LE
E I
P
E
LEMBAGA LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ BELAJ AR
Genius nius
1
Modul
Fisika SMA)
XII
STANDAR KOMPETENSI
KOMPETENSI DASAR
1. Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikan masalah
1.1 1.1 Mend Mendes eskr krip ipsi sikan kan geja gejala la dan dan ciri ciri-c -ciririi gelo gelomba mbang ng secara umum 1.2 1.2 Mend Mendes eskr krip ipsi sikan kan geja gejala la dan dan ciri ciri-c -ciririi gelo gelomba mbang ng bunyi dan cahaya 1.3 Menera Menerapkan pkan konsep konsep dan prinsip prinsip gelomb gelombang ang bunyi bunyi dan cahaya dalam teknologi
GELOMBANG A. PENGEL PENGELOMP OMPOKA OKAN N GELOMB GELOMBAN ANG G 1. Berda Berdasa sark rkan an Mediu Medium m Ram Rama a!an !an
a.gelombang mekanik b.gelombang elektromagnetik 2. Berd Berdas asar arka kan n Am"# Am"#i! i!ud ud$ $
a. gelo gelomb mban angg berj berjal alan an b. gelo gelomb mban angg diam diam %. Berdasar Berdasarkan kan ara& ara& rama! rama! dan ara& ara& 'e!ar 'e!ar
a. gelo gelomba mbang ng trans transve vers rsal al arah getar tegak lurus arah rambat b. gelo gelomba mbang ng long longtu tudi dinal nal arah getar sejajar arah rambat Contoh : gelombang bunyi
Contoh gelombang transversal : gelombang elektromagnetik, gelombang pada tali.
Fisika XII SMA
-
1-
(3
LE
E I
P
E
LEMBAGA LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ BELAJ AR
Genius nius
1
Ener'i 'e#$man' (
E =
1
mω 2 A
elombang dapat mengalami : 1.
Peman!u#an
!udut datang " !udut pantul
2.
Pemiasan
n1
=
n
=
v2 v
=
λ 2 λ
%. In!e In!er) r)er eren ensi si 'e#$ 'e#$m man an' '
!yarat-syarat gelombang koheren berpadu
*.
Di)raksi
elombang stationer
#ari a ke c " 1 gelombang a, b, c, d disebut simpul antaranya di sebut perut. $arak simpul dengan perut gelombang "
1 4
λ
B. KARA KARAKT KTERI ERISTI STIK K GELOMBA GELOMBANG NG gelombang &v '. $arak yang ditempuh gelombang dalam satuan %aktu disebut kecepatan gelombang '. $ika sebuah gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang & ( ', dalam satu periode
&T ', maka kecepatan gelombang adalah adalah sama dengan maka:
=
Fisika XII SMA
-
2-
λ
T
atau v =
λ T
. )arena )arena
1 T
= f ,
LE
E I
P
E
LEMBAGA LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ BELAJ AR
Genius nius
1
Ener'i 'e#$man' (
E =
1
mω 2 A
elombang dapat mengalami : 1.
Peman!u#an
!udut datang " !udut pantul
2.
Pemiasan
n1
=
n
=
v2 v
=
λ 2 λ
%. In!e In!er) r)er eren ensi si 'e#$ 'e#$m man an' '
!yarat-syarat gelombang koheren berpadu
*.
Di)raksi
elombang stationer
#ari a ke c " 1 gelombang a, b, c, d disebut simpul antaranya di sebut perut. $arak simpul dengan perut gelombang "
1 4
λ
B. KARA KARAKT KTERI ERISTI STIK K GELOMBA GELOMBANG NG gelombang &v '. $arak yang ditempuh gelombang dalam satuan %aktu disebut kecepatan gelombang '. $ika sebuah gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang & ( ', dalam satu periode
&T ', maka kecepatan gelombang adalah adalah sama dengan maka:
=
Fisika XII SMA
-
2-
λ
T
atau v =
λ T
. )arena )arena
1 T
= f ,
LE
E I
P
E
LEMBAGA LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ BELAJ AR
Genius nius
1
)ecepatan gelombang bergantung pada si*at medium perambatannya. Misalnya, kecepatan gelombang pada tali bergantung pada tegangan tali &F +', dan massa tali per satuan panjang &mL'. ubungan tersebut dapat dirumuskan: v
=
F T . L
#ari persamaan di atas, apabila besar massa per satuan panjang semakin besar, maka makin besar inersia yang dimiliki tali, sehingga perambatan gelombang akan lambat. 1. Ge#$man Ge#$man' ' Trans+ Trans+ersa ersa## dan Ge#$m Ge#$man' an' L$n'i! L$n'i!udin udina# a#
ada gelombang yang merambat di atas permukaan air, air bergerak naik dan turun pada saat gelombang merambat, tetapi partikel air pada umumnya tidak bergerak maju !rans+ersa# , bersama dengan gelombang. elombang seperti ini disebut 'e#$man' !rans+ersa# karena gangguannya tegak lurus terhadap arah rambat. ada ada gelomba gelombang ng bunyi, bunyi, udara udara secara secara berganti bergantian an mengal mengalami ami perapat perapatan an dan perenggangan karena adanya pergeseran pada arah gerak. elombang seperti ini 'e#$man' #$n'i!udina# #$n'i!udina#. Ra" Ra"a!an a!an adalah dise disebu butt 'e#$man' adalah daerah daerah sepanj sepanjang ang gelomb gelombang ang longit longitudi udinal nal yang yang memilik memilikii tekana tekanann dan kerapa kerapatan tan moleku molekul-mo l-molek lekuln ulnya ya lebih lebih tinggi tinggi dibandingkan saat tidak ada gelombang yang mele%ati daerah tersebut. !ementara itu, daerah dengan tekanan dan kerapatan molekul-molekulnya lebih rendah dibandingkan saat tidak ada gelombang yang mele%atinya disebut ren''an'an . 2.
Su" Su"er"$ r"$sis sisi
$ika dua gelombang atau lebih merambat dalam medium yang sama dan pada %akt %a ktuu yang yang sama sama,, akan akan meny menyeba ebabk bkan an simp simpan anga gann dari dari parti partike kell dala dalam m medi medium um.. !impangan resultan merupakan jumlah aljabar dari simpangan &positi* dan negati* ' dari masing-masing gelombang. al ini disebut "rinsi" su"er"$sisi . Prinsi" su"er"$sisi su"er"$sisi menyat menyataka akann si*at si*at geraka gerakann gelomb gelombang ang bah%a bah%a gelomba gelombang ng result resultan an merupa merupakan kan penjuml penjumlaha ahann dua atau atau lebih lebih gelomb gelombang ang indivi individual dual.. rinsi rinsipp superposisi hanya berlaku untuk pulsa-pulsa gelombang kecil yang tinggi pulsanya lebih kecil dibandingkan panjangnya. ada superposisi dua gelombang atau lebih akan menghasilkan sebuah gelombang berdiri. !impangan yang dihasilkan bisa saling menguatkan atau saling melemahkan, tergantung pada beda *ase gelombang-gelombang tersebut.
Fisika XII SMA
SOAL-SOAL -3 SOAL-SOAL LATIHAN LATIHAN
LE
E I
P
E
LEMBAGA LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ BELAJ AR
Genius nius
1
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
1.
2.
elombang merupakan / 0. rambatan getaran dan materi . rambatan energi dan medium C. perpi perpind ndah ahan an mater materii
!ebu !ebuah ah gelo gelomb mban angg trans transve vers rsal al yang yang memp mempun unya yaii *reku *rekuen ensi si 1 her4 her4 mera meramb mbat at deng dengan an kecepatan 56 ms. panjang gelombang tersebut sebesar / 0. 6,2 meter C. 6,7 meter . 6, meter . 6,5 meter #. 2,8 meter
3. 0. . C. #. . 5.
#. rambatan getaran dan energi . rambatan energi dan materi
erny ernyat ataa aann-pe perrnyat nyataa aann diba diba% %ah ini bena benarr, kecuali / / arah rambat gelombang transversal tegak lurus arah gatarannya pada gelomban gelombangg longtudent longtudental al arah gatar dan rambatnya rambatnya sejajar sejajar gelombang gelombang transver transversal sal dapat dapat merambat merambat pada benda benda padat padat dalam merambatnya merambatnya gelombang gelombang mekanik mekanik membutuhkan membutuhkan medium medium gelombang gelombang bunyi merupakan merupakan gelombang gelombang transversal transversal
ada ada per permu muka kaan an sua suatu tu dan danau au ter terda dapa patt dan dan buah buah gab gabus us yan yangg terp terpis isah ah sat satuu deng dengan an yang lainnya sejauh 6 cm. )eduanya naik bersama permukaan air dengan *rekuensi 2 getaran persekon. ila salah satu gabus berada di puncak bukit gelombang, cepat rambat gelombang pada permukaan danau adalah / 0. 26 cms C. 76 cms . 256 cms . 36 cms #. 126 cms
8. 0. . C. #. .
ern ernyata ataan di diba%ah ini yan yangg be benar adal dalah / panjang gelombang berbanding lurus dengan *rekuensinya panjang gelombang gelombang berbandi berbanding ng terbalik terbalik dengan periodenya periodenya panjang gelombang gelombang berbanding berbanding lurus dengan cepat rambatnya rambatnya panjang gelombang gelombang berbanding berbanding terbalik terbalik dengan dengan cepat cepat rambatny rambatnyaa panjang gelombang gelombang berbanding berbanding lurus dengan akar cepat cepat rambatnya rambatnya
.
eman emanca carr radi radioo 0 memp mempun unyyai panj panjan angg gelo gelomb mban angg empa empatt kali ali pema pemanc ncar ar radi radioo . erbandingan *rekuensi 0 dengan sebesar / 0. 1:1 C. 3:1 . 2 : 1 . 1:5 #. 5:1
9.
ada ada pem pembi bias asan an gel gelom omba bang ng dar darii daer daerah ah dan dangk gkal al ke ke dara darahh dalam dalam,, maki makinn keci kecill sudu sudutt datang / 0. makin besar sudut bias . sudu sudutt bias bias teta tetapp C. makin makin kec kecilil pula pula sud sudut utny nyaa #. sudut sudut bias bias dapat dapat tergant tergantung ung pada pada indeks indeks bias bias . sudut sudut bias dapat menjadi menjadi lebih lebih kecil kecil atau lebih besar, besar, tergan tergantung tung pada pada cepat cepat rambat gelombang
7.
#ari suat #ari suatuu tem tempa patt ket ketem empa patt lai lainn nnya ya gelo gelomb mban angg mem memin inda dahk hkan an / 0. massa C. amplitudo . *ase
Fisika XII SMA
-
4-
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
. panjang gelombang
#. energi
.
ada gra*ik simpangan gelombang sebagai *ungsi %aktu berikut ini terjadi 2 gelombang yang mempunyai kecepatan / 0. 8,6 ms-1 C. 3.8 ms-1 . 5.6 ms-1 . 5,8 ms-1 #. 2,6 ms-1
16.
!ebuah gelombang merambat dengan kelajuan 356 ms, mempunyai *rekuensi 76 4, jarak titik yang mempunyai *ase berla%anan sebesar / 0. 28 cm C. 166 cm . 566 cm . 86 cm # 266 cm
11.
ejala rambat dalam suatu medium tanpa perpindahan materi disebut / 0. rambat energi C. ayunan . gelombang . getaran #. periode
12.
elombang yang arah getarnya tegak lurus arah rambat meidumnya disebut gelombang / 0. transversal C. bunyi . pegas . longitudinal #. tali
13.
erbedaan atara gelombang transversal dengan longitudental adalah / 0. *rekuensinya #. panjang gelombangnya . arah rambatnya . arah getarnya C. amplitudonya
15.
$umlah gataran yang diukur persatuan %aktu adalah / 0. amplitudo #. periode gelombang . cepat rambat gelombang . *rekuensi C. *ase gelombang
18.
emancar radio bekerja pada 186 k4, maka gelombang tersebut diterima radio dengan panjang gelombang / 0. 2 m C. 2.163 m . 2.162 m . 26 m #. 2.165 m
1.
!iaran radio dipancarkan dengan kecepatan 2.167 ms-1, panjang gelombang 76 m, maka *rekuensinya 0. 2.8 Mh4 C. 9,8 M4 . 8 M4 . 5 Mh4 #. 16 M4
19.
$ika gelombang datang menuju bidang pemantul dengan sudut 66 maka akan dipantulkan dengan sudut / 0. 366 #. 66 . 66 . 586 . 1266
17.
$ika permukaan air diberi usikan, akan berbentuk pada jarak 7 m, berarti panjang gelombang tersebut adalah / 0. air C. energi . daya . gaya gangguan #. partikel-partikel
1.
$ika permukaan laut terdapt 16 buah gelombang pada jarak 7 m, berarti panjang gelombang tersebut adalah /
Fisika XII SMA
-
5-
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
0. 6,2 m . 6,8 m
#. 8 m . m
. 6,7 m
26.
$ika permukaan air tangki riak dijatuhi dengan sebutir batu, maka pada air akan berbentuk / 0. gelombang datang C. gelombang lengkung . sinar gelombang . gelombang inter*erensi #. di*raksi
21.
$ika gelombang menumbuk bidang pemantul dengan sudut datang 366, maka sudut antara gelombang datang dan gelombang pantul adalah / 0. 366 C. 66 #. 66 . 586 #. 1266
22.
elombang berikut ini termasuk gelombang transversal, kecuali / 0. gelombang tali C. gelombang cahaya . gelombang bunyi . gelombang da%ai gitar #. gelombang permukaan air
23.
$ika gelombang bergerak dari air ke kaca akan di / 0. pantulkan #. lenturkan . polarisasikan . biaskan mendekati garis normal C. biaskan menjauhi garis normal
25.
#i*raksi gelombang air akan terjadi jika / 0. melalui dua medium yang berbeda #. berpadu pada titik tertentu . melalui celah sempit . terjadi gelombang stasioner C. dipantulkan
28.
$ika gelombang bergerak menuju bidang pantul, kemudian memantul kembali ke arah semula, maka akan terjadi / C. superposisi C. inter*erensi . di*raksi #. supersonik #. pembiasan
2.
;nter*erensi dua gelombang dengan *rekuensi yang sama, amplitudo sama dan searah akan terjadi / 0. gelombang stasioner C. pungutan gelombang . pembiasan . pelemahan gelombang #. inter*erensi
29.
#alam sebuah getaran stasioner dalam tali tempat-tempat terbentuknya perut dariujung tali yang terikat memenuhi persamaan &dengan n"bilangan cacah' adalah / 0.
P
= (n − 1).( 1 λ )
#.
P
= (2n + 1).( 1 λ )
.
P
= (n − 1 ).( 1 λ )
.
P
= (2n + 1).( 1 λ )
4
C. 27.
2
P
2
2
4
= (2n − 1).( 1 λ ) 2
$ika sebuah gelombang mele%ati penghalang yang mele%ati celah yang sempit, akan terjadi peristi%a / 0. inter*erensi C. re*raksi . re*leksi . di*raksi #. polarisasi
Fisika XII SMA
-
6-
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
2.
!ebuah pemancar radio bekerja pada *rekuensi 126 Mh4. $ika diketahui kecepatan gelombang radio di udara adalah 3<16 ms7, pemancar radio tersebut bekerja pada daerah sepanjang gelombang sebesar / 0. 128 cm #. 366 cm . 228 cm . 186 cm . 566 cm
36.
elombang elektromagnetik merambat diudara dengan kecepatan 3<16 ms dan *rekuensi getarannya adalah 6 Mh4. )emudian gelombang masuk ke dalam air. $ika indeks bias air relati* terhadap udara adalah 53, panjang gelombang dan gelombang tersebut di dalam air adalah / 0. 28 cm #. 566 cm . 286 cm . 186 cm . 66 cm
31.
ila cahaya melalui suatu celah yang sempit akan terjadi / 0. pemantulan C. inter*erensi . polarisasi . pembiasan #. di*raksi
32.
!atu panjang gelombang pada gelombang stasioner merupakan jarak antara / 0. !impul-simpul #. erut-simpul-perut-simpul . !impul-perut . erut-simpul-perut-simpul-perut C. erut-perut
33.
elombang stasioner dapat dihasilkan pada peristi%a / 0. pembiasan C. pembelokan . inter*erensi #. re*raksi
. polarisasi
35.
elombang stasioner ternyata terjadi bila ada 2 gelombang menjalar dalam arah yang berla%anan asalkan kedua gelombang / 0. mempunyai aplitudo maupun *rekuensi sama . mempunyai amplitudo maupun *rekuensi berbeda C. mempunyai amplitudo yang sama #. mempunyai *rekuensi yang sama . mempunyai *ase yang sama
38.
+ali sepanjang 2 m dipasang pada vibrator kemudian ujung lain ada katrol. !etelah digetarkan terjadi gelombang dengan / 0. di*raksi C. stasioner . longitudinal . pembiasan #. saling melemahkan
3.
$arak antara dua puncak gelombang yang berdekatan 12n jika terjadi tiap 7 sekon,maka laju gelombang / 0. 6, ms-1 C. 16 ms-1 . ms-1 . 1,8 ms-1 #. 26 ms-1
39.
!umber bunyi bergetar dengan *rekuensi 266 4. $ika cepat rambatnya 166 ms-1, maka panjang gelombangnya / 0. 1 m C. 8 m . 12 m . 3 m #. 16 m
37.
elombang datang tegak lurus bidang batas dua medium, maka gelombang tersebut akan /
Fisika XII SMA
-
7-
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
0. . C. #. . 3.
mengalami perubahan arah perambatan mengalami pembiasan dipantulkan sempurna mengalami kelenturan &di*raksi' tidak dibiaskan
!inar datang dari udara menuju air yang mempunyai indeks bias =. !udut datang sinar membentuk sudut 36 terhadap garis normal. Maka, besarnya sinus sudutnya bias adalah / 0. .
1 4 1 3
C. #.
3 8
.
3 5
1 6
56.
!ebuah sumber bunyi bergerak dengan *rekuensi dan amplitudonya 0. ada sebuah sumber bunyi lain yaitu > bergerak dengan *rekuensi lain yaitu > bergerak dengan *rekuensi 2* sedangkan amplitudonya getarannya adalan 6,28 0. $ika energi yang dimiliki oleh sumber bunyi adalah $ joule, maka besarnya energi dari sumber bunyi > adalah / 0. 6,28 $ C. 6,98 $ . 2,6 $ . 6,8 $ #. 8,86 $
51.
#i dalam perambatannya gelombang bunyi memindahkan energi. esar yang dirambatkan tergantung dari / 0. *rekuensi dan panjangnya gelombang . *rekuensi dan amplitudo C. amplitudo dan panjang gelombang #. *rekuensi saja . amplitudo
Modul
Fisika XII SMA
-
8-
Fisika XII (3 SMA)
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
GELOMBANG MEKANIS
A.
GELOMBANG Ge#$man' adalah
gangguan si*at *isis suatu medium yang merambat melalui medium tersebut menurut %aktu dan tempat, tetapi medium itu tidak ikut bergerak bersama gelombang. !ecara sederhana gelombang adalah gejala perambatan energi &getaran'. 1.
Pema'ian 'e#$man' menuru! am"#i!ud$n,a ( a. Gelombang Berjalan Gelombang berjalan adalah
gelombang yang mempunyai aplitudo yang tetap &sama' pada setiap titik yang dilaluinya.
b. Gelombang Diam/Stasioner Gelombang diam adalah gelombang yang amplitudonya tidak selalu sama pada
titik-titik yang dilaluinya. 2.
Pema'ian 'e#$man' menuru! medium "erama!an 'e!arann,a ( a. Gelombang Mekanis Gelombang mekanis
adalah gelombang yang membutuhkan medium
perambatan. b. Gelombang Elektromagnet Gelombang elektromagnet
adalah gelombang yang tidak membutuhkan
medium perambatan. B.
GELOMBANG BER-ALAN
; : elombang pada suatu saat ;; : elombang pada beberapa saat kemudian !ecara umum, persamaan simpangan getaran disuatu titik pada tali yang berjarak < dari y =getaran kxtitik ( ω t di ) ' terhadapkeedudukan keseimbangan &y"6' adalah : ± A sin&misal titik asal 0 " 0mplitudo &m' x y = ± A sin ω t v x 2π y = ± A sin t Fisika XII SMA -9 T v t x y = ± A sin 2π
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
t " ?ama titik telah bergetar &s' ω " )ecepatan sudut &rads' k "
2π
λ
" bilangan gelombang &m-1'
y " !impangan getaran di titik yang berjalan < &m' * " @rekuensi getaran &4' + " eriode &!'
Catatan : o
o
+anda &-' dalam sinus diberikan untuk gelombang berjalan yang merambat ke kanan sedangkan tanda &A' untuk gelombang berjalan yang merambat ke kiri. +anda &A' pada 0 diberikan jika titik asal getaran B untuk pertama kalinya bergerak ke atas, sedangkan tanda &-' pada 0 diberikan jika titik asal getaran B untuk pertama kalinya bergerak ke ba%ah.
.
GELOMBANG STASIONER
elombang stasioner merupakan hasil superposisi &inter*erensi' dua gelombang berjalan yang arahnya berla%anan dan memiliki amplitudo serta *rekuensi sama. #ua gelombang berjalan itu masing-masing berasal dari gelombang itu sendiri dan pantulannya. 0da 2 macam pantulan,yaitu berasal dari poantulan pada ujung bebas dan pada ujung yang tetap &terikat'. 1.
Ge#$man' s!asi$ner "ada u/un' !erika!.
y1 " gelombang datang y2 " gelombang pantul
ersamaan gelombang stasioner pada ujung terikat : a. Sim"an'an Ge#$man' S!asi$ner 0,
t l − x = A sin 2π − T λ t l + x y 2 = − A sin 2π − T λ y = y1 + y 2 x t y = 2 A sin 2π cos 2π −
y " !impangan gelombang stasioner &m' 0 " 0mplitudo gelombang datang &m' < " $arak titik dari ujung terikat &m' λ " anjang gelombang &m' t " ?ama titik asal telah bergetar &s' + " eriode getaran &s' " anjang ka%attali &m'
y1
l
. Am"#i!ud$ Ge#$man' S!asi$ner 0A"
Fisika XII SMA
-
10 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
x = 2 A sin 2π
Ap
. Le!ak Ti!ik3!i!ik
x
= ( 2n + 1). 1
x = ( 2n ).
erut 2.
1
dengan n " 6, 1, 2, 3, /..
!impul Ge#$man' S!asi$ner "ada u/un' eas
y1 " gelombang datang y2 " gelombang pantul
ersamaan gelombang stasioner pada ujung bebas : a.
Sim"an'an 'e#$man' s!asi$ner 0,
t l − x = A sin 2π − T λ t l + x y 2 = A sin 2π − T λ y = y1 + y 2 x t y = 2 A cos π sin 2π − y1
.
Am"#i!ud$ 'e#$man' s!asi$ner 0A"
Ap
.
x = 2 A cos 2π
Le!ak !i!ik3!i!ik "eru!
x = ( 2n ).
erut
D.
Fisika XII SMA
l
1
x
= ( 2n + 1). 1
dengan n " 6, 1, 2, 3, /..
!impul
EPAT RAMBAT GELOMBANG TRANS4ERSAL DALAM DA5AI
-
11 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
1. , karena µ =
v =
2.
=
F .
v =
F
v
3.
m L
= ρ . A
maka
)eterangan : v "cepat rambat gelombang da%ai &ms' @ " +egangan da%ai &' µ " Massa per satuan panjang &kgm' m " Massa da%ai &kg' ? " anjang da%ai &m' ρ " Massa jenis da%ai &kgm3' 0 " ?uas penampang da%ai &m2'
, atau
a!a!an (
etaran dalam da%ai : f n
( n + 1)
=
λ n
=
2L
n " 6,1,2,3 /
etaran dalam pipa terbuka : f n
( n + 1)
=
* 6 : * 1 : * 2 : / " 1:2:3:/
etaran dalam pipa tertutup : f n
E.
=
( 2n + 1)
* 6 : * 1 : * 2 : / " 1:3:8:/
INTENSITAS B6N7I 0I In!ensi!as un,i adalah
jumlah energi bunyi yang tiap detiknya menembus tegak lurus suatu bidang persatuan luas bidang tersebut. ersamaan-persamaan ;ntensitas bunyi : 1.
I =
2. 3.
; " ;ntensitas bunyi &Dattm2' " #aya bunyi &Datt'
= I 1 I
.
Fisika XII SMA
=
2
r 2
2
r
2
2
0 " ?uas bidang &m2' 0 " 0mplitudo &m' r 1 " $arak dari sumber 1 &m' r 2 " $arak dari sumber 1 &m'
TARA INTENSITAS 0TI
-
12 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
Tara) In!ensi!as adalah
logaritma perbandingan antara intensitas bunyi dengan harga
ambang intensitas bunyi. ersamaan-persamaan +ara* intensitas bunyi : 1. +; " +ara* ;ntensitas &d " desiell' I ; " ;ntensitas bunyi &%attm2' TI = 10 log ;6 " ;ntensitas ambang bunyi &%attm2' " 16-12 %attm2 2. n " anyak sumber TI = TI + 10 lo +;&n' " +ara* ;ntensitas oleh n sumber +;&1' " +ara* ;ntensitas oleh 1 sumber 3. r TI ( n ) = TI (1) − log 22 r G.
PELA7ANGAN DAN INTEERENSI D6A GELOMBANG 1.
Pe#a,an'an Pe#a,an'an adalah
inter*erensi dua gelombang bunyi dengan *rekuensi yang berbeda
sedikit. =
−
2. In!er)erensi Dua 'e#$man'
elombang 1 y1 " 0 sin ω1 E t elombang 2 y2 " 0 sin ω2 E t
• •
asil ;nter*erensinya : y " y1 A y2 y
ω − ω ω − ω = 2 A cos 2 1 t sin 2 1
9.
2
2
EEK DOPPLER
erak relati* antara pengamat dan sumber bunyi menyebabkan pengamat mendengar bunyi dengan *rekuensi yang berbeda dengan *rekuensi asli sumber getarannya. PersamaanE)ek D$""#er (
f p
=
v ± v p v±v
.
* p " @rekuensi pendengar &4' * ! " @rekuensi sumber bunyi &4' v " )ecepatan gelombang bunyi di udara &ms' vs " )ecepatan sumber bunyi &ms' vp " )ecepatan gerak pendengar &ms'
Catatan : − Fp " − Fp " − Fp "
Fisika XII SMA
&A' &-' 6
→ endengar mendekati sumber bunyi → endengar menjauhi sumber bunyi → #iam
-
13 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
− Fs " − Fs " − Fs "
&A' &-' 6
→ !umber bunyi menjauhi pendengar → !umber bunyi mendekati pendengar → sumber bunyi diam
CONTOH CONTOHSOAL SOAL
1.
!ebuah gelombang berjalan memenuhi persamaan y " 6,68 sin &1π A 5<'G < dalam meter dan t dalam sekon. +entukanlah : a. b. c. d.
0mplitudo gelombang @rekuensi getaran anjang gelombang )ecepatan perambatan gelombang
enyelesaian : a. 0mplitudo :
c.
anjang gelombang
0 " 6,68 m
k=
2π λ
=4
" 8 cm
k=
2π λ
= π =
b.
@rekuensi : 2π * " 1π f =
d.
)ecepatan erambatan : v "*. λ
16π
" 7. 1,89
2π
" 7 4 2.
2
3,14 = 1,57m 2
" 12,8 ms
!umber bunyi yang bergerak mendekati seorang pendengar dengan kecepatan 16 ms mendengar *rekuensi bunyi tersebut 1626 4. endengar dalam keadaan diam. ila kecepatan bunyi di udara 356 ms, tentukanlah *rekuensi sumber bunyi tersebut. enyelesaian : f =
! ± ! ! ± !s
1020=
Fisika XII SMA
.f s
→ !s = ( − )
340+ 0 − "f s 340− 10
f s
= 990#$
-
14 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
SOAL-SOAL LATIHAN SOAL-SOAL LATIHAN
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
1.
2.
elombang stasioner ternyata terjadi apabila ada 2 gelombang menjalar dalam arah berla%anan asalkan / 0. mempunyai amplitudo maupun *rekuensi sama . mempunyai amplitudo maupun *rekuensi sama C. mempunyai amplitudo sama #. mempunyai *rekuensi smaa . mempunyai *ase sama
0. . C. #. . 8.
!uatu gelombang stasioner mempunyai persamaan : y " 6,2 &cos 8π<' sin &16πt' satuan dalam !;. $arak antara perut dan simpul yang berurutan pada gelombang ini adalah / 0. 6,1 m #. 2,8 m . 6,2 m . 8 m C. 6,5 m
.
elayangan terjadi karena adanya inter*erensi .. 0. lebih dari 2 gelombang yang sama *rekuensinya . 2 gelombang yang berla%anan arah getarnya C. 2 gelombang yang sama *rekuensinya #. 2 gelombang yang besar beda *rekuensinya . 2 gelombang yang kecil beda *rekuensinya
9.
#ua buah da%ai terbuat dari ka%at yang sama panjang, massa dan tegangannya pun sama. ila digetarkan mempunyai *rekuensi 56 4. $ika salah satu da%ai tegangannya ditambah 55H, maka kalau kedua da%ai digetarkan akan timbul pelayangan sebesar / 0. 12 4 #. 4 . 16 4 . 5 4 C. 7 4
7.
#ua gelombang bunyi memiliki persamaan getar : I1 " 6,62 sin &266πt A 6,26π' cm I2 " 6,62 sin &262πt A 6,28π' cm
ersamaan simpangan gelombang berjalan transversal pada seutas tali memenuhi persamaan simpangan : y " 2 sin π &26t -
" 25
'G y, < dalam cm dan t
dalam sekon. )ecepatan perambatan gelombangnya adalah / A% 1 ms #. 5 ms B% 2 ms . 8 ms &% 3 ms 3.
5.
!ebuah gelombang mempunyai persamaan simpangan : y " 6,65 sin π &1t A 2<' dalam satuan !;. Maka *rekuensi dan panjang gelombang tersebut adalah / 0. 5 4 dan 2 m . 7 4 dan 2 m C. 7 4 dan 1 m #. 1 4 dan 5 m . 1 4 dan 7 m ersamaan gelombang transversal yang merambat sepanjang taliyang sangat panjang adalah : y " sin &6,62 π < A 5πt&G y dan < dalam cm dan t dalam sekon,maka : &1' amplitudo gelombang cm &2' panjang gelombang 166 cm &3' *rekuensi gelombang 2 4 &5' enjalaran gelombang ke < positi* ernyataan-pernyataan yang benar adalah /
Fisika XII SMA
&1', &2', dan &3' &1' dan &3' &2' dan &5' &5' &&1', &2', &3', dan &5'
-
15 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
)edua sumber bunyi tersebut akan menimbulkan pelayangan sebesar / 0.
6,68 4
#.
6,8 4
.
menimbulkan tara* intensitas &+;' sebesar 76 d. ila sekaligus orang itu dile%ati 16 sepeda motor itu, maka tara* intensitasnya adalah / 0. 7 d #. 6 d . 96 d . 766 d C. 76 d
2 4 . 5 4 C. .
1 4
!eutas da%ai, bila diberikan tegangan 166 kemudian digetarkan akan menimbulkan *rekuensi *. supaya da%ai dapat bergetar dengan *rekuensi 2*, maka tegangan da%ai tersebut sebesar / 0. 28 #. 266 . 86 . 566 C. 166
11.
!epotong da%ai menghasilkan nada dasar *. jika da%ai tersebut dipendekkan 7 cm tanpa mengubah tegangan, dihasilkan *rekuensi 12,28*. bila da%ai dipendekkan 2 cm lagi, maka *rekuensi yang dihasilkan adalah / 0. 1 * #. 1,8 * . 1,28 * . 2 * C. 1,33 *
13.
!uatu sumber bunyi bergerak relati* dengan kecepatan 28ms terhadap pendengar yang diam. ila cepat rambat bunyi di udara 328 ms, maka perbandingan *rekuensi yang diterima pendengar itu pada saat sumber bunyi mendekati dan menjauhi adalah / 0. 8: #. :8 . :9 . 8:5 C. 9:
18.
!eorang penerbang yang pesa%at terbangnya menuju ke menara bandara mendengar bunyi sirene menara dengan *rekuensi 26664. $ika sirene memancarkan bunyi dengan *rekuensi 1966 4 dan cepat rambat bunyi di udara 356 ms, maka kecepatan pesa%at udara itu adalah / 0. 1 kmjam . 226 kmjam C. 266 kmjam #. 23 kmjam . 21 kmjam
1.
$ika sebuah pipa organa terbuka ditiup hingga timbul nada atas kedua, maka terjadilah / 0. 3 perut dan 3 simpul . 5 perut dan 5 simpul C. 3 perut dan 5 simpul #. 5 perut dan 8 simpul . 5 perut dan 3 simpul
19.
ada jarak 3 meter dari sumber ledakan terdengar bunyi dengan tara* intensitas 86 d. ada jarak 36 meter dari sumber ledakan bunyi itu terdengar dengan tar* intensitas &dalam d' / 0. 8 #. 38 . 26 . 58 C. 36
ada percobaan Melde digunakan seutas benang yang panjangnya 1 m, massa benang 8 gram. $ika beban sebesar 6,2 kg digantungkan pada benang tersebut,maka kecepatan perambatan gelombang pada benang adalah / &g " 16 ms2' 0. 8 ms #. 25 ms . 16 ms . 56 ms C. 26 ms
16.
12.
15.
;ntensitas bunyi dapat ditingkatkan dengan cara / 0. memperbesar *rekuensi . memperbesar amplitudo C. memperbesar *rekuensi dan amplitudo #. memperkecil *rekuensi dan amplitudo . memperkecil amplitudo dan memperbesar *rekuensi $ika mele%ati
Fisika XII SMA
sebuah sepeda motor seseorang, maka ia -
16 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
17.
1.
!ebuah pipa organa terbuka panjangannya 6, m berada dalam ruang dimana cepat rambat suara adalah 366 ms. *rekuensi dari nada dasar dan kedua dari pipa organa tersebut adalah / 0. 128 4 dan 286 4 . 286 4 dan 986 4 C. 128 4 dan 398 4 #. 866 4 dan 1666 4 . 286 4 dan 866 4
rambat bunyi diudara 337 ms, maka banyaknya layangan tiap detik adalah / 0. 1 #. 5 . 2 . 8 C. 3 26.
ipa organa terbuka panjangannya 52,28 cm menghasilkan nada dasarnya membuat layangan dengan garpu tala yang *rekuensinya 562 4. $ika cepat
Fisika XII SMA
-
+ara* intensitas bunyi pada suatu jendela terbuka yang luasnya 1 m2 adalah 6 d. $ika harga ambang bunyi 16-12 Dcm2, maka daya akuistik yang masuk melalui jendela tersebut adalah / 0. 16-1D #. 16-7D . 16-12D . 16-5D C. 16-16D
17 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
Modul
Fisika XII (3 SMA)
GELOMBANG B6N7I
A. PENGERTIAN
•
unyi dapat berinteraksi dengan menghasilkan bunyi lemah &min' dan bunyi kuat &ma<'. Cepat rambat bunyi pada suhu 186 C • Jdara 356 ms 0ir 1866 ms • )ayu 3786 ms • • esi 8126 ms Kumus : λ =
•
)et : unyi tidak dapat merambat dalam ruang hampa udara &vakum'. B. PEMANT6LAN B6N7I
• • •
+erjadi pada ruang tertutup : aung. aung )erdam ( adalah sebagian bunyi pantul bersamaan dengan bunyi asli. #inding dilapisi 4at peredam : kain %ol, karton, karet.
. DIRAKSI B6N7I Di)raksi un,i adalah pembelokan bunyi apabila mengenai rintangan. DAERA9 REK6ENSI B6N7I : /.. 26 4 /.. 26 k4 /..
enggunaan Jltrasonik : 1. )elela%ar 2. )aca mata tuna netra 1
3. )edalaman air laut &dengan rumus H = V .t ' 2
5. Mendeteksi kerusakan logam 8. Melihat janin &J!' D. TINGGI : RENDA9 B6N7I
• •
+inggi : $ika *rekuensi besar Kendah : $ika *rekuensi kecil
Fisika XII SMA
-
18 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
E. K6AT : LEMA9 B6N7I
• •
)uat : $ika amplitudo besar ?emah : $ika amplitudo kecil
. A;AS DOPPLER
@rekuensi bunyi yang diterima pendengar tergantung gerak relati* antara pendengar dan sumber bunyi. Lan'ka& "en,e#esaian (
1. • • • •
2.
erjanjian engamat mendekat &A' engamat menjauhi &E' !umber mendekat &-' !umber menjauhi &A' Kumus : v ± v p f p
Fisika XII SMA
=
v±v
.
-
19 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
SOAL-SOAL SOAL-SOAL LATIHAN LATIHAN
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
1.
2.
3.
unyi tidak dapat merambat di dalam medium / 0. udara C. ruang hampa . gas nitrogen #. gas oksigen
. 0ir
+inggi rendah nada suara bergantung pada / C. pola getar A. 0mplitudo B. panjang gelombang #. laju rambat
. *rekuensi
)uat medan bunyi bergantung pada / A. 0mplitudo C. laju rambat #. pola getar B. panjang gelombang
. *rekuensi
5.
ada peristi%a resonansi, sumber getar dan benda yang ikut bergetar mempunyai kesamaan dalam / 0. 0mplitudo C. pola getar . *rekuensi . panjang gelombang #. laju rambat
8.
!eorang anak berdiri diantara dua buah batu karang L dan I di . ;a menembakkan sebuah pistol. $ika cepat rambat bunyi di udara 336 ms, maka beda %aktu kedua bunyi pantul pertama yang terdengar oleh anak tersebut adalah / 0. 6,63 sekon . 6,68 sekon C. 6,6 sekon #. 6,18 sekon . 6,28 sekon
.
!eorang pengamat berdiri 166 m dari sebuah gedung rendah. mpat puluh meter di belang gedung rendah terdapat sebuah gedung yang lebih tinggi. )etika pengamat menembakkan pistol, ia mendengar dua pantulan bunyi pistolnya. ;a mendengar bunyi pantul yang satu 6,28 sekon setelah yang lain. ?aju rambat bunyi di udara adalah / A. 326 ms #. 337 ms B. 336 ms . 356 ms C. 338 ms
9.
@rekuensi suara dari suatu sumber oleh seseorang akan terdengar / 0. bertambah jika sumber diam dan pendengar mendekati sumber . berkurang jika pendengar diam dan sumber menjauhi pendengar C. bertambah jika sumber dan pendengar bergerak searah dan kelajuan sumber lebih lambat dari kelajuan pendengar &pendengar mengejar sumber'
Fisika XII SMA
-
20 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
#. tetap jika sumber dan pendengar diam tetapi medium bergerak relati* menuju pendengar 7.
Muji berdiri di samping sumber bunyi yang *rekuensinya 9 4. )etika sumber bunyi mendekati Muji dengan kecepatan 2 ms maka Muji akan mendengar bunyi dengan *rekuensi / &cepat rambat bunyi di udara 356 ms' A. 9 hert4 C. 72 ert4 . 76 hert4 #. 75 ert4 B. 97 hert4
.
!ebuah kereta api bergerak dengan laju 92 kmjam menuju stasiun sambil membunyikan peluitnya. unyi peluit kereta api tersebut terdengar oleh kepala stasiun dengan *rekuensi 926 k4. ?aju suara di udara 356 ms. maka *rekuensi peluit kereta api tersebut adalah / 0. 56 4 #. 926 4 . 966 4 . 76 4 . 96 4
16.
erpaduan antara dua gelombang harmonik yang *rekuensi dan aplitudonya sama, tetapi arahnya berla%anan, menghasilkan / 0. gelombang mekanik . gelombang elektromagnetik C. gelombang stasioner #. gelombang berjalan . gelombang longitudinal
11.
!ebuah gelombang merambat dari titik B ke titik dengan cepat rambat 5 mdet, *rekuensi 2 4, amplitude 8 cm, sedangkan jarak B adalah 3 m. !impangan titik saat B telah bergetar selama 1,8 detik adalah / #. 2,8 cm A. 6 cm B. 2,8√2 cm . 8,6 cm C. 2,8√3 cm
12.
!eorang penerbang yang pesa%at terbangnya menuju ke menara bandara mendengar bunyi sirine menara dengan *rekuensi 2666 4. $ika sirine memancarkan bunyi dengan *rekuensi 1966 4, dan cepat rambat bunyi di udara 356 ms, maka kecepatan pesa%at udara itu adalah / 0. 1 kmjam #. 226 kmjam . 21 kmjam . 266 kmjam . 23 kmjam
13.
!ebuah sumber bunyi dengan *rekuensi 17 4 bergerak mendekat seorang pengamat dengan kecepatan 35 ms-1. )ecepatan rambat bunyi di udara 356 ms-1. $ika pengamat bergerak dengan kecepatan 19 ms-1 searah dengan gerak sumber bunyi,maka *rekuensi yang didengar oleh pengamat adalah / A. 26 4 C. 115 4 . 4 #. 1226 4 B. 35 4
15.
Cepat rambat bunyi diudara 356 ms-1. 0mbulans dan truk saling mendekati. 0mbulans bergerak dengan kecepatan 56 ms-1, truk bergerak dengan kecepatan 26 ms-1. ila ambulans membunyikan sirine dengan *rekuensi 366 4, maka bunyi sirine akan didengar supir truk dengan *rekuensi / 0. 36,6 4 #. 282, 4 . 338,6 4 . 286,6 4
Fisika XII SMA
-
21 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
C. 31,9 4 18.
elombang bunyi dengan *rekuensi 28 4 merambat di udara dengan kecepatan 336 mdet. )ecepatan rambat gelombang bunyi dengan *rekuensi 812 4 di udara adalah / 0. 22,8 mdet . 18 mdet C. 336 mdet
#. 6 mdet . 1326 mdet
1.
!eorang pengamat mengamati terjadinya inter*erensi minimum yang dihasilkan oleh dua sumber bunyi yang mempunyai panjang gelombang yang sama. )emungkinan inter*erensi tersebut diamati jika beda lintasan kedua sumber bunyi tersebut ke pengamat adalah / 0. bilangan ganjil kali seperempat panjang gelombang . bilangan genap kali seperempat panjang gelombang C. bilangan ganjil kali setengah panjang gelombang #. bilangan genap kali setengah panjang gelombang . bilangan cacah kali setengah panjang gelombang
19.
ada ketinggian tertentu terjadi petir. unyi gunturnya terdengar 1,8 sekon setelah kilatan cahayanya. $ika diketahui kecepatan perambatan bunyi saat itu adalah 356 ms dan kecepatan cahaya di udara 3<167 ms, berapakah jarak sumber petir ke penghantar / 0. 29 m C. 1,8 < 167 m . 1256 m 7 . 816 m #. 5,8 < 16 m
17.
!eorang pendengar berada di antara dua sumber bunyi se*ase saling berhadapan. $arak antara kedua sumber adalah 17 meter. Brang itu bergerak ke samping kanan sepanjang garis penghubung kedua sumber bunyi. ada kedudukan tertentu yaitu 7 meter dari sumber kanan, pengamat tadi mendengarkan bunyi maksimum yang kedua kalinya. $ika kecepatan perambatan gelombang bunyi di udara 356 ms, *rekuensi kedua sumber bunyi tersebut adalah / C. 76 4 . 56 4 A. 196 4 B. 356 4 #. 26 4
1.
arpu tala 0 *rekuensinya 566 4 menghasilkan 3 layangan tiap sekon dengan garpu tala yang *rekuensinya lebih rendah. @rekuensi garpu tala adalah / A. 133,33 4 C. 563 4 . 39 4 #. 12 4 B. 35 4
26.
!inar gitar dipetik sehingga menghasilkan bunyi pada *rekuensi 366 4-1. $ka cepat rambat bunyi di udara 356 ms, berapa panjang gelombang bunyi yang dihasilkan / 0. 6,77 m #. 26 m . 1,13 m . 56 m C. 16 m
Fisika XII SMA
-
22 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
Modul
Fisika XII (3 SMA)
GELOMBANG A9A7A
$ames Clerk Ma<%ell, mengemukakan teori yang menyebutkan bah%a cahaya adalah rambatan gelombang yang dihasilkan oleh kombinasi medan listrik dan medan magnetik. elombang yang dihasilkan oleh medan listrik dan medan magnetik ini disebut gelombang elektromagnetik. elombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal yang dapat merambat dalam ruang hampa. al inilah yang menyebabkan radiasi cahaya matahari dapat mencapai permukaan bumi. •
•
•
ercobaan ans hristian "erste# 01<<< 3 18=1 menunjukkan bah%a arus listrik dapat membuat jarum kompas berubah arah. al ini membuktikan bah%a di sekitar arus listrik terdapat medan magnet. ercobaan $n#re Marie $mpere &1998 - 173' #ua ka%at yang bermuatan arus listrik dapat dibuat tarik-menarik atau tolak-menolak, persis seperti magnet. ercobaan %ames lerk Ma&well &1731 - 179' medan listrik dan medan magnet berhubungan erat. jika suatu arus listrik dialirkan majumundur, arus itu dapat menimbulkan gelombang elektromagnetik yang berubah-ubah yang memancar keluar dengan kecepatan yang sangat tinggi. Ma<%ell menyadari bah%a erhitungan-perhitungannya menunjukkan bah%a gelombang elektromagnetik itu memancar pada kecepatan cahaya. erdasarkan hal ini, Maxwell menyimpulkan bah%a cahaya itu sendiri adalah bentuk gelombang elektromagnetik. Medan listrik dan medan magnetik selalu saling tegak lurus, dan keduanya tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang. $adi, gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal. Cepat rambat gelombang elektromagnetik tergantung pada permeabilitas vakum & µ ' dan permitivitas vakum & ε ' sesuai dengan hubungan: 0
0
c
=
1
ε
A. ENERGI DALAM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK 1. 9uun'an Kua! Medan Lis!rik den'an Medan Ma'ne!ik Ge#$man' e#ek!r$ma'ne!ik adalah
gelombang transversal yang terdiri dari osilasi medan listrik, medan magnetik, yang satu sama lain saling tegak lurus dan berubah
Fisika XII SMA
-
23 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
secara periodik. Ge#$man' e#ek!r$ma'ne!ik adalah suatu gelombang sinusoida dengan medan listrik E dan medan magnet B berubah terhadap jarak x dan %aktu t menurut persamaan:
ω
E = E m cos ( kx − ω .t ) B = Bm cos ( kx − ω .t )
k
=
2π f 2π
=
λ . f = c
λ arah gerak gelombang. Medan Medan listrik berosilasi tegak lurus medan magnet dan magnet berosilasi tegak lurus medan listrik dan arah gerak gelombang. E m Bm
=
E B
=c
#apat disimpulkan bah%a setiap saat, nilai perbandingan antara amplitudo medan listrik dengan amplitudo medan magnetik dari suatu gelombang elektromagnetik adalah sama dengan cepat rambat cahaya. 2. Ra"a! Ener'i Lis!rik dan Ra"a! Ener'i Ma'ne!ik
nergi yang tersimpan dalam sebuah kapasitor merupakan usaha untuk muatan listrik. Jntuk mengisi kapasitor dari keadaan kosong &nol' sampai bermuatan q diperlukan sejumlah energi. esar energi tersebut dirumuskan: W =
1 2
)arena " C.F, maka :
q.V
W =
1 2
.V 2
#engan, D " energi yang tersimpan &joule' F " beda potensial &volt' " jumlah muatan &coulomb' C " kapasitas kapasitor &*arad' 0pabila kapasitor keping sejajar mempunyai luas penampang A dan jarak antara kedua keping adalah d , maka kapasitasnya dinyatakan: =
!ehingga, W = W =
ε 0 . A
V = E.d
d
1 ε 0 . A ( E .d ) 2 2 d 1 2
ε 0 . E 2 . A.d
asil kali luas keping 0 dan jarak antara kedua keping d sama dengan volume kapasitor F, sehingga energi yang tersimpan dalam kapasitor adalah:
W =
Fisika XII SMA
1 ε 0 E 2V 2
-
24 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
Ra"a! ener'i #is!rik 0ueadalah energi per satuan volume, maka:
=
!e
1 2
ε 0 E 2
#engan, ε " 7,78<16-12 C2m2 0
&um', merupakan perbandingan antara energi yang tersimpan dalam solenoida dengan volumenya. Ra"a! ener'i ma'ne!ik a!au ener'i ma'ne!ik "er sa!uan +$#ume
!m
=
B 2 2 µ 0
#engan, µ 0 = 4π × 10 −7 Db0m
%. In!ensi!as Ge#$man' E#ek!r$ma'ne!ik
;ntensitas gelombang elektromagnetik atau laju energi yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik disebut pointing &lambang S'. !ecara vektor, pointing dide*inisikan sebagai: " =
1
µ 0
" =
E × B
E m Bm 2 µ 0
! =
" c
" = c ⋅ !
B. SIAT3SIAT GELOMBANG A9A7A 1.
Dis"ersi
#ispersi adalah peristi%a penguraian cahaya putih &polikromatik' menjadi komponenkomponennya karena pembiasan. )omponen-komponen %arna yang terbentuk yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. #ispersi terjadi akibat adanya perbedaan deviasi untuk setiap panjang gelombang, yang disebabkan oleh perbedaan kelajuan masing-masing gelombang pada saat mele%ati medium pembias. 2. In!er)erensi a&a,a
adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu gelombang baru. ;nter*erensi terjadi jika terpenuhi dua syarat berikut ini. 1'. )edua gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bah%a kedua gelombang cahaya harus memiliki beda *ase yang selalu tetap, oleh sebab itu keduanya harus memiliki *rekuensi yang sama. 2'. )edua gelombang cahaya harus memiliki amplitudo yang hampir sama. In!er)erensi
a. In!er)erensi e#a& 'anda In!er)erensi maksimum
0pabila dua gelombang bertemu, dan saling menguatkan, maka akan terjadi inter'erensi maksimum dan terbentuk pola garis terang. ada celah ganda, inter*erensi ini akan terjadi apabila kedua gelombang memiliki *ase yang sama
Fisika XII SMA
-
25 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
&se*ase', yaitu apabila keduanya ber*rekuensi sama dan titik-titik yang bersesuaian berada pada tempat yang sama selama osilasi pada saat yang sama. $arak garis terang ke-n dari pusat terang dinyatakan dengan persamaan:
n.λ = d . sin θ
d . p
n.λ =
#engan, n " 6, 1, 2, 3, /
.. p
N
In!er)erensi minimum
$ika dua gelombang bertemu, dan akan saling meniadakan maka terjadi inter*erensi minimum, sehingga terbentuklah pola garis gelap. ;nter*erensi minimum terjadi pada dua gelombang yang tidak se*ase. $arak garis gelap keEn dari pusat terang adalah:
n − 1 λ = d . p 2
n − 1 λ = d ⋅ sin θ 2
dengan n " 1, 2, 3, /
ada inter*erensi celah ganda, jarak dua garis terang yang berurutan sama dengan jarak dua garis gelap yang berurutan.
∆dp
= ∆nλ
. In!er)erensi "ada #a"isan !i"is
ola inter*erensi pada lapisan tipis dipengaruhi oleh dua *aktor, yaitu panjang lintasan optik dan perubahan *ase sinar pantul. !yarat-syarat terjadinya inter*erensi pada lapisan tipis adalah: 1'.
Syarat terja#inya inter'erensi maksimum &terang'
1 2n.d . cos r = m − 2 2'.
dengan, m " 1, 2, 3, / n " indeks bias bahan d " tebal bahan
Syarat terja#inya inter'erensi minimum &gelap'
r " sudut bias
2n.d . cos r = m.λ Fisika XII SMA
-
26 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
m " 6, 1, 2, 3, /.
.
inin Ne>!$n inin Ne>!$n adalah
pola inter*erensi yang terbentuk oleh sebuah lensa yang sedikit cembung yang diletakkan di atas sebuah keping gelas datar. ola inter*erensi cincin e%ton ini terjadi jika cahaya dengan panjang gelombang ( , datang dari atas dengan arah tegak lurus. $ika R adalah jari-jari kelengkungan lensa dan r adalah jari-jari kelengkungan gelap dan terang hasil inter*erensi, maka akan terjadi hal-hal berikut ini. 1'. (nter'erensi maksimum &lingkaran terang', jika: r t 2
2'.
#engan, n " 1, 2, 3, /. r t " jari-jari lingkaran terang ke-n
(nter'erensi minimum &lingkaran gelap'
r g 2
%.
1 = n − λ . # 2
#engan, n " 6, 1, 2, 3, /.. r g " jari-jari lingkaran gelap ke-n
= n.λ . #
Di)raksi Di)raksi a&a,a adalah
peristi%a penyebaran atau pembelokan gelombang oleh celah sempit sebagai penghalang. elombang terdi*raksi selanjutnya berinter*erensi satu sama lain sehingga menghasilkan daerah penguatan dan pelemahan. a. Di)raksi e#a& Tun''a#
!alah satu jenis di)raksi raun&$)er , yaitu di*raksi dengan sumber cahaya dan layar penerima berada pada jarak tak terhingga dari benda penyebab di*raksi, sehingga muka gelombang tidak lagi diperlakukan sebagai bidang s*eris, melainkan sebagai bidang datar. #engan kata lain, di*raksi ini melibatkan berkas cahaya sejajar. )edua cahaya akan saling memperlemah dan menyebabkan terjadinya inter*erensi minimum sehingga pada layer terbentuk pola gelap. $adi, pola gelap &di*raksi minimum' terjadi jika: n " 1, 2, 3, /.
d . sin θ = n.λ
!edangkan, pola terang &di*raksi maksimum' terjadi bila:
d . sin θ = n −
1 λ 2
n " 1, 2, 3, /
. Di)raksi e#a& Ma/emuk 0Kisi Di)raksi
Fisika XII SMA
-
27 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
merupakan piranti untuk menghasilkan spektrum dengan menggunakan di*raksi dan inter*erensi, yang tersusun oleh celah sejajar dalam jumlah sangat banyak dan memiliki jarak yang sama &biasanya dalam orde 1.666 per mm'. #engan menggunakan banyak celah, garis-garis terang dan gelap yang dihasilkan pada layar menjadi lebih tajam. ila banyaknya garis &celah' per satuan panjang, misalnya cm adalah , maka tetapan kisi d adalah: Kisi
di)raksi
d =
1 $
ila cahaya dile%atkan pada kisi dan diarahkan ke layar, maka pada layar akan terjadi: G n " 6, 1, 2, / 1'. aris terang &maksimum', bila: d . sin θ = n.λ
2'. aris gelap &minimum', bila:
1 d . sin θ = n - λ 2
G n " 1, 2, 3, /
*. P$#arisasi a&a,a
adalah proses pembatasan gelombang vektor yang membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah. +idak seperti inter*erensi dan di*raksi yang dapat terjadi pada gelombang transversal dan longitudinal, e*ek polarisasi hanya dialami oleh gelombang transversal. Cahaya dapat mengalami polarisasi menunjukkan bah%a cahaya termasuk gelombang transversal. ada cahaya tidak terpolarisasi, medan listrik bergetar ke segala arah, tegak lurus arah rambat gelombang. !etelah mengalami pemantulan atau diteruskan melalui bahan tertentu, medan listrik terbatasi pada satu arah. olarisasi dapat terjadi karena pemantulan pada cermin datar, absorpsi selekti* dari bahan polaroid, dan bias kembar oleh kristal. P$#arisasi
. EEK DOPPLER PADA GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
@rekuensi dan panjang gelombang yang diukur akan berubah sehingga menghasilkan kecepatan cahaya tetap. ergeseran *rekuensi ini dinamakan pergeseran Doppler . Jntuk radiasi elektromagnetik, laju cahaya c merupakan cirri perhitungan dan karena tidak ada medium tetap sebagai kerangka acuan, maka relativitas akan diperhitungkan. 1− f = f 0 1+
ila
v2 c2
v
2 2
c 2 v c
2
lebih kecil dibandingkan dengan 1, maka
f = f 0 1 −
v
c
)edua persamaan diatas hanya berlaku untuk pengamat dan sumber yang saling menjauhi.
Fisika XII SMA
-
28 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
D. APLIKASI GELOMBANG A9A7A
elombang cahaya yang merupakan gelombang transversal diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, seperti pada radar, sinar gamma, dan sinar-L yang berman*aat dalam bidang pengetahuan dan pengobatan. 1.
Radar
Kadar merupakan suatu sistem alat untuk mendeteksi keberadaan, letak, kecepatan, dan arah gerak benda-benda di kejauhan, seperti pesa%at terbang dan kapal, melalui kemampuan benda-benda tersebut untuk memantulkan seberkas radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang beberapa sentimeter. Kadar juga digunakan untuk navigasi dan pemanduan. !istem alat ini terdiri atas pemancar yang menghasilkan radiasi *rekuensi radio, seringkali berupa denyut, yang diberikan pada antena yang dapat dipindah-pindahkan yang kemudian dipancarkan sebagai berkas radiasi. Daktu yang dibutuhkan denyut untuk mencapai benda dan untuk dipantulkan kembali &t ' dapat diketahui dari persamaan: s =
c.t 2
Kadar dibedakan beberapa jenis, antara lain radar cuaca, radar penga%as pelabuhan udara, radar penga%as umum, radar pesa%at udara, radar sonde, dan radar sur)eillance . 2.
Sinar Gamma
!inar gamma merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti atom dengan energi yang sangat tinggi. !inar gamma banyak diman*aatkan dalam bidang ilmu pengetahuan dan pengobatan. #alam bidang pengetahuan, sinar gamma digunakan untuk membantu studi *isika inti dan astronomi. #alam bidang pengobatan, sinar gamma diman*aatkan untuk diagnosis dan terapi kanker. !aat ini sedang dikembangkan penerapan sinar gamma untuk penyucihamaan dan penga%etan makanan. %.
Sinar3?
#alam bidang kedokteran, sinar-< digunakan untuk melihat kondisi bagian dalam tubuh tanpa melakukan pembedahan. !inar-< juga dapat digunakan untuk mendeteksi benda. #alam teknik radiogra*i, sinar-< digunakan untuk menguji sebuah benda dan memeriksa kerusakan atau cacat pada mesin. !inar-< juga diman*aatkan untuk memeriksa struktur kristal.
Fisika XII SMA
-
29 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
SOAL-SOAL SOAL-SOAL LATIHAN LATIHAN
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
1. )elajuan energi rata-rata gelombang elektromagnetik dapat dinyatakan dengan persamaan di ba%ah ini, kecuali / 2
0. " = . " = C. " =
E m 2 µ 0 c E m Bm 2 µ 0
#. " = .
"
Bm2 .c
=
µ 0 c.!
B m2 .c 2 µ 0
2. )uat medan magnetik gelombang elektromagnetik adalah < 16-7 +. Maka kuat medan listriknya adalah / 0. 21 C C. ,6 C . 6,8 C . 17 C #. 3 C 3. ;ntensitas rata-rata radiasi gelombang elektromagnetik yang memiliki rapat energi rata-rata 1, < 16-7 $m3 adalah / 0. 1, Dm-1 C. 3, Dm-1 . 8, Dm-1 . 2,5 Dm-1 #. 5,7 Dm-1 5. Cahaya polikromatik yang mengenai prisma akan mengalami peristi%a / 0. Ke*leksi C. #ispersi . polarisasi . #i*raksi #. ;nter*erensi 8. Cahaya adalah gelombang transversal, karena cahaya dapat mengalami peristi%a / 0. Ke*leksi C. #ispersi . polarisasi . #i*raksi #. ;nter*erensi . !eberkas cahaya jatuh tegak lurus mengenai dua celah yang berjarak 6,5 mm. aris terang ketiga pada layer berjarak 6,8 mm dari terang pusat. $ika jarak layer dengan celah adalah 56 cm, maka panjang gelombang cahaya tersebut adalah / 0. 566 mm C. 196 mm . 166 mm . 266 mm #. 126 mm 9. $ari-jari lingkaran terang pertama pada cincin e%ton adalah 1 mm. jika jari-jari plankonveks adalah 5 m, maka panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah / 0. 5.666 O C. 8.666 O . .666 O . 5.866 O #. 8.866 O 7. !eberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 8.666 O dile%atkan pada kisi di*raksi sehingga garis terang kedua terjadi dengan sudut deviasi 366 terhadap garis normal. )isi tersebut memiliki jumlah garis per millimeter sebesar / 0. 286 C. 1.666 . 5.666
Fisika XII SMA
-
30 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
. 866
#. 2.666
. !uatu benda hitam pada suhu 296C memancarkan energi 2K $s. enda hitam tersebut dipanasi hingga suhunya 3296C. besar energi yang dipancarkan adalah / 0. 5K C. 1K . 5K . 7K #. 32K Modul
Fisika XII (3 SMA) STANDAR KOMPETENSI 2. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi
KOMPETENSI DASAR 2.1 Mem*ormulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, *luks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada keping sejajar 2.2 Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi 2.3 Mem*ormulasikan konsep induksi @araday dan arus bolak-balik serta penerapannya
LISTRIK STATIS @ KAPASITOR
A.
M6ATAN LISTRIK
Muatan listrik terbagi dua yaitu muatan positi* &A' dan muatan negati*
•
&-' Muatan listrik sejenis tolak menolak sedangkan yang berlainan jenis
•
tarik menarik • •
)onduktor adalah 4at yang mudah dilaluimenyimpan muatan listrik contoh : besi, tembaga ;solator adalah 4at yang sulit dilaluimenyimpan muatan listrik Contoh : karet, kaca
B.
K6AT MEDAN LISTRIK DAN 96K6M O6LOMB
!uatu benda bermuatan listrik akan menimbulkan medan listrik disekitarnya. engaruh medan listrik di suatu titik dinyatakan oleh besaran vektor kuat medan listrik &'. jika suatu benda lain bermuatan >2 ditempatkan di titik tersebut, maka benda bermuatan tersebut akan mengalami Ga!a Elektrostatik &@' yang disebut juga Gaya oulomb. esarnya gaya listrik berbanding lurus dengan perkalian besar kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda yang disebut hukum oulomb. aya tarik dan gaya tolak antara dua muatan listrik dinamakan gaya Coulomb.
E = k Fisika XII SMA
%1
" kuat medan listrik &C' @ " gaya tariktolak &'
r 2 -
31 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
F = %2 . E = k
K " jarak muatan >1 dan >2 ) " tetapan " < 16 mC
%1.%2 2
r
1. Mua!an3mua!an ,an' se'aris
Jntuk muatan-muatan yang segaris, besarnya gaya Coulomb yang dapat dirumuskan: F = F 1
+ F 2 + F 3 + ...
2. Mua!an3mua!an ,an' !idak se'aris
Jntuk menentukan gaya Coulomb pada muatan 1 dapat dicari dengan menggunakan rumus: F 1
=
F 122
-3
+ F 132 + 2 F 12 F 13 cosθ
#engan, F 12
= k
q1 q 2
F 13
2
r 12
= k
-1
q1 q 3
N
r 132
@13
@12
-2
@1
%. $rmu#asi &ukum Gauss
P$umlah aljabar garis-garis gaya magnet &*luks' listrik yang menembus permukaan tertutup sebanding dengan jumlah aljabar muatan listrik di dalam permukaan tersebutQ *. Kua! medan #is!rik dian!ara dua "e#a! se/a/ar ermua!an
E =
σ ε 0
=. 6sa&a ,an' di"er#ukan un!uk meminda&kan mua!an dari !i!ik a ke
W a&
.
1 1 = k .q.q' − r & r a
POTENSIAL DAN ENERGI LISTRIK
otensial listrik &F' di suatu titik karena muatan > adalah / V = k %
r
Fisika XII SMA
atau
V = E .r
-
32 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
$ika suatu muatan listrik > berada di dalam beda potensial F maka muatan listrik tersebut memiliki energi potensial sebesar : Ep = %.V
E p
k .q.q ' r
=
Jsaha untuk memindahkan muatan > dalam medan listrik dari titik 0 ke titik adalah : W = %(V B
1.
− V A )
P$!ensia# #is!rik $#e& $#a k$nduk!$r ermua!an
K
r
0
V A
= V B =
V
=
Jntuk r R K
k .q #
C
2.
Jntuk r S K
k .q r
P$!ensia# #is!rik "ada ke"in' se/a/ar seluas A terpisah dengan jarak d masing-masing
#ua keping sejajar diberi muatan Aq dan -q. Kapat muatan listrik T dide*inisikan sebagai muatan listrik per satuan luas. σ =
'
q A
A A A A A A
P$!ensia# #is!rik di an!ara dua ke"in'( V ) E*r
P$!ensia# #is!rik di #uar ke"in'(
&
V ) E*d
)+'
D.
E
B
)*0
-
(
)*'
KAPASITOR 0 C4
)apasitas kapasitor menyatakan kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik. Ka"asi!as ka"asi!$r ke"in' se/a/ar V ) E*d
=
ε 0 . A d
Ka"asi!as ka"asi!$r ke"in' se/a/ar ,an' dieri a! die#ek!rik
=
Fisika XII SMA
' .ε 0 . A d
#engan, ) " konstanta dielektrik ε = ' .ε 0
-
33 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
Ka"asi!as $#a k$nduk!$r
#ua kapasitor yang disusun secara seri, beda potensial yang lebih besar terdapat pada kapasitor yang kapasitansinya lebih kecil. =
r = 4πε 0 r k
Ran'kaian ka"asi!$r seri dan "ara#e# ( SERI 1 1 1 1 = + + + .... s 1 2 3
PARALEL
C " C1 A C2 A C3 A /
F! " F1 A F2 A F3 A / >s " >1 " >2 " >3 " /
Fp " F1 " F2 " F3 " / >+ " >1 A >2 A >3 A /
Ener'i Ka"asi!$r 05
Muatan listrik menimbulkan potensial listrik dan untuk memindahkannya diperlukan usaha. Jntuk memberi muatan pada suatu kapasitor diperlukan usaha listrik, dan usaha listrik ini disimpan di dalam kapasitor sebagai energi.
W =
q2 2
=
1 2
.V 2
=
1 2
%.V
eberapa kegunaan kapasitor, antara lain: a. menyimpan muatan listrik, b. memilih gelombang radio &tuning', c. sebagai perata arus pada recti*ier, d. sebagai komponen rangkaian starter kendaraan bermotor, e. memadamkan bunga api pada sistem pengapian mobil, *. sebagai *ilter dalam catu daya &power s"ppl! '.
Fisika XII SMA
-
34 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
SOAL-SOAL SOAL-SOAL LATIHAN LATIHAN
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
1. #ua buah benda masing-masing bermuatan listrik 5<16- coulomb dan <16- coulomb terpisah sejauh 2 cm. 0pabila ) " <16 .m2C2, maka gaya tolak menolak kedua benda itu adalah / 0. 7,1 < 16-5 C. 3, < 16- 5 . 7,1 < 16- . 7,1 < 16-8 #. 3, < 16-8 2. #ua buah benda masing-masing bermuatan listrik -7 < 16-C dan A < 16-C terpisah sejauh 5 cm. Maka gaya tolak menolak kedua benda itu adalah / 0. ( = F =
. ( =
,2 )
,1.,2 )
C. ( = -
.
%1 .% 2 r 2 ,2 )2
,1.,2
#. ( = -
)2
3. esarnya gaya tolak menolak atau tarik menarik dua muatan listrik adalah / 0. berbanding terbalik dengan besarnya muatan-muatan itu . berbanding lurus dengan besarnya muatan masing-masing C. berbanding terbalik dengan massa bendanya #. berbanding lurus dengan kuadrat jarak antara kedua muatan . berbanding terbalik dengan jaraknya 5. !ebuah muatan negati* -2 < 16-5C dan sebuah muatan positi* A7 < 16-5C dipisahkan oleh jarak 6,3 m. gaya listrik antara kedua muatan tersebut adalah / 0. -1666 C. 1666 . 7.666 . -7666 #. 2266 8. +itik terletak tepat di tengah garis hubungan antara muatan 26 nC dan -8 nC. $ika jarak kedua muatan itu m. hitunglah medan listrik di titik tersebutU 0. 16 C. 18 . 38 . 26 #. 28 . )uat medan listrik di suatu titik sejauh r dari muatan titik akan diperbesar menjadi 128 kali semula. ;ni dapat dilakukan dengan cara/ 0. Memperbesar muatan menjadi 8 kali dan jarak 28 kali . Memperkecil jarak menjadi 18 kali dan muatan 28 kali C. Memperkecil jarak menjadi 1128 kali dan muatan 8 kali #. Memperbesar muatan menjadi 8 kali dan jarak 18 kali Fisika XII SMA
-
35 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
. Memperkecil jarak menjadi 18 dan muatan 8 kali 9. #ua keping logam yang sejajar dan jaraknya 6,8 cm satu dari yang lain diberi muatan listrik yang berla%anan hingga beda potensial 165 F. ila muatan elektron adalah 1,<16-1 C, maka besar dan arah gaya coulomb pada sebuah elektron yang ada di antara kedua keping adalah / 0. 6,7 < 16-19 ke atas . 6,7 < 16-19 ke ba%ah C. 3,2 < 16-13 ke atas #. 3,2 < 16-18 ke atas . 12,8 < 16-25 ke atas 7. +iga buah kapasitor masing-masing 2@, 3@ dan @ dirangkai seri dan kemudian dihubungkan ke sumber tegangan volt. +egangan pada kapasitor 2@ adalah / 0. 1 volt C. 3 volt . volt . 2 volt #. 5 volt . !ebuah kapasitor keping yang ruang antaranya udara dan kapasitansinya Co dihubungkan dengan sumber tegangan F. $ika ruang antara kedua keping kapasitor diisi dengan mika, maka besaran yang tidak berubah adalah / 0. )apasitansi C. )uat medan . gaya . Muatan #. nergi 16. +iga buah kapasitor masing-masing 3@, @ dan @ dirangkai seri dan kemudian dihubungkan ke sumber tegangan 226 volt. +egangan antara ujung-ujung kapasitor 3@ adalah / 0. 126 volt C. 76 volt . 56 volt . 116 volt #. 6 volt 11. otensial di suatu titik yang berjarak r dari muatan > adalah 66 F. intensitas medan di titik tersebut 566 C. $ika k " <16 m2C2, maka besar muatan > adalah / 0. 2,28 < 16- C C. 5,5 < 16-7 C . , < 16-9 C . 1 < 16-9 C #. 1, 8 < 16- C 12. 0lat untuk mengetahui adanya muatan listrik adalah ... . 0. teleskop C. trans*ormator . optalmeskop #. stetoskop
. elektroskop
13. #ua buah muatan positi* terpisah sejauh 86 cm. $ika gaya tolak-menolak kedua muatan 6, dan besar kedua muatan sama, besar muatan tersebut adalah / 0. 12,8 VC C. 8 VC . 9,8 VC . 16 VC #. 2,8 VC 15. mpat buah muatan 0, , C, dan #. 0 dan tolak-menolak, 0 dan C tarik-menarik, sedangkan C dan # tolak-menolak. $ika bermuatan positi*, maka / 0. 0 bermuatan negati*, C positi* #. # bermuatan negati*, C positi* . 0 bermuatan positi*, C positi* . C bermuatan negati*, # positi* C. # bermuatan negati*, 0 positi* 18. !ebuah benda bermuatan listrik A3 VC . Maka titik x yang kuat medannya 3 W 169 C-1 berada pada jarak ... . 0. 3 cm C. cm . 8 cm . 5 cm #. 9 cm Fisika XII SMA
-
36 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
1. Muatan A coulomb saling tarik-menarik dengan muatan B coulomb, yang berjarak d meter satu sama lain. esarnya energi potensial listrik yang terjadi adalah ... . 0. .
A. B k .d A. B.d k
C.
k . A. B
.
d
#.
A. B k 2 .d
k .d A. B
19. otensial di titik sejauh r dari muatan q sama dengan # . otensial di titik > sejauh R dari muatan 8q sama dengan 2# . ernyataan yang benar adalah ... . 0. K " 6,1r C. K " 2,8r . K " r . K " r8 #. K " 8r 17. )apasitas suatu kapasitor keping sejajar menjadi lebih kecil apabila .... . 0. luas permukaan kedua keping diperbesar . jarak antara kedua kepingnya diperbesar C. diisi dengan dielektrik yang konstantanya lebih besar #. beda tegangan kedua kepingnya diperkecil . muatan setiap keping dikurangi 1. !ebuah kapasitor keping sejajar dengan luas keping 86 cm2, jarak antara kepingnya 3,85 mm. $ika kapasitor tersebut diberi tegangan 866 F, maka besarnya energi kapasitor tersebut adalah ... . 0. 1, W 16- $ #. 8,6 W 16-9 $ . 2,8 W 16-9 $ . 8,6 W 16-7 $ C. 8,6 W 16- $
Fisika XII SMA
-
37 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
Modul
Fisika XII (3 SMA)
MAGNET
A. MEDAN MAGNET
•
• • • •
0danya medan magnet didalam ruang dapat ditunjukkan dengan mengamati pengaruh yang ditimbulkan. &1' ila di dalam ruang tersebut ditempatkan benda magnetik, maka benda tersebut mengalami gaya. &2' ila diruang terdapat partikelbenda bermuatan, maka benda tersebut mengalami gaya. )uat lemahnya medan magnet ditunjukkan oleh intensitas magnet &' *ek medan magnet disebut induksi magnetik &' Medan magnet dan e*ek medan magnet merupakan besaran vektor ubungan antara dan : " induksi magnetik &Deberm2 atau +esla' B = µ 0# " intensitas magnet µ6 " permeabilitas udara " 5π < 16-9 Db0.m
B. AR6S LISTRIK MENG9ASILKAN MEDAN MAGNET
esar medan magnet di sekitar ka%at panjang lurus dan berarus listrik, dari hukum 0mpere didapat sebagai berikut : B =
µ 0 . I 2π r
La"#ae menyatakan
bah%a kuat medan magnet atau induksi magnetik di sekitar arus
listrik: a. berbanding lurus dengan kuat arus listrik, b. berbanding lurus dengan panjang ka%at penghantar, c. berbanding terbalik dengan kuadrat jarak suatu titik dari ka%at penghantar tersebut, d. arah induksi magnet tersebut tegak lurus dengan bidang yang dilalui arus listrik. . KA5AT MELINGKAR
ada pusat lingkaran ka%at berjari-jari r dan berarus listrik ; terdapat induksi magnet yang besarnya : µ 0 . I
B = $
Fisika XII SMA
2r -
38 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
D. SOLENOIDA
)a%at melingkar berarus listrik dengan lilitan yang banyak disebut s$#en$ida . Medan magnet atau induksi magnet di tengah-tengah solenoida dapat dianggap sama dan besarnya adalah : B =
µ 0 . $ . I L
;nduksi magnetik dalam soneloida &kumparan panjang' berlaku:
= µ 0 . $ . I
B
;nduksi magnetik di ujung soneloida berlaku: B
=
µ 0 . $ .I 2
E. TOROIDA
!olenoida yang dibuat melingkar sehingga ujung-ujungnya bertemu disebut toroida. ;nduksi magnetik di sumbu toroida sama dengan solenoida, yaitu : B =
µ 0 I
. GA7A LORENT;
)a%at panjang lurus berarus listrik ; yang berada di dalam medan magnet akan mendapat gaya yang besarnya : &θ " sudut antara arah arus dengan medan magnet' esar gaya yang terjadi adalah: a. berbanding lurus dengan arus $ pada ka%at, b. berbanding lurus dengan panjang ka%at l pada medan magnetik, c. berbanding lurus dengan medan magnetik B% d. berbanding lurus sudut N antara arah arus dan medan magnetik. -ari3/ari #in!asan mua!an ,an' er'erak( #
Fisika XII SMA
m.v =
q. B
-
39 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
G. IND6KSI ELEKTROMAGNETIK dan AR6S BOLAK3BALIK 1.
9ukum arada,
$ika *luks magnet &Φ' yang menembus suatu kumparan berubah-ubah, maka akan timbul ? induksi besar : " jumlah lilitan kumparan 'Φ dΦ " perubahan *luks ∈= −N '. dt " perubahan %aktu 0rah arus induksi dan ? yang timbul, ditentukan berdasarkan hukum ?en4 dan aturan tangan kanan. 2.
GGL Induksi
ila sebuah penghantar dengan panjang X digerakkan dengan kecepatan v didalam medan magnet , tegak lurus terhadap arah medan, maka akan timbul ? induksi di ujung-ujung penghantar sebesar :
%.
9ukum Len
P0rah arus induksi adalah sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnet yang mela%an perubahan *luks magnet yang terjadi.Q L
∈= −
dl dt
? " induksi diri &enry' dl " perubahan arus pada selang %aktu dt dt
*. ak!$r "en,ea !imu#n,a GGL induksi
enyebab utama timbulnya ggl induksi adalah terjadinya perubahan *luks magnetik yang dilingkupi oleh suatu loop ka%at. esarnya *luks magnetik telah dinyatakan Φ = B. A. cosθ . #engan demikian, ada tiga *actor penyebab timbulnya ggl pada suatu kumparan, yaitu: a. perubahan luas bidang kumparan &A', b. perubahan orientasi sudut kumparan N terhadap medan, c. perubahan induksi magnetik. =. Penera"an Induksi E#ek!r$ma'ne!ik
enerator : !uatu sistem yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan prinsip kerja berdasarkan peristi%a induksi. esarnya ? induksi yang timbul di dalam kumparan adalah : ε = ε !" . sin ω t ε
Fisika XII SMA
= $ .ω .Φ = $ .ω . A.
-
40 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
9. TRANSORMATOR
+rans*ormator : alat untukmengubah tegangan listrik bolak-balik. rinsip kerjanya berdasarkan pemindahan dayaenergi listrik dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan cara induksi.
•
Tra)$ umum V 2 $ 2
•
V 1 $ 1
Trans)$rma!$r idea#
P in
•
=
V 1
= P
+!t
V 2
=
I 2 I 1
Trans)$rma!$r !ak idea#
in ≠ out G out " η. in Arus Pusar :
η =
P +!t P in
x100#
arus yang timbul dalam suatu penghantar yang bergerak didalam medan
magnet. Contoh : alat pemanas induksi, redaman elektromagnetik. I.
IND6KTANSI
;nduktansi merupakan si*at sebuah rangkaian listrik atau komponen yang menyebabkan timbulnya ggl di dalam rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang mele%ati rangkaian &sel& ind"ctance' atau akibat perubahan arus yang mele%ati rangkaian tetangga yang dihubungkan secara magnetis &ind"ktansi bersama atau m"t"al ind"ctance'. perubahan arus berarti ada perubahan medan magnetik, yang kemudian menghasilkan ggl. 0pabila sebuah kumparan dialiri arus, di dalam kumparan tersebut akan timbul medan magnetik. 0pabila arus yang mengalir besarnya berubah-ubah terhadap %aktu akan menghasilkan *luks magnetik yang berubah terhadap %aktu. erubahan *luks magnetic ini dapat menginduksi rangkaian itu sendiri, sehingga di dalamnya timbul ggl induksi. gl induksi yang diakibatkan oleh perubahan *luks magnetik sendiri dinamakan ggl induksi diri. 1. Induk!ansi Diri 0G'# Induksi "ada Kum"aran
ε = − L
∆ I ∆t
2. Induksi Diri "ada S$#en$ida dan T$r$ida
L = Fisika XII SMA
µ 0 . $ 2 . A -
41 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
%. Ener'i ,an' Tersim"an da#am Induk!$r
, =
1 B
dengan kerapatan energi:
2
2 µ 0
A.
*. Induk!ansi Bersama
ε 1
Fisika XII SMA
= − -
∆ I 2 ∆t
ε 2
= − -
∆ I 1 ∆t
-
42 -
! =
1 B 2 2 µ 0
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
SOAL-SOAL SOAL-SOAL LATIHAN LATIHAN
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
1. !epotong ka%at yang panjang menghubungkan 2 tempat, berarus listrik 2660. Maka medan magnet di sebuah titik di permukaan tanah yang berajarak 8 langsung diba%ah ka%at adalah / 0. 7<16-9 %bm2 C. 7<16-8 %bm2 . 7<16- %bm2 #. 5<16-2 %bm2 2. !ebuah ka%at penghatar panjang 26 cm berarus listrik 20 dan berarah ke bara, ditempatkan dalam medan magnet yang tegak lurus penghatar, jika besar gaya ?orent4 yang dialami ka%at penghatar tersebut 6,2 dan berarah ke selatan maka besar dan arah medan magnetnya adalah / 0. Y tesla, keatas . 2 tesla, ke utara C. Y tesla, ke ba%ah #. 2 tesla, ke timur 3. erbandingan antara induksi magnetik di pusat solenoida dengan panjang b dan induksi magnetik dalam toroida yang berjari-jari a, bila keduanya memiliki jumlah lilitan yang sama dan dilalui oleh arus yang sama besar adalah / 0. a:b C. 2µa : b . b:a #. µa : b 5. 0rus listrik mengalir sepanjang ka%at listrik tegangan tinggi dari selatan ke utara. 0rah medan magnet yang diakibatkan arus listrik diatas ka%at tersebut adalah ke / 0. !elatan C. +imur . Jtara #. arat 8. #ua buah ka%at lurus yang sangat panjang diletakkan sejajar satu sama lain pada jarak r. )edua ka%at masingmasing dialiri arus searah ; yang arahnya sama. Maka kedua ka%at akan / 0. tolak menolak dengan gaya sebanding r
Fisika XII SMA
.
C.
#.
tarik menarik sebanding r -2 tolak menolak sebanding r -1 tarik menarik sebanding r -1
dengan
gaya
dengan
gaya
dengan
gaya
. #ua ka%at lurus sejajar masing-masing dialiri arus yang searah sebesar i1 " 120 dan i2 " 170. )edua ka%at terpisah pada jarak 18 cm. ;nduksi magnet akan sama dengan nol pada jarak / cm dari ka%at i2. 0. 3 C. . 8 #. 9. #ua buah ka%at sejajar yang panjang berada di udara terpisah olehjarak 16 cm dialiri arus 560 dan 260 dengan arah berla%anan. esarnya induksi magnetik pada garis yang sejajar kedua ka%at dan tepat di tengah-tengah keduanya adalah / 0. nol C. 2,5<16-5 tesla . 1,2<16-5 tesla #. 3,<16-5 tesla 7. !ebuah tra*o dengan e*isiensi 98H memiliki perbandingan kumparan sekunder dan primer 3 : 5. jika bagian sekunder tra*o dihubungkan dengan re*rigerator 128 F266D, maka arus yang mengalir pada kumparan primer adalah / 0. 6,3 0 C. 1,28 0 . 6,98 0 #. 1, 0 . erbandingan jumlah lilitan ka%at pada kumparan primer dan sekunder sebuah trans*ormator adalah 1: 5. tegangan dan kuat arus masukannya masingmasing 16 F dan 20. $ika daya ratarata yang berubah menjadikalor pada transormator tersebut adalah 5 D dan tegangan keluarannya adalah 56 F, maka kuat arus keluarannya sebesar / 0. 6,1 0 C. 6,8 0 . 6,5 0 #. 6, 0 -
43 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
arus yang mengalir di dalam ka%at itu 36 0, maka gaya yang dialami ka%at itu adalah / 0. ,9 < 16-5 . < 16-1 C. 1,9 < 16-5 #. 18
16. )a%at 0 dengan panjang 56 cm yang berada pada medan magnet 6,8 +,
kelajuan 5 ms. ila K " 16 Ω dan potensial 0 lebih besar dari b. aya lorent4 adalah / 0. 7<16-3 ke kiri . 7<16-3 ke kanan C. 1<16-3 ke kiri #. 1<16-3 ke kanan 11. ada gambar diba%ah, magnet J! digerakkan mendekati kumparan untuk kemudian dijauhkan kembali. 0rah arus induksi yang terjadi pada hambatan K adalah / 0. 0 ke lalu ke 0 . ke 0 lalu 0 ke C. !elalu dari 0 ke #. !elalu dari ke 0 12. ambar diba%ah menunjukkan ka%at yang dialiri arus 26 0. )uat medan magnet di titik adalah / 0. 8π < 16-8 + C. 1,8π < 16-5 + . 8π < 16-5 + #. 1,8π < 16-8 +
15. )a%at 0 hampir bersinggungan dengan sebuah ka%at melingkar yang berpusat di #. $ika ; " 8 0 dan jari-jari lingkaran 16 cm, maka kuat induksi magnetik di # besarnya / 0. &π - 1' < 16-8 + . &5 - π' < 16-8 + C. &π A 1' < 16-8 + #. &5 - π' < 16-8 + 18. #ua buah ka%at dibengkokkan menjadi berbentuk lingkaran berjari-jari a seperti pada gambar. $ika bagian yang atas mempunyai hambatan 2 K ohm dan bagian yang ba%ah K ohm, maka harga medan magnet di pusat lingkaran jika dinyatakan dengan arus ; adalah / 0. µ6;12 a . µ6;5 a C. µ6; a #. µ6;2 a
13. !ebuah ka%at panjangnya 26 cm berada tegak lurus di dalam medan magnetik. $ika rapat *luks magnetiknya 6,1 + dan
Fisika XII SMA
-
44 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
K6MP6LAN SOAL 1 Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
1. #ua titik 4at 0 dan mula-mula berjarak 11 m. +itik 0 menuju dengan kecepatan a%al 18 ms dan percepatan 5 msZ. ada saat yang bersamaan bergerak menuju 0 dengan kecepatan a%al 16 ms dan perlambatan 2 msZ, maka keduanya akan saling bertemu setelah masing-masing bergerak selama / 0. 2 sekon #. 8 sekon . 3 sekon . sekon C. 5 sekon 2. #ua mobil 0 dan bergerak sepanjang jalan lurus yangmula-mula bersampingan dengan arah sama, yang diagram v E t nya seperti gambar disamping. Maka mobil 0 akan mengejar mobil setelah bergerak selama .... 0. sekon . 7 sekon C. 16 sekon #. 12 sekon . 12 sekon 3. !eseorang naik sepeda motor mengejar bus yang sedang berhenti &karena lampu merah' dengan kelajuan tetap ms. !etelah orang itu berada 16 m di belakang bus, mulailah bus berangkat dengan percepatan tetap 1 msZ. ada sekon ke berapa dihitung bus mulai berangkat sepeda motor dapat mengejar bus dan akhirnya bus melanggar lagi sepeda motor tersebut ... 0. 2 sekon dan 7 sekon . 3 sekon dan 7 sekon C. 2 sekon dan 16 sekon #. 5 sekon dan 7 sekon . 3 sekon dan sekon 5. #ua mobil 0 dan bergerak pada jalan yang sama dan lurus serta searah. Maka kedua mobil saling bertemu pada sekon ke ...
Fisika XII SMA
0. . C. #. .
2 sekon 5 sekon 3 sekon sekon 8 sekon
8. !uatu benda jika ditembakkan dari bumi vertikal ke atas ternyata mencapai tinggi maksimum 76 m, tetapi jika ditembakkan di permukaan planet dengan kecepatan a%al sama dapat mencapai ketinggi 16 m. $ika percepatan gravitasi di permukaan bumi msZ, maka percepatan gravitasi di permukaan planet ialah ........... 0. 8 msZ #. 18 msZ . 7 msZ . 17 msZ C. 12 msZ . !uatu titik 4at melakukan ? yagn diagram &s-1' nya tertera seperti gambar disamping, maka harga < pada gambar disamping adalah ... 0. 26 m . 25 m C. 36 m #. 22 m . 2 m 9. !uatu benda 0 ditembakkan vertikal ke atas dari tanah dengan kecepatan a%al 56 ms. #ua sekon kemudian dari tempat yang sama pula ditembakkan vertikal ke atas benda dengan kecepatan a%al 76 ms &g " 16 msZ'. Maka kedua benda akan saling bertumbukkan pada ketinggian ... 0. 28 m #. 166 m . 86 m . 128 m C. 98 m 7. enda bermassa 26 kg diam di lantai. Maka besar gaya &@' yang diperlukan agar benda tersebut bergerak vertikal dengan percepatan 2 msZ dan g " 16 msZ adalah ....
-
45 -
LE
E I
P
E
LEMBAGA BIMBIN GAN BELAJ AR
Genius
1
0. . C. #. .
26 266 156 256 176
. enda mula-mula diam di 0 kemudian ditarik gaya @1 setelah bergerak. !ampai di pada benda diberi gaya lain @2 yang besarnya sampai dengan @1 tetapi arah berla%anan, maka : 1. enda selama bergerak dari 0 ke dipercepat beraturan 2. !etelah di benda bergerak di perlambat lalu berhenti 3. erak benda setelah di adalah lurus beraturan 5. erak berhenti di ernyataan yang benar adalah ... 0. 1,2 dan 3 . 1 dan 3 C. 2 dan 5 #. 5 saja . 1,2,3 dan 5 16. #engan kecepatan a%al minimum berapakah suatu peluru ditembakkan agar jauh tembakkannya 2 km dan g " ,7 msZ .... 0. 6 ms #. 126 ms . 76 ms . 156 ms C. 166 ms 11. !uatu kelereng terletak pada meja yagn tingginya 76 cm. Meluncur pada bidang meja dari kaca yang licin dengan kecepatan tetap 3 ms akhirnya jatuh di lantai &g"16 msZ'. Maka kecepatan serta jarak mendatar di lantai mulai kelereng menyentuh lantai sampai garis vertikal melalui tepi meja masing-masing ialah ... 0. 2 ms dan 6, m . ms dan 1,8 m C. 5 ms dan 1,6 m #. 8 ms dan 1,2 m . 3 ms dan 6,7 m 12. ada bidang datar yang licin terdapat dua garis lurus l dan m saling berpotongan di B dan membentuk sudut 6[. enda mula-mula berada di B kemudian dipengaruhi vektor kecepatan tetap pada l sebesar ms dan vektor kecepatan Fisika XII SMA
tetap pada m sebesar 2 msZ. !etelah bergerak 8 sekon sampai di . Maka bentuk lintasan B dan kecepatan di ialah ....
0. . C. #. .
garis lurus G 7 ms hiperbola G 16 ms busur lingkaran G 7 ms parabola G 15 ms parabola G 7 ms
13. $ika suatu li*t bermassa 866 kg tali penariknya putus sehingga mengalami jatuh bebas dengan percepatan 12ms-2, maka seseorang bermassa 76 kg yang berada di dalamnya akan .... &g " ,7 ms-2' 0. Melayang tanpa berat . Menempel di atap li*t C. +erpental #. Mengikuti gerak jatuh li*t . erhenti detak jantungnya 15. esar gaya yang diperlukan untuk mempercepat kereta api yagn bermassa 1666 ton &16 kg' dari keadaan diam hingga berkecepatan ms dalam %aktu 2 menit adalah .......... 0. 8 < 165 #. 8 < 16 . 8 < 168 . < 168 C. 5 < 168 18. #ari sistem disamping, diketahui massa tali diabaikan gesekan katrol dan tali juga diabaikan, maka besar gaya &@' yang diperlukan agar percepatan benda 1 ms2 adalah...... 0. 8 . 1,28 C. 6,8 #. 2,8 . 1
1. #ari sistem disamping, jika @1 " @2, maka :
-
46 -
