11
Bab
1
Gejala Gelombang
Pertemuan Ke-1 dan 2
Latihan Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar! x
1. Persamaan gelombang berjalan y = 2 sin π (50t - ) dengan x dan y dalam cm dan t dalam 5 sekon. Hitunglah: a. Panjang gelombang b. Periode c. Kecepatan rambat gelombang Jawab: x Persamaan gelombang berjalan: y = 2 sin π 50t − 5
t
x
Persamaan: yp = A sin 2 π T − λ Untuk: x y = 2 sin π 50t − 5
50t
x
y = 2 sin 2 π 2 - 2 sin 2 π 10 a. Panjang gelombang b. Periode x
λ
=
x 10
λ = 10 cm c m = 0,1 m
t T
=
c. 50t 2
50T = 2
T = 2 s = 0,04 s
v = λ v =
T 0,1m 0,0 ,04 4s
v = 2,5 m / s
50
2. Berapakah beda fase gelombang datang dan gelombang gelombang pantul pada ujung tetap? Jawab: Fase gelombang adalah keadaan getaran suatu titik pada gelombang yang berkaitan dengan simpangan dan arah getarnya. Beda fase gelombang datang dan gelombang pantul pada ujung tetap sebesar π radian.
TUNTAS
PG Fisika XII
Semester 1
2
3. Suatu gelombang permukaan air bergerak dari daerah dalam menuju ke daerah dangkal. Di daerah yang dalam kecepatan gelombang 2 6 m/s. Jika sudut datang dari arah gelombang datang 60o ternyata sudut biasnya 45, maka berapakah kecepatan gelombang bias di daerah dangkal? Jawab:
Diketahui: v1 = 2 6 m/s sin sin i = v1 Jawab : sin r sin 60o sin sin 45o 1 3 2 1 2
2
=
=
i = 60o
r = 45o v2 3
v2 2 6 v2
v2 v2
2 6 v2
v2 v2
3 2 6 = v2 2
= =
v2 = ... ?
2. 2. 6 2 2. 6 3 2 2. 2. 3 3
= = 2.2m/s = 4m/s
Jadi, kecepatan gelombang bias di daerah dangkal adalah 4 m/s 4. Di suatu laut, dalam waktu 20 sekon terdapat 5 gelombang yang melintas. Jika jarak antara puncak dan dasar gelombang yang berdekatan adalah 4 m, maka tentukan cepat rambat gelombang tersebut! Jawab: 1
λ = 4 m Diketahui: t = 20 sekon 2 λ = 8 m n = 5 gelombang Cepat rambat gelombang ditentukan dengan mencari terlebih dahulu frekuensi atau periode gelombang t T = T =
n 20 5
= 4s
v =λ
=
T 8 = 2m/s 4
Jadi, cepat rambat gelombang adalah 2 m/s 5. Sebuah gelombang yang memiliki frekuensi 500 Hz bergerak dengan kecepatan 300 m/s. Tentukanlah: a. Jarak antara dua titik yang berbeda sudut fase 50o b. Perbedaan sudut fase suatu titik yang bergetar untuk interval waktu 2 s Jawab:
f = 500 Hz v = 300 m/s Panjang gelombang λ = v = 300 = 3 = 0,6 m f
500
5
Jadi, cepat rambat gelombang adalah 2 m/s a. ∆θ = 50o b. ∆t = 2so 5 ∆θ = 2 π∆ϕ ∆θ = π 18 = 2π ∆t = 2π f∆t ∆x T ∆θ = 2π∆ϕ = 2π λ ∆ θ = π 2 ( 500). (2) (2) 5π ∆θ = 2.000π rad ∆x = ∆θ λ = 18 (0,6) 2π 2π 5 (0,6) 9
∆x = ∆x = 0,333 cm cm
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS
33
Pekerjaan Rumah Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Persamaan sebuah gelombang berjalan pada tali adalah y = 4 sin (0,04π x + 8 πt) dengan x dan y dalam cm dan t dalam sekon. Tentukan: a. Panjang gelombang c. Kecepatan getar maksimum b. Frekuensi d. Percepatan getar maksimum Jawab:
y = 4 sin (0,04 π x + 8 π t) t x y = A sin 2 π − T λ y = 4 sin 2 π (0,02x + 4t) A = 4 cm = 4 . 10-2 m y = 4 sin 2 π (4t + 0,02x) x a. = 0,02x
c. vm = ω A vm = 8 π 4 vm = 32 π cm/s d. am = ω 2 A am = (8 π )2 . 4 am = 64 π . 4 am = 256 π cm/s2
λ
1
λ
= 0,02
λ= 1 0,02 λ = 50 cm cm = 0,5 m b. 2 π f = 8 π 2f = 8 f = 4 Hz
2. Gelombang transversal merambat menurut persamaan y = 0,2 0,2 sin (10π t - π x) meter. Tentukan: a. Fase F ase dan simpangan pada x = 0,25 m saat t = 0,1 s b. Beda fase antara titik x = 0,5 dan 0,75 m Jawab:
Persamaan gelombang berjalan y = 0,2 sin (10 π t - π x) a. saat t = 0,1 s; x = 0,25 m
φ = 5t -
b. ∆φ = ∆x λ x1 = 0,5 m x2 = 0,75 m
x 2
simpangan: 0,25 y = 0,2 sin 2 π (5)(0,1) − 2
y = 0,2 sin 2 π (0,5 - 0,125) y = 0,2 sin 2 π (0,375) y = 0,2 sin 0,75 π
0, 75 − 0, 5
λ
y = 0,2 si sin 2π 5t − x x
x 2
2
= λ=2 ∆φ = 0,75 − 0, 5 2 ∆φ = 0,125 λ
1
y = (0,2) 2 2 y = 0,1 2 meter
TUNTAS
∆φ =
PG Fisika XII
Semester 1
4
3. Seutas tali panjangnya 8 m direntangkan horizontal. Salah satu ujungnya digetarkan dan ujung yang lain dibiarkan bebas. Setelah terjadi gelombang stasioner, ternyata perut kelima berjarak 4,5 m dari titik asal getaran. Hitunglah: a. Panjang gelombang yang terjadi b. Letak simpul kelima kelima diukur dari titik asal getaran Jawab:
Jarak perut kelima dari ujung bebas x = 8 - 4,5 = 3,5 m Perut kelima berarti n = 4, diperoleh: 1
a. x = (2n) 4 λ 3,5 = (2 . 4) .
b. Simpul kelima → n = 4 1 λ 4
1
x = (2n + 1) 4 λ
1
3,5 = 2 λ
λ =
3,5 2
x = (2 . 4 + 1) 4 λ 1
= 1,75 m
x = (8 + 1) 4 (1,75)
x = (2,25)(1,75) = 3,94 m Jarak simpul ke-5 dari titik asal getaran = 8 - 3,94 = 4,06 meter Jadi, panjang gelombang yang terjadi adalah 1,75 m dan letak letak simpul simpul kelima kelima diukur dari titik asal getaran adalah 4,06 m 4. Pada percobaan Melde diketahui panjang tali 100 cm, massa beban 200 gram, frekuensi PLN 50 Hz, dan terbentuk 5 buah perut gelombang. Hitunglah massa dawai yang digunakan! Jawab:
Terbentuk 5 buah perut, berarti: l = 2,5 λ λ = 1 = 0,4 m
λf =
2,5 Fl m
Diketahui: f = 50 Hz F = mbeban x g = 0,1 x 10 N =2N
l = 100 cm = 1 m
λf =
Fl m
0,4.50 = 2 . 1 20 400
m
m 2 = m 2 = m 2 = 0,005 ,005 kg = 400
m = 5 gram Jadi, massa dawai yang digunakan adalah 5 gram 5. Sebuah gelombang sinus merambat pada tali sepanjang 80 cm. Jika waktu yang diperlukan oleh suatu titik untuk bergerak dari simpangan maksimum ke titik nol yang berdekatan sebesar 0,01 detik, maka hitung: a. Frekuensi gelombang b. Cepat rambat gelombang tali jika jarak simpangan maksimum ke titik nol yang berdekatan adalah 5 cm
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS
55
Jawab: 1
Waktu untuk bergerak dari simpangan maksimum ke titik nol adalah 4 T 1
a. 4 T = 0,01 detik T = 0,04 detik 1
b. v = λ . f v = 4 x f
v = 4 . 5 . 10-2 . 25
f
= T
f f
= 0,04 Hz = 25 Hz
1
v = 2 . 10-1 . 25 v = 5 m/s
Kegiatan Gelombang air laut merupakan gelombang berjalan. Energi gelombang air laut ini dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Bukan hal yang mustahil teknologi ini suatu saat diterapkan di Indonesia. Menurut Anda, kira-kira di daerah laut manakah teknologi ini dapat diterapkan? Coba Anda diskusikan! Jawab: Hasil diskusi
Pertemuan Ke-3 dan 4
Latihan Berilah tanda silang (x) huruf a, b, c, d, atau e pada jawaban yang paling benar!
1. Apabila cahaya matahari mengenai suatu lapisan tipis minyak yang ada di atas permukaan air, maka warna-warni yang terlihat timbul karena gejala .... a. difraksi
b. dispersi
c. interferensi
d. polarisasi
e. reeksi
Jawab: a. difraksi
2. Dalam percobaan interferensi dua celah (percobaan Young) digunakan cahaya monokromatik cahaya kuning, maka pada layar terlihat .... a. garis kuning dan gelap berselang-seling dengan garis yang di tengah kuning b. garis kuning dan gelap berselang-seling dengan garis yang di tengah gelap c. garis berwarna seperti pelangi dengan garis yang di tengah kuning d. garis berwarna seperti pelangi dengan garis yang di tengah gelap e. garis terang dan gelap berselang-seling dengan garis yang di tengah putih
TUNTAS
PG Fisika XII
Semester 1
6
Jawab: c. garis berwarna seperti pelangi dengan garis yang di tengah kuning Pembahasan: - Difraksi merupakan peristiwa penyebaran atau pembelokan
gelombang pada saat gelombang tersebut melintas melalui bukaan atau mengelilingi ujung penghalang. Besarnya difraksi bergantung pada ukuran penghalang dan panjang gelombang. - Dispersi adalah peristiwa penguraian sinar cahaya yang merupakan campuran beberapa panjang gelombang menjadi komponen-komponennya karena pembiasan. Dispersi terjadi akibat perbedaan deviasi untuk setiap panjang gelombang, yang disebabkan oleh perbedaan kelajuan masing-masing gelombang pada saat melewati medium pembias. - Interferensi terjadi pada dua gelombang koheren, yaitu gelombang yang memiliki frekuensi dan beda fase sama. Pada gelombang tali, jika dua buah gelombang tali merambat berlawanan arah, saat bertemu keduanya melakukan interferensi. - Polarisasi merupakan proses pembatasan getaran vektor yang membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah. Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal saja dan tidak dapat terjadi pada gelombang longitudinal. - Pemantulan (reeksi) adalah peristiwa pengembalian seluruh atau sebagian dari suatu berkas partikel atau gelombang bila bila berkas tersebut bertemu dengan bidang batas antara dua medium. 3. Perhatikan pernyataan berikut ini! 1) memiliki panjang gelombang yang sama 3) memiliki frekuensi yang sama 2) memiliki amplitudo yang sama 4) memiliki fase yang sama Syarat terjadinya interferensi gelombang adalah gelombang-gelombang yang mengalami interferensi harus bersifat koheren, maksudnya adalah .... a. 1, 2, dan 3 b. 1 dan 3 c. 2 dan 4 d. 4 saja e. 1, 2, 3, dan 4 Jawab: e. 1, 2, 3, dan 4 4. Apabila sebuah gelombang melewati bidang batas dua medium yang berbeda, maka akan terjadi peristiwa .... a. interferen interferensi si
b. difraksi
c. reeksi
d. refraksi
e. polarisasi
Jawab: c. reeksi Jawab:
5. Pada pembiasan cahaya dari udara ke air, makin kecil sudut datang maka .... a. makin besar sudut bias b. sudut bias tetap saja c. makin kecil pula sudut bias d. sudut bias makin tergantung pada indeks bias e. sudut bias dapat menjadi kecil atau lebih besar, tergantung pada polarisasi cahaya
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS
77
Jawab: c. makin kecil pula sudut bias Pembahasan:
Hukum Snellius : n1 sin i = n2 sin r Dari udara ke air : sin i = nair . sin r nair = sin r =
4 3 sin sin i nair
Jadi, makin kecil sudut datang (i), makin kecil pula sudut bias (r) 6. Deviasi minimum suatu sinar oleh prisma .... a. b. c. d. e.
tidak tergantung pada suatu puncak menjadi lebih kecil bila sudut puncaknya lebih besar menjadi lebih besar bila sudut puncaknya lebih besar tidak tergantung pada panjang gelombang sinar tidak tergantung pada frekuensi sinar
Jawab: c. menjadi lebih besar bila sudut sudut puncaknya lebih besar Pembahasan: Rumus deviasi minimum
= (n - 1) β β = sudut puncak Dm = deviasi minimum Jika membesar maka Dm semakin besar (n = indeks bias) Dm
7. Sinar datang dari suatu medium yang kurang rapat dan memasuki suatu medium yang lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal. Hal ini adalah sesuai dengan .... a. hukum Fresnel c. percobaan Young e. hukum Brewster b. hukum Snellius d. percobaan Fraunhofer Jawab: b. hukum Snellius Pembahasan: N
n1 n2
i
n1 < n2 i = sudut datang r = sudut bias Hukum Snellius: n1 sin i = n2 sin r n
r
sin r = n1 sin i 2 Karena n1 < n2, maka sin r < sin i r
8. Cincin Newton terjadi karena gejala .... a. difraksi b. polarisasi c. dispersi
TUNTAS
PG Fisika XII
d. interferensi
e. refraksi
Semester 1
8
Jawab: Peristiwa interferensi interferensi cahaya dapat dinyatakan pada gelang-gelang gelang-gelang (cincin)
dari Newton L
A
Sebuah lensa plankonveks diletakkan dengan bidang cembungnya pada sebidang kaca plan paralel. A = sinar monokromatis yang sejajar datang dari atas, pada lensa tersebut terlihat lingkaran-lingkaran (cincin) gelap dan terang yang disebut cincin Newton
R
kaca plan paralel
9. Perambatan cahaya dengan perantaraan gelombang dapat dibuktikan oleh gejala .... a. pemantulan c. interferensi e. radiasi b. pembiasan d. dispersi pada prisma Jawab: c. interferensi 10. Peristiwa penyebaran atau pembelokan pembelokan gelombang gelombang pada saat gelombang gelombang tersebut tersebut melintas melintas melalui bukaan atau mengelilingi ujung penghalang disebut .... a. difraksi c. interferensi e. refraksi b. dispersi d. polarisasi Jawab: c. interferensi Pembahasan: Pemantulan cahaya pada bahan yang indeks biasnya lebih besar dapat dianggap merupakan pemantulan gelombang transversal pada tali dengan ujung tetap. Karena itu sinar pantul dari A mengalami perubahan fase setengah dari sinar pantul dan B tidak mengalami perubahan fase. 1
Di p hasil interferensi minimun (gelap) bila 2nd cos r = (2k + 1) 2 λ Jika sinar datang tegak lurus permukaan lapisan maka r = 0 1
Jadi 2 nd = (2k + 1) 2 λ interferensi maksimum di P 1
2 nd = (2k) 2 λ interferensi minimum di P
Pekerjaan Rumah Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Tali yang panjangnya 5 m dan ditegangkan dengan gaya 2 N, dirambati gelombang transversal. Jika cepat rambat gelombang 40 m/s, maka berapa massa tali tersebut? Jawab:
Diketahui: Ditanya :
Semester 1
l =5m F =2N m = ...?
v = 40 m/s
XII PG Fisika
TUNTAS
99
Jawab
F.l m = 2.5 m 40 = 10 m 10 1.600 = m m = 10 1.600
:
v
=
m = 6,25 . 10−3 kg m = 6,25 gram
2. Pada percobaan Melde, bila panjang dawai 1 m dan massa dawai 16 g diberi beban 40 g. Bila g = 10 m/s2, maka berapa cepat rambat gelombang transversal pada dawai? Jawab:
Diketahui:
l = 1m m = 16 gram = 0,16 kg mbeban = 40 gram = 0,04 kg g = 10 m/s2 v = ...?
Ditanya : Jawab
v
= F.l m =m.g = 0,04 kg kg .1 . 10 m/ m / s2 = 0, 4 N = 0,4.1
v
=
v v
= = 5 m/ s
v F F F
:
0,016 0,4 0,016 25
3. Suatu gelombang stasioner mempunyai persamaan y = 0,2 (cos 5πx) sin (10π) (y dan x dalam meter dan t dalam waktu). Berapakah jarak antara perut dan simpul yang berurutan pada gelombang tersebut? Jawab:
Persamaan gelombang stasioner y = 0,2 (cos 5 π x) sin (10 π ) Persamaan umum gelombang stasioner y = 2A co cos x 2 sin 2π t − 1 5πx
= 2πx
λ λ
2πx 2πx
λ
(T λ)
λ
= = 0,4 m
Jarak antara simpul dan perut yang berurutan adalah: 1
1
x = 4 λ = 4 (0,4) = 0,1 m
TUNTAS
PG Fisika XII
Semester 1
10
4. Seutas dawai bila diberi tegangan 100 N dan digetarkan maka frekuensi yang timbul adalah f o. Berapakah besar tegangan yang dibutuhkan dengan frekuensi 2f o? Jawab:
Diketahui: F = fo = l = m =
100 N nada dasar panjang dawai massa persatuan panjang
fo = 1 F 2l µ
= 2fo Jawab
:
1 F ' 2fo 2l µ 1 F 2l µ
=
1 F' 2l µ
=
1 F' 2l µ
2 F' = F' → µ
µ
4 F = F' µ
µ
F ' = 4F = 4.100N = 400N 5. Tali yang panjangnya 5 m bertegangan 2 N digetarkan sehingga terbentuk gelombang stasioner. Jika massa tali 6,25 x 10-13 kg, maka berapakah cepat rambat gelombang pada tali? Jawab:
Diketahui: Ditanya :
l =5m F =2N m = 6,25 x 10-13 kg v = ...?
Jawab
v = F.l
:
m
v=
2.5 6,25 . 10−13
v=
10 6,25 . 10−13
v = 16.1012 v = 4 . 106 m / s
Kegiatan Menurut Anda, mengapa gelombang air laut yang begitu besar ketika sampai di panta i menjadi kecil? Apakah Apakah terjadi hal yang sama untuk laut yang berbatasan dengan daratan yang bertebing karang curam? Jawab:
Kebijaksanaan guru
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS
11 11
Ulangan Bab Soal Tertulis
Penilaian Pengetahuan dan Pemahaman Konsep I. Berilah tanda silang (x) huruf a, b, c, d, atau e pada jawaban yang paling benar!
1. Seutas dawai yang panjangnya panjangnya 1 meter dan massanya massanya 25 gram ditegangkan dengan gaya sebesar 2,5 N. Salah satu ujungnya digetarkan sehingga menghasilkan gelombang transversal stasioner. Besar kecepatan rambat gelombang adalah ... ms-1. a. 100 b. 50 c. 10 d. 5 e. 2,5 Jawab: c. 10 Pembahasan:
Diketahui: l = 1 m Ditanya : v = ...? Jawab
:
F = 2,5 N
m = 25 gram = 0,025 kg
v = F→µ=m µ
µ=
l 0,025 1
= 0,0 ,025 25 kg/m
v = 2,5 = 10 m / det 0,025
2. Pada seuntai tali yang tegangannya 2 N merambat gelombang transversal dengan kecepatan 40 ms-1. Jika tali tersebut 2 m, maka massa tali tersebut adalah ... kg. a. 2,5 . 10-3 b. 2,0 . 10-3 c. 1,2 . 10-3 d. 2,5 . 10-3 e. 0,2 . 10-3 Jawab: a. 2,5 . 10-3 Pembahasan: Hubungan antara tegangan (F), kecepatan rambat (v), panjang tali ( l ), dan massa (m) dinyatakan dengan: v = Fl
m
F = 2 N; l = 2 m; v = 40 m/s
Fl 2.2 Maka m = v2 ⇒ 402 kilogram = 2,5 . 10-3 kg
3. Gelombang longitudinal tidak menunjukkan peristiwa .... a. gelombang b. pemantulan c. difraksi d. dispersi e. polarisasi Jawab: e. polarisasi Pembahasan: Polarisasi = arah getar daripada suatu gelombang transversal. Jelas peristiwa polarisasi tidak ditunjukkan oleh gelombang longitudinal. 4. Dari suatu tempat ke tempat lainnya, gelombang memindahkan .... a. massa b. amplitudo
c. panjang gelombang d. energi
e. fase
Jawab: d. energi Pembahasan: Gelombang: perambatan energi melalui penjalaran gangguan
pada suatu medium tertentu. Jadi gelombang memindahkan energi.
TUNTAS
PG Fisika XII
Semester 1
12
5. Efek yang hanya ditunjukkan oleh gelombang transversal adalah .... a. difraksi b. pelayangan c. interferensi d. efek Doppler e. polarisasi Jawab: e. polarisasi Pembahasan: Polarisasi adalah efek yang hanya ditunjukkan oleh gelombang
transversal 6. Pada permukaan suatu danau terdapat dua buah gabus yang terpisah satu dari lainnya lainnya sejauh 60 cm. Keduanya turun naik bersama permukaan air dengan frekuensi 2 getaran per detik. Bila salah sebuah gabus berada di puncak bukit gelombang, yang lainnya berada di lembah gelombang, sedangkan di antara kedua gabus itu terdapat satu bukit gelombang. Cepat rambat gelombang pada permukaan danau adalah ... cm/s. a. 20 c. 80 e. 240 b. 30 d. 120 Jawab: c. 80 Pembahasan:
Satu gelombang terdiri dari satu bukit gelombang dan satu lembah gelombang.
3
120
Jarak AB = 60 cm = 2 λ → λ = 3 cm v = f → λ = 2 x 40 = 80 cm/detik 7. Dua sumber bunyi A dan B bergerak 7 m. Kedua sumber bunyi sefase dengan frekuensi sama, yaitu 173 Hz. Kecepatan bunyi udara 346 m/s. Titik C terletak di garis hubung A dan B, berjarak 4 m dari A. Beda fase dua gelombang tersebut di C adalah ... rad. a. π c. π e. 2π 4
b. π
d. 1,5π
2
Jawab: c.
π
Pembahasan:
Beda jarak AC - BC = s = 1 m v bunyi = 346 m/s f bunyi = 173 Hz Panjang gelombang bunyi: l = v = 346 = 2 m f 173 Sehi Sehingg ngga a beda beda fase fase kedu kedua a sumbe sumberr buny bunyii di C 2πs 2πl θ= = = π rad λ
Semester 1
2
XII PG Fisika
TUNTAS
13 13
8. Frekuensi gelombang yang dihasilkan sebuah sirine sirine naik dari frekuensi rendah 100 Hz ke frekuensi tinggi 10.000 Hz pada amplitudo gelombang yang tetap konstan. Kenaikan intensitas suara sirine dari frekuensi rendah ke frekuensi tinggi tersebut menjadi ... kalinya. a. 1 b. 10 c. 20 d. 100 e. 200 Jawab:
Hubungan intensitas I dengan frekuensi f adalah: I =P= A
=
w t
A
1 ω2my 2 2
At
1 ky 2
=2 =
At 1 4 π2f 2my 2 2 At
f 2
IMaka ketika f 1 = 100 Hz sehingga I1 ~ 104 f 2 = 10.000 Hz sehingga I2 ~ 108 Jadi I2 besarnya 104I1 .... (Tidak ada jawaban yang benar) 9. Gelombang merambat dari titik A ke titik B dengan amplitudo 10-2 m dan periode 0,2 detik. Jarak AB = 0,3 m. Bila cepat rambat gelombang 2,5 m/s, maka pada suatu saat tertentu beda fase antara titik A dan B adalah ... rad. a. 4π b. 6π c. 4π d. 3π e. 8π 5
5
3
3
5
Jawab: b. 6π 5
Pembahasan:
Gelombang merambat dari A ke B dengan: v = 2,5 m/s T = 0,2 detik S = 0,3 m
Amplitudo = 10-2 m Beda fase antara A dengan B θ = 2πs dengan λ = v . T λ = 2,5 . 0,2 = 0,5 m Sehing hingga ga θ menj menjad adi: i: 0, 3 0, 6π 6π θ = 2π0, = = rad 0, 5
0, 5
5
10. Gelombang stasioner ternyata terjadi bila ada dua gelombang menjalar dalam arah yang berlawanan asal mempunyai .... a. amplitudo maupun frekuensi sama d. frekuensi yang sama b. amplitudo maupun frekuensi berbeda e. fase yang sama c. amplitudo yang sama Jawab: a. amplitudo maupun frekuensi sama II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Seutas tali dengan panjang 2,5 m direntangkan horizontal. Salah satu ujungnya digetarkan dan ujung yang lain terikat pada tiang. Setelah terjadi gelombang stasioner, ternyata perut kelima berjarak 1,5 m dari titik asal getaran. Hitunglah panjang gelombang yang terjadi! Jawab:
Diketahui: x1 = 2,5 m x2 = 1,5 m (pada perut ke-5)
TUNTAS
PG Fisika XII
x = 2,5 - 1,5 m = 1 m
Semester 1
14
Jawab : a. Perut ke-5 → n = 4 untuk ujung tetap x = (2n + 1) 1 λ
b. Simpul ke-5 → n = 4 x = (2n ) 1 λ
4
1 =
λ= λ=
4
(2 . 4 + 1) 1 λ 4 4 8 +1 4 m 9
x = (2 . 4) 1 λ 4 x = 2λ x = 2. 4 m x=
9 8 m 9
Simpul ke-5 diukur dari titik asal getaran adalah: = (2,5 - 0,89) m = 1,61 m 2. Tali yang panjangnya 10 meter salah salah satu ujungnya diikatkan pada tiang secara longgar sehingga dapat bergerak bebas dan ujung ujun g yang lain digetarkan. Ternyata Ternyata simpul ke-6 berjarak 3 m dari titik asal getaran. Berapakah panjang gelombang tali tersebut? Jawab:
Diketahui: x1 = 10 meter x2 = 3 meter (simpul ke-6 dari titik asal getaran) x = 10 - 3 = 7 m simpul ke-6 → n = 5 1 Sehingga: x = (2n + 1) λ 4
7 = (2 . 5 + 1) 1 λ 7= 7=
λ=
4 1 (10 + 1) λ 4 11 λ 4 28 m = 2,55 m 1
3. Seutas kawat dengan panjang 2,5 m dan massa 200 gram digunakan dalam percobaan Melde, hingga terbentuk 5 gelombang stasioner. Jika gaya yang bekerja pada kawat 250 N, maka tentukan cepat rambat gelombang dan frekuensi gelombang! Jawab:
Diketahui:
λ = 5 cm = 0,5 m
Ditanya :
l = 2,5 m m = 200 gram = 0,2 kg F = 250 N v dan f = ...?
Jawab
a. v = F . l
:
v= v= v=
Semester 1
m 250 250 . 2,5 0,2 625 0,2 3.125 = 55,9 m / s
XII PG Fisika
b. f = v
λ
f =
55,9 = 111,80 m / s 0,5
TUNTAS
15 15
4. Dalam waktu 6 sekon 30 gelombang melewati sebuah titik. Jarak antara dua titik berurutan yang fasenya sama adalah 20 cm. Tentukan Tentukan panjang gelombang dan periode gelombang! Jawab:
Diketahui: t = 6s Jawab : a. λ = 20 cm = 0,2 m b. f = 30 = 5 Hz
c. T = 1 = 1 = 0,2 det ik f
5
6
5. Gelombang transversal merambat dengan kelajuan 20 m/s, frekuensi 40 Hz, dan amplitudo 5 cm. Tentukan persamaan gelombang dan bilangan gelombang! Jawab:
Diketahui: v = 20 m/s Jawab : v = λ . f
λ=
v f
f = 40 Hz
A = 5 cm
= 20 = 1 m 40
2
T =v. λ 1
T = 20 . 2 = 10 s Persamaan gelombang y = A sin (ωt + kx) y = 5 sin (ωt + kx)
a. Persamaan gelombang: y = 5 sin 2π t + 2x 10
b. k = 4 π
ω = 2π ω= k = k =
T 2π 10 2π
λ
2π 1 2
k = 4π 2π Jadi, y = 5 sin 10 t + 4πx
y=
t 5 sin 2π + 2x 10
Soal Lisan Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Jelaskan yang dimaksud gelombang berjalan! Jawab: Gelombang berjalan adalah gelombang mekanik yang memiliki intensitas gelombang konstan di setiap titik yang dilalui gelombang 2. Jelaskan yang dimaksud gelombang stasioner! Jawab: Gelombang stasioner stasioner adalah gelombang yang terjadi dari hasil perpaduan dua gelombang yang memiliki amplitudo dan frekuensi sama, tetapi arah rambatnya berlawanan. 3. Sebutkan sifat-sifat gelombang! Jawab: Gelombang memiliki sifat-sifat sebagai berikut: -
reeksi (pemantulan)
- refraksi (pembiasan) - difraksi (pelenturan)
TUNTAS
- interferensi (perpaduan)
- dispersi - polarisasi
PG Fisika XII
Semester 1
16
4. Apa yang dimaksud dengan polarisasi? Jawab: Polarisasi merupakan proses pembatasan getaran vektor yang membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah 5. Jelaskan yang dimaksud dengan dispersi! Jawab: Dispersi adalah peristiwa penguraian sinar cahaya yang merupakan campuran beberapa panjang gelombang menjadi komponen-komponennya karena pembiasan. Soal Perbuatan/Praktik/Sikap
Adanya difraksi cahaya akan memengaruhi hasil pembentukan bayangan pada alat optik misalnya kamera. Pada sebuah kamera profesional selalu dilengkapi dengan tombol pengatur kecepatan, diafragma, fokus, dan ukuran kepekaan lm yang digunakan (ASA) yang pada
umumnya tertulis dalam angka-angka. Cobalah Anda membuat tabel pengaturan dari kecepatan dan bukaan diafragma untuk memot ret dalam ruangan yang redup, ruangan yang terang, dan memotret benda yang bergerak agar dihasilkan gambar yang bagus. Berilah alasan atas pilihan penggunaan! Jawab: Kreativitas siswa
Catatan Guru
Format Penilaian 1. Norma penilaian a. Pilihan ganda: ganda: benar skor 1 dan salah skor 0 b. Uraian: tidak dijawab skor 0, dijawab salah skor 1, dijawab setengah benar skor 2, dijawab benar skor 5 2. Standar kelulusan: kelulusan: Siswa dinyatakan lulus jika memperoleh nilai nilai > 65% dari skor total 3. Lembar penilaian:
_________________________ _________________________ _________________________ _____________ ____________ _________________________ _____________ ____________ _________________________ _____________ ____________
Lembar Penilaian Skor Total
Persen Nilai
Kelulusan Lulus
Tindak Lanjut
Tidak Lulus
Remidi
Melanjutkan
Pengayaan
Nilai Pengetahuan dan Pemahaman Konsep
Nilai Praktik
Nilai Sikap
Remidi Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Seberkas gelombang merambat dari udara menuju air dengan sudut datang 60o. Jika indeks 4
air 3 , maka berapa besarnya sudut bias gelombang? sin θu Jawab: sin θ a
sin 60 sin θa
= na =4
sin θa =
θ=
Semester 1
3 4 sin 3 40o
60o
XII PG Fisika
TUNTAS
17 17
2. Suatu berkas cahaya yang panjang gelombangnya 5 . 10-7 m dijatuhkan tegak lurus pada sebuah kisi difraksi. Jika spektrum orde kedua jatuh pada sudut 30o terhadap garis normal pada kisi, maka tentukan besarnya konstanta kisi (banyaknya goresan tiap meter) tersebut! Jawab:
θ = 30o Diketahui: λ = 5 . 10-7 m Ditanya : N = ...? Jawab : d sin θ = nλ 6 −7 d = nλ = 2 x 5 x 1o0 = 10 = 2 . 10−6 m sin θ
1 N= = d
1 2
sin sin 30
1 2 . 1 06
n=2
= 5 x 105 celah / meter
Jadi, banyaknya goresan tiap meter adalah 5 x 105 celah/meter 3. Seutas tali panjangnya 80 cm direntangkan horizontal. Salah satu ujungnya digetarkan 1
harmonik naik-turun dengan frekuensi 4 Hz dan amplitudo 12 cm, sedang ujung lainnya terikat. Getaran harmonik tersebut merambat ke kanan sepanjang kawat dengan cepat rambat 3 cm/s. Tentukan amplitudo gelombang hasil interferensi di titik yang berjarak 53 cm dari titik asal getaran! Jawab:
Diketahui:
l = 80 cm
A = 12 cm
x = (80 - 53) cm = 27 cm
1 4
f = Hz v = 3 cm/s Untuk menentukan amplitudo gelombang stasioner As dengan persamaa: As = 2A sin kx As = 2(12) 2(12) sin 2π (27) 12
λ=v
= 24 sin 4,5 π = 24 x 1 = 24 cm cm
f 3
λ = 1 = 12 cm 4
k =
2π
k =
2π cm−1 12
λ
Pengayaan Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Persamaan gelombang berjalan pada seutas tali ditulis: y = 0,01 sin (20π t + 0,2π x), dengan x dan y dalam cm, t dalam detik. Berapakah panjang gelombang dan frekuensiny frekuensinya a masing-masing? Jawab:
y = 0,01 sin (20 π t + 0,2 π x) dari persamaan tersebut
ω = 20 π 2 π f = 20 π f = 10 Hz k = 0,2 π
TUNTAS
2π
λ
= 0,2 π
λ = 10 cm = 0,1 m
PG Fisika XII
Semester 1
18
2. Suatu gelombang berjalan dengan amplitudo 4 cm, frekuensi 50 Hz dan cepat rambat gelombang 4 m/s. Berapakah simpangan di titik A yang berada 2 m dari sumber gelombang ge lombang pada saat sumber bergetar 5 detik? Jawab:
A = 4 cm = 0,04 m f = 50 Hz v = 4 m/s Simpangan di titik A yang berada 2 m dari sumber gelombang pada saat sumber bergetar 5 detik = ? y = 0,04 si sin 2π (50)(5) + 2 0,08 = 0,04 si π + s in 2 (250 25) = 0,04 sin 2π (275) =0 3. Sebuah bandul sederhana panjangnya 25 cm. Jika percepatan gravitasi di tempat tersebut g = π 2 ms-2, maka berapa periode bandul tersebut? Jawab:
Diketahui: g = π 2 ms-2 l = 25 cm Ditanya : T = ...? Jawab
:
T = 2π l
= 2π
g 25 x 1 0−2
π2
10 = 2π . 5 x 10 π = 10 x 1 0−1 T = 1 se sekon
Semester 1
−1
XII PG Fisika
TUNTAS
19 19
Bab
Gelombang Bunyi dan Cahaya
2
Pertemuan Ke-5 s.d. 7
Latihan Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Alat pengukur kedalaman laut mencatat selang waktu 4 sekon mulai dari pulsa ultrasonik dikirim sampai diterima kembali. Jika cepat rambat bunyi dalam air 1.500 ms -1, maka berapakah kedalaman air laut di tempat tersebut? Jawab:
Diketahui: t = 4 sekon vbunyi = = 1.500 ms-1 Ditanya : n = ...? Jawab : S = v . t = (1.500)(4) = 6.000 m Pulsa ultrasonik tersebut menempuh jarak pergi-pulang, sehingga kedalaman laut h =S
=
2 6.000 = 3. 3.000 000 m 2
2. Sebuah pipa organa tertutup panjangnya 100 cm. Cepat rambat bunyi di udara 340 m/s. Berapakah frekuensi yang dihasilkan pipa organa tertutup untuk nada atas pertama? Jawab:
Diketahui: v = 340 m/s l = 100 cm = 1 m Ditanya : f = ...? Jawab : f = 3 v 4 l 3 340 4 1
= = 255Hz
TUNTAS
PG Fisika XII
Semester 1
20
3. Dua garputala dengan frekuensi 276 Hz dan 280 Hz digetarkan secara bersamaan. Berapa layangan yang akan terjadi selama 4 sekon? Jawab:
Diketahui: f 1 = 276 Hz f 2 = 280 Hz t = 4 sekon Ditanya : f layangan = ...? Jawab : f layangan = f 2 - f 1 = (280 - 276) Hz = 4 layangan/sekon Selama 4 sekon terjadi 16 layangan 4. Sumber bunyi dengan daya keluaran 400π watt. Pada jarak 20 m (log 0,25 = -0,6), berapakah taraf intensitasnya? Jawab:
Pada jarak 20 m intensitas bunyi I = P2
= = =
4πr 400 π (40 (40π)(20) (20)2 400π 1.600π 1 w / m2 4
Sehingga: TI = 10 lo log I t
Io = 10 log log 0,25 10−12 = 10 ( log 0, 25 25 − log 10 1 0 −12 )
= 10 ( −0,6 + 12 ) = 10 x 11, 4 = 114 Hz 5. Seorang pengamat yang berada dekat pantai menerima 2 goncangan dari sebuah ledakan ranjau di permukaan laut. Goncangan yang satu diterima melalui udara dan yang lain melalui air. Selisih waktu pendengaran melalui udara dan air adalah 3,03 detik. Jika cepat rambat bunyi di udara dan di air masing-masing 340 m/det dan 1.400 m/det, maka tentukan jarak sumber ledakan dari pengamat! Jawab:
∆t
= tudara - tair 3,03 = tudara - tair tair = t udara - 3,03 S = vair x tair atau S = vudara x tudara S = 1.400(tudara - 3,03) S = 1.400tudara - 4.242 ... (1) atau S = 340tudara ... (2) Persamaan (1) = (2), sehingga: 1.400tudara - 4.242 = 340tudara S = 340 x 4,18 1.060tudara = 4.242 S = 1.421,2 m tudara = 4,18 detik
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS
21 21
Pekerjaan Rumah Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Jika intensitas ambang pendengaran 10-12 W/m 2, maka berapakah taraf intensitas suatu gelombang bunyi yang intensitasnya 10 W/cm2? Jawab:
I = 10 w / cm2 = 105 w / m2 Sehingga: TI = 10 lo log I TI =
Io 5 10 lo log 10−12 10 10 llo og 10 1017
TI = TI = 170 dB dB
2. Dua pengamat A dan B memiliki sumber bunyi yang frekuensinya masing-masing 684 Hz. Hitung: a. Layangan yang didengar oleh B jika A bergerak menjauhi B dengan kecepatan 2 m/s b. Layangan yang didengar A (cepat rambat bunyi di udara = 340 m/s) Jawab:
a. Frekuensi A yang didengar B fB = fB =
b. Frekuensi B yang didengar A f A = v . f B
v
. f v + v A A 340 . 684 340 + 2 340 . 684 342
f A =
v + v A 340 . 684 340 + 2 340 . 684 342
f A = f A = 680 Hz
fB = fB = 680 Hz Lay Layanga angan n yang yang dide dideng ngar ar B dengan dengan frekuens frekuensii fl = 684 − 680 = 4 layangan
Frekuensi layangan yang didengar f l = 684 - 680 = 4 layangan/detik
detik
3. Dua orang anak, Rico dan Reno melakukan percobaan sederhana untuk mengukur laju bunyi di udara. Dari puncak gedung setinggi 50 m Reno menjatuhkan batu, kemudian Rico mencatat waktu dari batu dilepaskan sampai mendengar bunyi batu yang menyentuh tanah. Jika waktu yang tercatat adalah 3,31 detik, maka tentukan laju bunyi di udara! Jawab:
Waktu yang dibutuhkan batu sampai menyentuh tanah
Laju bunyi di udara dihitung dengan persamaan
t ' = 2h
v= S
t' =
g 2.50 10 10 = 3,16
t' = Waktu yang dibutuhkan bunyi untuk merambat ∆ t = t - t' = 3,31 - 3,16 = 0,15 detik TUNTAS
∆t
v = 50
0,15
t ' = 333,3 m /s /s
PG Fisika XII
Semester 1
22
4. Nada atas pertama sebuah pipa organa tertutup menghasilkan 3 layangan per sekon dengan nada atas pertama pipa organa terbuka yang lebih rendah. Panjang pipa organa tertutup 60 cm. Hitunglah nada dasar pipa organa terbuka! (v = 340 m/s) Jawab:
Nada atas pertama pipa organa tertutup f1(tp (tp) = 3 . v f1(tp (tp) = f1(tp) = flayangan 3 f1(t ( ta )
4 l 3 340 . 4 0, 6
425 Hz Hz = f1( tp) − f1(ta) = 425 − f1(ta) = 422 Hz Hz
Sehingga nada dasar pipa organa terbuka adalah f0 (ta) = v dengan f1(t ( ta ) = v 2l 1 v . 2 l
= 1 (422) 2
l
f0 (t (ta) = f0 (ta) = 211 Hz
5. Jendela sebuah rumah luasnya 1 m2 terbuka menghadap jalan yang tingkat kebisingannya 60 dB di jendela itu. Hitunglah daya bunyi yang masuk melalui jendela! Jawab:
Dihitung intensitas bunyi yang masuk TI = 10 lo log I Io
60 = 10 llo og −I 12 6
= log
I
10
10−12 I log 106 = log −12 10 I = 10−6 W / m2
Kegiatan Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal sehingga tidak dapat mengalami dispersi dan polarisasi. Diskusikanlah bersama teman Anda, mengapa hal tersebut bisa terjadi? Berikanlah penjelasan ilmiah mengenai hal tersebut! Jawab: Kebijaksanaan guru
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS
23 23
Pertemuan Ke-8 s.d. 10
Latihan Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Sebuah kisi difraksi memiliki 5.000 goresan/cm, sehingga seberkas cahaya dapat dilewatkan. Jika dihasilkan garis terang kedua dengan sudut 30o, maka berapakah panjang gelombang cahaya yang digunakan? Jawab: 1
Diketahui: d = 5.000 goresan/cm θ = 30o d sin θ Jawab : λ = 2
λ=
1 5.000
sin si n 30o 2
o
λ = 5 x 10−5 cm = 5.000 A 2. Membuktikan apakah terjadinya polarisasi pada cahaya? Jawab: Polarisasi membuktikan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal 3. Membentuk sudut berapakah kedua sumbu polarisasi jika sistem polarisator-analisator akan meneruskan cahaya dengan intensitas maksimum? Jawab: Sumbu polarisasi membentuk sudut 0o atau 180o untuk menghasilkan intensitas maksimum, sesuai persamaan I2 = I1 cos2 θ 3
4
4. Indeks bias medium gelas dan air masing-masing dan 3 . Seberkas sinar merambat dari 2 dalam air menuju gelas, sehingga sinar pantul mengalami polarisasi. Berapakah besarnya sudut sinar datang? Jawab:
tanip = tanip =
ngelas nair
3 2 4 3
9
tanip = 8 tan ip = 1,125 ip = 48, 4o 5. Berdasarkan analog soal nomor 4 di atas, berapakah besarnya sudut bias cahaya? Jawab:
r = 90o - ip = 90o - 48,4o = 41,6o
TUNTAS
PG Fisika XII
Semester 1
24
Pekerjaan Rumah Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Pada percobaan interferensi celah ganda digunakan sumber cahaya dengan panjang gelombang 5.000 Å 5.000 Å.. Pola interferensi diamati pada layar 1 m di belakang celah rangkap. Jika 20 garis menduduki 10 mm, maka tentukan jarak antara kedua celah! Jawab: 10 20 − 1 ∆y = 10 = 0,53 mm 19 Jika λ = 5 x 10 10 −7 m ma maka : λl d= ∆y (5 x 10 1 0−7 )(1) = 9, 43 x d= (5, 3 x 10 10−4 )
∆y =
10−4 m
2. Sebuah kisi terdiri dari 4.545 goresan/cm. Bayangan orde kedua didifraksikan pada sudut 32o dari normal. Berapakah nilai frekuensi gelombang cahaya yang digunakan? (Sin 32o = 0,53) Jawab:
Tetapan kisi d= 1 4.545 d = 2, 2 x 10−6 m Sehingga: nλ = d sin θ 2λ = (2,2 x 10 1 0−6 )(0,53) λ = 5,85 x 10 10−7 m 3 x 108 λ 5,85 ,85 x 10−7 5,13 x 1014 Hz c
f = = f =
3. Jarak dua buah lampu adalah 122 cm. Diameter pupil mata 2,5 mm dan panjang gelombang cahaya lampu 5.000 Å 5.000 Å.. Berapa jarak terjauh lampu agar lampu masih terlihat terpisah? Jawab:
Jarak terjauh lampu agar lampu masih terlihat terpisah adalah: l dm l 1,22
D 1, 22λ 10 −3 ) = (2, 5 x 10 (1, 22 22)(5 x 10−7 )
=
l = 5.00 5.000 0m
4. Hitunglah sudut polarisasi, bila cahaya dijatuhkan pada permukaan kaca dengan indeks bias 1,56! Jawab:
tan iP = nkaca tan iP = 1,56 iP = 57,3o
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS
25 25
5. Tentukan sudut polarisator dan analisator agar intensitas cahaya yang melalui polarisator dan analisator menjadi 30% intensitas mula-mula! Jawab: 1
I1 = 2 Io dan I2 = 0,3Io Dari: I2 = I1 cos2 θ Diperoleh: 0,3Io = cos2 θ = cos θ = cos θ = θ =
0,5Io cos2 θ 0,6 0,6
0,77 39,6o
Kegiatan Pada waktu musim hujan sering kita melihat adanya gejala alam yang kita sebut seba gai pelangi. Pelangi hanya kita lihat pada musim hujan saja dan jarang pada musim kemarau kita jumpai adanya pelangi. Pelangi terjadi apabila di depan kita terjadi hujan dan kita berdiri membelakangi matahari. Pelangi yang terjadi pada pagi hari har i akan terlihat di bagian barat dan di sore hari akan terlihat di bagian timur dan bentuknya selalu menyerupai busur dan selalu terlihat pada sudut pandang 42o terhadap garis horizontal. Cobalah diskusikan dengan teman-teman anggota kelompok Anda bagaimana pelangi itu terjadi dan presen tasikan hasil diskusi di depan kelas! Jawab: Kegiatan siswa
Ulangan Bab Soal Tertulis
Penilaian Pengetahuan dan Pemahaman Konsep I. Berilah tanda silang (x) huruf a, b, c, d, atau e pada jawaban yang paling benar!
1. Seorang pengamat mendengar bunyi guntur 2,5 detik setelah melihat kilat di langit. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, maka jarak terjadinya petir ke pengamat adalah … m. a. 750 b. 850 c. 950 d. 1.050 e. 1.150 Jawab: c. 950 Pembahasan:
Diketahui: t = 2,5 detik vudara = 340 m/s Ditanya : S = ...? Jawab : S = v x t = 340 m/s x 2,5 s = 950 m
TUNTAS
PG Fisika XII
Semester 1
26
2. Alat fatometer yang dipasang pada kapal bekerja berdasarkan pemantulan bunyi. Waktu yang dicatat sejak bunyi dikirimkan sampai diterima diter ima kembali adalah 2 detik. Jika cepat rambat bunyi dalam air 1.400 m/s, maka kedalaman laut yang terdeteksi adalah … m. a. 1.000 b. 1.200
c. 1.400 d. 1.600
e. 1.800
Jawab: c. 1.400 Pembahasan:
Kedalaman laut: v x ∆t D= D=
2 1.400 x 2 2
D = 1.400 m 3. Senar gitar sepanjang 80 cm distem hingga mempunyai tegangan 40 N, massa per satuan panjang senarnya 0,025 g/cm. Frekuensi harmonik kedua adalah … Hz. ( 1,6 = 1,26) a. 39,38 c. 157,50 e. 630 b. 78,75 d. 315 Jawab: c. 157,50 Frekuensi harmonik kedua: f 1 = 1 F l µ
f 1 = 1
40 0,8 0,00 ,0025
f1 = 1,25 1,6 x 104 f1 = (1,25 ,25)(102 )(1,26 ,26) f1 = 157,5 Hz Hz 4. Taraf intensitas bunyi pada jarak 5 m dari sumber bunyi adalah 60 dB. Taraf intensitas intensitas bunyi pada tempat yang berjarak 50 m dari sumber bunyi adalah ... dB. a. 20 c. 60 e. 100 b. 40 d. 80 Jawab: b. 40 I TI = 10 lo log Io
60 = 10 llo og −I 12 6
= log
I
10
10−12 log 106 = log −I 12 10 − I = 10 6 W / m2
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS
27 27
Karena I ≈ 12 , ma m aka : I I' 10−6 I' 10−6 I'
r 2 r ' = r 2 = 50 5 = 102 −6
= 10 2 10 I' = 10−8 W / m2, sehingga : −8 TI' = 10 lo log 10−12 10 TI' = 10 log 104 TI' = 40 dB dB I'
5. Sebuah sumber bunyi bergerak dengan kecepatan 36 km/jam menjauhi seorang pendengar yang diam. Jika frekuensi bunyi adalah 700 Hz dan cepat rambat bunyi di udara 340 m/s, maka frekuensi yang didengar adalah … Hz. a. 550
b. 580
c. 640
d. 680
e. 720
Jawab: d. 680 Pembahasan:
fp = fp =
v
. f
v + vs s 340 . 700 340 + 10 34 . 700 35
fp = fp = 680 Hz
6. Interferensi cahaya dapat terjadi jika terdapat sumber cahaya koheren. Yang dimaksud koheren adalah .... a. frekuensi sama dan amplitudo berbeda b. frekuensi sama, amplitudo berbeda, dan beda fase nol c. frekuensi dan amplitudo sama serta beda fase tetap d. frekuensi dan beda fase sama e. frekuensi dan amplitudo sama serta beda fase nol Jawab: c. frekuensi dan amplitudo sama serta beda fase tetap Pembahasan: Koheren: frekuensi dan amplitudo sama serta beda fase tetap 7. Interferensi destruktif terjadi ketika beda lintasan kedua gelombang merupakan kelipatan …. a. 5 λ b. λ c. 3 λ d. 1 λ e. 1 λ 2
4
2
4
Jawab: d. 1 λ 2
Pembahasan:
TUNTAS
1 Interferensi destruktif (garis gelap) jika ∆ = (n - 2 ) λ
PG Fisika XII
Semester 1
28
8. Pada percobaan Young jarak kedua celah 0,4 mm dan disinari tegak lurus. Garis terang ketiga terletak 7,5 mm dari terang pusat. Jika jarak celah ke layar 1 m, maka panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah ... m. a. 10-8 b. 5 x 10-8
c. 10-7 d. 5 x 10-7
e. 10-6
Jawab: e. 10-6 Pembahasan: y
=nxl
7,5 = 3
λ
d (3λ )(1. )(1.00 000) 0) 0,4
= 3.000λ = 10−3 mm = 10−6 m
9. Pola difraksi dihasilkan celah tunggal selebar 0,12 mm yang disinari cahaya monokromatik. Jarak layar dengan sumber cahaya adalah 1 m. Jika jarak garis gelap kedua dan terang pusat 15 mm, maka panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah ... Å. a. 9.000 b. 8.000 c. 7.500 d. 7.000 e. 6.000 Jawab: a. 9.000 = nλ Pembahasan: d sin θ 0,12 si sin θ = 2λ (0,12)(15) = 2λ 1.000 1,8 = 2.000λ
λ λ
= 1,8 2.000 = 9 x 10 10−4 mm
λ
= 9.00 9.000 0A
o
10. Cahaya monokromatik dengan frekuensi 5 x 1014 Hz digunakan untuk melihat benda di bawah mikroskop. Jika diameter lensa objektif 0,732 cm, maka sudut resolusi minimum mikroskop adalah … rad. a. 10-3 b. 10-4 c. 10-5 d. 10-6 e. 10-7 Jawab: b. 10-4 Pembahasan:
θm = 1,22 λ
P (1, 22 22)(6 x 10−7 ) θm = (7, 32 x 10 1 0 −3 ) 4 − θm = 10 rad
II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Kuat medan listrik dari sebuah gelombang elektromagnetik bernilai 100 V/m. Berapakah nilai rapat energi dan intensitas gelombangnya? Jawab:
Rapat energi u- = ε oE2 = (8,85 x 10-12)(100)2 = 8,85 x 10-8 J/m3
Semester 1
Intensitasnya: _ _ S = CxU = (3 x 108)(8,85 x 10-8) = 26,55 W/m2
XII PG Fisika
TUNTAS
29 29
2. Sebuah sumber cahaya monokromatik dengan daya output 75 watt memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 500 nm. Hitunglah Em dan Bm cahaya tersebut pada jarak 3 m dari sumber cahaya! _
Jawab:
=
Em2
=
µoCp 2πr 2 ( 4π x 10 10 −7 )(3 x 10 108 )(75) (2π)(3)2
= 50 → Em = 5 = Em
Bm
=
C 5 2 3 x 10 1 08
2
v /m
= 2, 4 x 10 10−8 W b / m2
3. Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 400 mm menyinari tegak lurus kisi dengan 200 garis/mm. Tentukan orde maksimum yang dapat diamati! Jawab: Tetapan Tetapan kisi
d= d=
=
Orde maksimum dipenuhi untuk sin θ = 1 sehingga: 1 = 0,08n 1 n=
1 = 1 N 2.000 5 x 10−3 mm 5 x 10−6 m
0,08
Dengan Dengan persamaan persamaan:: d sin θ = nλ 6 − (5 x 10 ) sin θ = n(4 x 10−7 )
= 12,5
≈ 13
−7
10 ) sin θ = n( 4 x 10 −6 (5 x 10 10 )
sin θ = 0,08 n
4. Dua buah lampu mobil terpisah sejauh 1,22 m dan memancarkan sinar kuning dengan panjang gelombang 5.800 Å. Jika diameter mata 4 mm, maka berapakah jarak terjauh seseorang sehingga mampu melihat dua lampu mobil sebagai dua sumber cahaya terpisah? Jawab: dm
= 1,22 λ
1,22 = l =
D (1, 22 22)(5, 8 x 10−7 ) l ( 4 x 10 −3 ) 4 x 10 1 0 −3 5, 8 x 10 −7
= 6,897 m = 6,897 km 5. Seberkas cahaya dengan panjang gelombang 4.000 Å digunakan untuk melihat benda di bawah mikroskop. Jika dihasilkan sudut resolusi 0,0035o, maka berapa diameter lensa objektif? Jawab:
θm = 0,003 ,0035 5o diub diubah ah dala dalam m radi radian: an: (0,035)(6,28) θm = 360 θm = 6,1 x 10 1 0−5 rad
Masukk Masukkan an ke persam persamaan aan
θm = 1,22λ
D 6,1 x 10−5
−7
22)( 4 x 10 ) = (1, 22 D D = 8 x 10−3 m = 0,8 cm
TUNTAS
PG Fisika XII
Semester 1
30
Soal Lisan Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Jelaskan yang dimaksud sudut deviasi! Jawab: Sudut yang dibentuk antara arah sinar yang menuju ke prisma dengan arah sinar yang meninggalkan prisma. 2. Apa yang dimaksud dengan dispersi? Jawab: Peristiwa terurainya cahaya menjadi cahaya-cahaya berwarna yang disebabkan karena masing-masing cahaya berwarna memiliki indeks bias yang berbeda. 3. Jelaskan yang dimaksud prisma akromatik! Jawab: Susunan dua prisma yang disusun secara terbalik, berfungsi untuk menghilangkan sudut dispersi. 4. Jelaskan yang dimaksud polarisasi cahaya! Jawab: Peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang. Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal. Polarisasi dapat terjadi karena: pemantulan, pembiasan, bias kembar, absorbsi selektif, dan hamburan. 5. Apa yang dimaksud dengan intensitas bunyi? Jawab: Besarnya energi bunyi bunyi yang menembus permukaan permukaan bidang tiap satu satu satuan luas tiap detiknya. Soal Perbuatan/Praktik/Sikap
Bagilah kelas Anda dalam beberapa kelompok. Diskusikan tentang polarisasi yang diakibatkan oleh pemantulan, pembiasan dan pemantulan bias kembar, absorbsi selektif, dan hamburan. Buatlah kesimpulan berdasarkan diskusi tersebut dan kumpulkan pada guru Anda! Jawab: Kegiatan siswa
Remidi Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Suatu sumber bunyi 1 kHz bergerak langsung ke arah seorang pendengar yang rehat dengan kelajuan 0,9 kali kelajuan bunyi. Berapa frekuensi bunyi yang diterimanya (dalam kHz)? Jawab: v ± vp fp = . f s v ± vs = v + 0 .1 v − 0, 9v
= = =
v v − 0, 9v v v(1 − 0, 9) 1 = 10 kHz kHz 0,1
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS
31 31
2. Suatu benda yang tingginya 6 cm diletakkan 40 cm di depan lensa lensa tipis yang mempunyai jarak fokus 8 cm. Lensa konvergen konver gen kedua yang mempunyai jarak fokus 12 cm diletakkan di belakang lensa pertama sejauh 20 cm. Berapa tinggi bayangan akhir yang terbentuk? Jawab:
S1 ' =
s1 f 1 s1 − f 1 40.8 40 − 8
= = 1 0 cm S2 = 20 − 10 = 10 cm S . f S2 ' = 2 2 S2 − f 2 = 10.12 10 − 12
= − 60 cm M = M1M2 s' s' = 1 1 = s1 s1
10 40
. −60 10
= 1,5 kali h = 9 cm 3. Untuk menentukan panjang gelombang sinar monokromatik digunakan percobaan Young yang data-datanya sebagai berikut: Jarak antara kedua celahnya 0,3 mm, jarak celah ke layar 50 cm, dan jarak antara garis gelap ke-2 dengan garis gelap ke-3 pada layar 1 mm. Berapa panjang gelombang sinar monokromatik tersebut? Jawab: d . ∆P L 3 . 10−4 . 1. 1. 10−3 0,5
= 1. λ =λ
λ = 6 . 10−7 m = 600 nm
Pengayaan Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!
1. Cahaya suatu sumber melalui dua celah sempit yang terpisah 0,1 mm. mm. Jarak Jarak antara dua celah celah sempit terhadap layar 100 cm dan jarak antara garis gelap pertama dengan garis terang pertama perta ma adalah 2,95 mm. Berapa panjang gelombang cahaya yang digunakan (dalam mm)? Jawab: d . ∆P L 1 . 10−4 x 1 x 2, 95 . 10 −3 1
= 1λ 2 1 λ 2
= λ = 5,9 . 10−7 m λ = 590 nm
TUNTAS
PG Fisika XII
Semester 1
32
2. Seberkas cahaya dilewatkan pada kisi kisi difraksi yang mempunyai 5.000 goresan/cm goresan/cm o menghasilkan garis terang kedua dengan sudut 30 . Berapa panjang gelombang cahaya yang digunakan (dalam Angstrom)? Jawab:
d sin θ = d= n= sin 30 30o = d sin θ = 1 . 10−2 . 0,5 =
5.000
nλ 1 . 10−2 5.000
2 0,5 nλ 2λ
λ = 5 . 10−6 m o
λ = 5.000 A 3. Suatu celah sempit tunggal dengan lembar a disinari oleh cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 5.890 angstrom. Tentukan lebar celah agar terjadi pola difraksi maksimum orde pertama pada sudut 30o! Jawab:
d sin n λ d . 0,5 = 1 x 5.890 d = 11.780 A
Semester 1
XII PG Fisika
TUNTAS