi yang besar dalam memanfaatkan gelombang elektromagnet dalam kehidupan sehari-hari. Cahaya matahari yang merupakan pancaran gelombang elektromagnet adalah salah satu contoh dari sekian banyak bentuk energi yang dapat kita rasakan di bumi dan telah kita manfaatkan sumber dayanya berabad-abad. Pemberdayaan energi cahaya matahari pada setiap zaman semakin meningkat seiring dengan pengetahuan yang kita dapatkan dan salah satunya adalah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) yang memanfaatkan energi foton cahaya matahari menjadi en ergi listrik. Indonesia sendiri, sebuah negara yang dilewati oleh garis khatulistiwa dan menerima panas matahari yang lebih banyak daripada negara lain, mempunyai potensial yang sangat besar untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga surya sebagai alternatif batubara dan diesel sebagai pengganti bahan bakar fosil yang bersih, tidak berpolusi, aman dan persediaannya tidak terbatas.
Berbagai instalasi sel surya telah banyak dipakai walaupun hanya pada beberapa golongan masyarakat mampu. Bahan sel surya sendiri terdiri kaca pelindung dan material adhesive transparan yang melindungi bahan sel surya dari keadaan lingkungan, material anti-refleksi untuk menyerap lebih banyak cahaya dan mengurangi jumlah cahaya yang dipantulkan, semi-konduktor P-type dan N-type (terbuat dari campuran Silikon) untuk menghasilkan medan listrik, saluran awal dan saluran akhir (tebuat dari logam tipis) untuk mengirim elektron ke perabot listrik. Cara kerja sel surya sendiri sebenarnya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor, menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik. Bahan dan cara kerja yang aman terhadap lingkungan menjadikan sel surya sebagai salah satu hasil teknologi pembangkit listrik yang efisien bagi sumber energi alternatif masyarakat di masa depan. Memberikan harapan kepada kita untuk mengelola alam secara lebih “alamiah”. F. Interferensi Interferensi adalah interaksi antar gelombang didalam suatu daerah. Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut. Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan.
G. Difraksi
Prinsip Huygens.
H. Difraksi cahaya diterangkangkan oleh prinsip Huygens.
Difraksi adalah penyebaran gelombang, contohnya cahaya, karena adanya halangan. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Hal ini bisa diterangkan oleh prinsip Huygens. Pada animasi pada gambar sebelah kanan atas terlihat adanya pola gelap dan terang, hal itu disebabkan wavelet-wavelet baru yang terbentuk di dalam celah sempit tersebut saling ber interferensi satu sama lain. Untuk menganalisa atau mensimulasikan pola-pola tersebut, dapat digunakan Transformasi Fourier atau disebut juga dengan Fourier Optik. I. Scanner
Scanner adalah suatu alat e lektronik yang fungsinya mirip dengan mesin fotokopi. Mesin fotocopy hasilnya dapat langsung kamu lihat pada kertas sedangkan scanner hasilnya ditampilkan pada layar monitor komputer dahulu kemudian baru dapat dirubah dan dimodifikasi sehingga tampilan dan hasilnya menjadi bagus yang kemudian dapat disimpan sebagai file text, dokumen dan gambar. Bentuk dan ukuran scanner bermacam-macam, ada yang besarnya seukuran dengan kertas folio ada juga yang seukuran postcard, bahkan yang terbaru, berbentuk pena yang baru diluncurkan oleh perusahaan WizCom Technologies Inc. Scanner berukuran pena tersebut bisa menyimpan hingga 1.000 halaman teks cetak dan kemudian mentransfernya ke sebuah komputer pribadi (PC). Scanner berukuran
pena t ersebut dinamakan Quicklink. Pena scanner itu berukuran panjang enam inci dan beratnya sekitar tiga ons. Scanner tersebut menurut WizCom dapat melakukan pekerjaannya secara acak lebih cepat dari scanner yang berbentuk datar. Data yang telah diambil dengan scanner itu, bisa dimasukkan secara langsung ke semua aplikasi komputer yang mengenali teks ASCII. Pada saat ini banyak sekali scanner yang beredar di dunia dengan berbagai merk pula, Di antaranya scanner keluaran dari Canon, Hewlett Packard ( HP ), EPSON, UMAX dan masih banyak lagi. Perbedaan tiap scanner dari berbagai merk terletak pada pemakaian teknologi dan resolusinya. Pemakaian teknologi misalnya penggunaan tombol-tombol digital dan teknik pencahayaan. Cara kerja Scanner : Ketika kamu menekan tombol mouse untuk memulai Scanning, yang terjadi adalah : Penekanan tombol mouse dari komputer menggerakkan pengendali kecepatan pada mesin scanner. Mesin yang terletak dalam scanner tersebut mengendalikan proses pengiriman ke unit scanning.
Kemudian unit scanning menempatkan proses pengiriman ke tempat atau jalur yang sesuai untuk langsung memulai scanning. Nyala lampu yang terlihat pada Scanner menandakan bahwa kegiatan scanning sudah mulai dilakukan. Setelah nyala lampu sudah tidak ada, berarti proses scan sudah selesai dan hasilnya dapat dilihat pada layar monitor. Apabila hasil atau tampilan teks / gambar ingin dirubah, kita dapat merubahnya dengan menggunakan software-software aplikasi yang ada. Misalnya dengan photoshop, Adobe dan lain- lain. pot scanned. Ada dua macam perbedaan scanner dalam memeriksa gambar yang berwarna yaitu : Scanner yang hanya bisa satu kali meng-scan warna dan menyimpan semua warna pada saat itu saja. Scanner yang langsung bisa tiga kali digunakan untuk menyimpan beberapa warna. Warna-warna tersebut adalah merah, hijau dan biru. Scaner yang disebut pertama lebih cepat dibandingkan dengan yang kedua, tetapi menjadi kurang bagus jika digunakan untuk reproduksi warna. Kebanyakan scanner dijalankan pada 1-bit (binary digit / angka biner), 8-bit (256 warna), dan 24 bit (lebih dari 16 juta warna). Nah, bila kita membutuhkan hasil yang sangat baik maka dianjurtkan menggunakan scanner dengan bit yang besar agar resolusi warna lebih banyak dan bagus. Daftar Pustaka
http://www.e-smartschool.com/PNK/002/PNK0020001.asp http://id.wikipedia.org/wiki/ http://www.google.co.id/search?hl=id&q=cara+kerja+mesin+fotocopy&btnG=Telusuri&meta=cr %3DcountryID
