LAPORAN PRAKTIKUM GELOMBANG DAN OPTIK PEMBIASAN, DIFRAKSI DAN INTERFERENSI PADA GELOMBANG PERMUKAAN Untuk memenuhi tugas matakuliah Praktikum Gelombang dan Optik yang dibimbing oleh Ibu Chusnana Insyaf Yogihati
Hari dan Tanggal Praktikum
: Kamis, 6 Februari 2014
Kelompok
:2
Anggota Kelompok
:
Ria Lifatul Jannah
Hari Agung
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PRODI PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM Februari 2014
A. Judul Praktikum : Pembiasan, Difraksi dan Interferensi pada Gelombang Permukaan B. Tujuan Praktikum
Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan memahami penyebab terjadinya pembiasan pada gelombang, lenturan (difraksi), dan akibat interferensi antara dua gelombang koheren. C. Dasar Teori
Gelombang merupakan gejala gangguan dari suatu sumber yang merambat ke ruang
sekitarnya,
dengan
sumber
gangguannya
berupa
sistem
yang
berosilasi(Ramalis, 2003). Macam-macam gelombang dapat dibedakan antara lain menurut medium perambatannya dan arah perambatannya. 1. Menurut medium perambatannya gelombang dibedakan menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. a. Gelombang Mekanik Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya.
contohnya
adalah
gelombang
tali,
gelombang
air,
gelombang bunyi, gelombang pada pegas atau per (slinky). b. Gelombang Elektromagnetik Gelombang
elektromagnetik
adalah
gelombang
yang
energi
dan
momentumnya dibawa oleh medan listrik (E) dan medan magnet (B) yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Sumber gelombang elektromagnetik adalah sinar-x, gelombang
radio, sinar matahari
menghasilkan infra merah, lampu merkuri menghasilkan ultra violet dan lain-lain. 2. Menurut arah perambatannya gelombang dibagi kedalam gelombang longitudinal dan gelombang transversal yaitu : a.
Gelombang Longitudinal Gelombang longitudinal adalah gelombang dengan arah gangguan sejajar dengan arah perambatannya. Contohnya adalah gelombang bunyi, gelombang bunyi ini analog dengan pulsa longitudinal dalam suatu pegas vertikal di bawah tegangan dibuat berosilasi ke atas dan ke bawah di sebuah
ujung, maka sebuah gelombang longitudinal berjalan sepanjang pegas tersebut, koil – koil pada pegas tersebut bergetar bolak – balik di dalam arah di mana gangguan berjalan sepanjang pegas.
b. Gelombang Transversal Gelombang transversal adalah gelombang dengan arah rambatnya tegak lurus dengan penjalarannya. Misalnya gelombang cahaya di mana gelombang listrik dan gelombang medan magnetnya tegak lurus kepada arah penjalarannya.
Persamaan cepat rambat gelombang adalah : = λ .f
Keterangan : v = cepat rambat gelombang (m/s) λ = panjang gelombang (m) f = frekuensi (Hz)
Gelombang memiliki beberapa sifat yaitu pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pelenturan (difraksi), perpaduan (interferensi), dispersi dan polarisasi.
a. Pemantulan Gelombang (Refleksi Gelombang)
Pemantulan gelombang pada tangki riak, pada pemantulan ini diperoleh gelombang lingkaran yang pusatnya adalah sumber gelombang S. Gelombang pantul yang dihasilkan oleh bidang lurus juga berupa gelombang lingkaran S sebagai pusat lingkaran. Jarak S ke bidang pantul sama dengan jarak s ke bidang pantul. Menurut Hukum Snellius, gelombang datang, gelombang pantul, dan garis normal berada pada satu bidang dan sudut dating akan sama dengan sudut pantul, seperti tampak pada gambar berikut: Untuk gelombang dua atau tiga dimensi seperti gelombang air, kita mengenal dengan istilah sinar gelombang dan muka gelombang. Muka Gelombang
Muka gelombang (Front wave) didefinisikan sebagai tempat kedududkan titik – titik yang memiliki fase yang sama pada gelombang, pada gambar di samping ini menunjukkan lingkaran – lingkaran tersebut merupakan muka gelombang. Jarak antara muka gelombang yang berdekatan sama dengan satu gelombang (λ). Sinar gelombang adalah garis yang ditarik dengan arah tegak lurus terhadap muka gelombang
Bila gelombang melingkar merambat terus kesegala arah maka pada jarak yang jauh dari sumber gelombang, kita akan melihat muka gelombang yang hamper lurus, seperti halnya gelombang air laut yang sampai dipantai. Muka gelombang yang seperti ini disebut sebagai muka gelombang bidang. b. Pembiasan Gelombang (Refraksi Gelombang) Pada pembiasan, gelombang yang mengenai bidang batas antara dua medium, sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan atau dibiaskan. Gelombang yang dibiaskan ini akan mengalami pembelokan arah dari arah semula tergantung pada mediumnya. Pada medium kedua, cepat rambat gelombang mengalami perubahan dan perubahan ini pun tergantung pada mediumnya. Dengan kata lain, pembiasan gelombang adalah pembelokan arah lintasan gelombang setelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda.
Gambar pembiasan sinar dari udara ke air
Pada gambar diatas diperlihatkan pembiasan cahaya dari medium udara dengan indeks bias n, ke medium air yang memiliki indeks bias n2.
Gambar (a) menunjukkan gelombang air merambat dari satu medium menuju ke medium lain setelah melewati bidang batas antara kedua medium, gelombang tersebut mengalami pembelokan. Pada peristiwa tersebut terjadi perubahan arah rambat gelombang dan panjang gelombang λ2 lebih pendek dari pada λ1.
Gambar (b) menunjukkan adanya perubahan kecepatan gelombang. Gelombang merambat dari medium yang memiliki indeks bias n1 ke medium lain dengan indeks bias n2. Dari kedua gambar tersebut diturunkan persamaan pembiasan gelombang sebagai
berikut:
sin i/sin r = v1/v2 = (fλ 1)/(fλ 2 )= λ 1/λ 2 Dari satu medium ke medium lainnya, frekuensi gelombang tetap. Jadi yang mengalami perubahan adalah kecepatan dan panjang gelombang c. Interferensi Gelombang
Keterangan: (a) Dua Gelombang Sefase (b) Dua gelombang berlawanan fase Dua gelombang disebut .sefase. jika kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi sama dan pada setiap saat yang sama memiliki arah simpangan yang sama pula. Adapun dua gelombang disebut berlawanan fase, jika kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi sama, dan pada setiap seal yang sama
memiliki
arah
simpangan
yang
berlawanan.
Untuk mengamati interterensi dari dua buah gelombang dapat digunakan sebuah tangki rink (ripple tank). Pertemuan kedua gelombang akan mengalami
interferensi..lika
pertemunan
kedua
gelombang
saling
menguatkan, disebut interf reusi maksimum atau interferensi konstruktif. Peristiwa ini terjadi jika pada titik pertemuan tersebut kedua gelombang sefase. Akan tetapi, jika pertemuan gelombang saling melemahkan, disebut interferensi minimum atau interferensi destruktif. Peristiwa ini terjadi jika pada titik pertemuan tersebut kedua gelombangnya berlawanan fase. Jika dua gelombang sefase dan dua gelombang berlawanan fase mengalami interferensi, akan didapatkan seperti gambar dibawah ini:
Keterangan: (a) Interferensi maksimum dua gelombang sefase (b) Interferensi minimum dua gelombang berlawanan fase d.Difraksi Gelombang Peristiwa difraksi atau lenturan dapat terjadi jika sebuah gelombang melewati sebuah penghalang atau melewati sebuah celah sempit. Pada suatu medium yang serba sama, gelombang akan merambat lurus. Akan tetapi, jika pada
medium
tersebut
gelomhang
terhalangi,
bentuk
dan
arah
perambatannya dapat berubah.
Perhatikan Gambar diatas. Sebuah gelombang pada permukaan air merambat lurus. Kernudian, gelombang tersebut terhalang oleh sebuah penghalang yang memiliki sebuah celah sempit. Gelombang akan merambat melewati celah sempit tersebut. Celah sempit seolah-olah merupakan sumber gelomhang baru. Oleh karena itu. setelah melewati celah sempit gelombang akan merambat membentuk Imgkaran-lingkaran dengan celah sempit tersebut sebagai pusatnya. e. Dispersi Gelombang
Perubahan bentuk gelombang ketika melewati suatu medium disebut disperse gelombang. Gelombang longitudinal, seperti gelombang bunyi, kecil sekali mengalami disperse atau bahkan tidak sama sekali. Sifat inilah yang digunakan dalam pencitraan dengan mengunakan USG (Ultra
Sonografi). Gelombang cahaya mengalami disperse. Dengan sifat disperse gelombang cahaya pada prisma, kita dapat menentukan lebar spektrum matahari. Misalkan cahaya polikromatik (cahaya matahari) dilewatkan pada prisma dengan indeks bias n2 dalam medium berindeks bias n1, dan sudut pembias β. f. Polarisasi Gelombang Gelombang yang hanya merambat pada satu bidang disebut gelombang terpolarisasi linier, sedangkan gelombang yang merambat tidak pada satu bidang disebut gelombang takterpolarisasi.
D. Alat dan Bahan
1 catu-daya 1 set tangki riak 1 kabel penghubung merah 1 kabel penghubung hitam
E. Prosedur Praktikum
Pembiasan Gelombang
1. Menyiapkan alat dan bahan 2. Meletakkan sepotong balok kaca (balok pembias) di bawah permukaan air di dalam tangki. Salah satu sisi balok diatur sejajar dengan pembangkit riak datar. Keberadaan balok ini menyebabkan sebagian kedalaman (ketebalan) air berkurang. Air di atas balok menjadi dangkal. 3. Membangkitkan gelombang datar pada permukaan air. Gelombang mulamula melewati air yang dalam kemudian air yang dangkal. 4. Mengamati gelombang yang terjadi, terutama ada atau tidaknya perubahan panjang gelombang. 5. Membuat sketsa muka-muka gelombang yang terjadi
6. Memutar balok pembias sehingga satu sisinya miring (tidak tegak lurus) terhadap arah datangnya gelombang 7. Mengamati gelombang yang terjadi, terutama arah dan panjang gelombang-gelombang di tempat yang dalam (panjang gelombang dan arah rambatan) 8. Membuat sketsa muka-muka gelombang yang terjadi di kedua kedalaman air dan arah rambatan gelombang dating dan gelombang pantul.
Lenturan (Pelengkungan) atau Difraksi Gelombang
1. Menghalangi perambatan gelombang datar menggunakan penghalang lurus 2. Mengamati dengan teliti yang terjadi pada muka-muka gelombang setelah melewati penghalang. Lalu membuat sketsa kasar mengenai bentuk muka-muka gelombang setelah melewati penghalang 3. Gelombang datar dilewatkan melalui celah yang agak lebar (±5 cm) 4. Mengamati dengan teliti yang terjadi pada muka-muka gelombang setelah gelombang melewati penghlang. Lalu membuat sketsa kasar mengenai bentuk muka-muka gelombang setelah melewati penghalang 5. Mempersempit celah menjadi kira-kira 1 cm 6. Mengamati dengan teliti yang terjadi pada muka-muka gelombang melewati penghalang. Lalu membuat sketsa kasar mengenai bentuk muka-muka gelombang setelah melewati penghalang
Interferensi Dua Sumber Gelombang Koheren
1. Memasang pembangkit riak lingkaran ganda. Kedua pembangkit itu dipasang pada suatu sumber getaran. Dengan cara ini getaran kedua pembangkit riak ada dalam keadaan koheren: frekuensi dan fase keduanya selalu sama. 2. Mengamati saling pengaruhi (interferensi) antara kedua gelombang itu. 3. Mengenali daerah yang tampak tenamg, tidak beriak. Di sini interferensi saling melemahkan, atau saling meniadakan. 4. Mengenali daerah yang tampak beriak. Di sini interferensi sal ing menguatkan.
F. Data Pengamatan
Lampiran G. Analisis dan Pembahasan
Pada percobaan kali ini dilakukan pengamatan terhadap sifat-sifat gelombang yaitu pembiasan, pelenturan (difraksi) dan interferensi. Percobaan yang pertama dilakukan yaitu pembiasan gelombang. Pada percobaan ini, diletakkan sepotong balok kaca (balok pembias) di bawah permukaan air di dalam tangki dengan salah satu sisi balok diatur sejajar dengan pembangkit riak datar sehingga sebagian kedalaman air berkurang. Setelah membangkitkan gelombang datar pada permukaan air terjadi perbedaan panjang gelombang antara gelombang yang melewati air yang dalam dengan gelombang yang melewati air yang dangkal. Hal ini ditunjukkan dengan jarak muka-muka gelombang yang melewati air yang dalam memiliki panjang gelombang lebih besar bila dibandingkan dengan jarak muka-muka gelombang yang melewati air yang dangkal. Selanjutnya, balok pembias diputar sehingga satu sisinya miring (tidak tegak lurus) terhadap arah datangnya gelombang. Setelah membangkitkan gelombang datar pada permukaan air terjadi perubahan panjang gelombang antara gelombang yang melewati air yang dalam dengan gelombang yang melewati air yang dangkal. Selain itu, juga terjadi perubahan arah gelombang yang tadinya (air dalam) tegak lurus
setelah melintasi perbatasan menjadi
menyudut mengikuti bentuk balok pembias yang menghadap arah datangnya gelombang. Hal ini karena arah gelombang datang yang tidak tegak lurus terhadap bidang batas, maka gelombang akan mengalami pembelokan. Cepat rambat gelombang dalam satu medium pada dasarnya tetap. Hal ini karena frekuensi gelombang selalu tetap, sehingga panjang gelombang juga tetap untuk gelombang yang menjalar dalam satu medium. Apabila gelombang menjalar pada dua medium yang jenisnya berbeda, maka cepat rambat gelombang pada dua medium tersebut berbeda. Cepat rambat gelombang di medium yang rapat lebih besar daripada cepat rambat gelombang di medium yang renggang( v1 > v2).. Dan dalam percobaan kali ini air yang dalam sebagai medium rapat sedangkan air yang dangkal sebagai medium renggang. Oleh karena λ=v/f , maka panjang gelombang di medium yang rapat juga lebih besar daripada panjang gelombang di medium yang renggang( λ1 > λ2). Makin besar nilai v, maka makin
besar nilai λ, demikian pula sebaliknya. Gelombang datang yang arahnya tidak tegak lurus terhadap bidang pembatas antara medium satu dengan medium yang lain akan mengalami pembelokan. Hal ini sesuai dengan hukum Snelius yang dirumuskan sebagai berikut. =
=
Dengan adalah indeks bias medium pertama, adalah indeks bias medium kedua,i adalah sudut datang, dan r adalah sudut bias. Jika gelombang melewati medium lebih rapat daripada medium sebelumnya, maka gelombang akan dibiaskan mendekati garis normal dengan sudut bias lebih kecil dari sudut dating. Begitu pula sebaliknya, jika gelombang melewati medium yang lebih renggang daripada medium sebelumnya, maka gelombang akan dibiaskan menjauhi garis normal dengan sudut bias lebih besar dari sudut dating. Jadi dari hasil pengamatan gelombang di atas dapat diketahui bahwa gelombang memiliki sifat refraksi (pembiasan) yaitu perubahan kecepatan gelombang karena perbedaan medium perambatan. Percobaan kedua yaitu lenturan (pelengkungan) atau difraksi gelombang. Pada percobaan ini dipasang sebuah penghalang lurus di salah satu sisi. Dengan adanya penghalang tersebut perambatan gelombang datar terhambat yang menyebabkan ada sebagian gelombang yang dipantulkan penghalang dan sebagian lagi diteruskan. Muka-muka gelombang yang dipantulkan maupun muka-muka gelombang yang diteruskan sama-sama berbentuk lurus, namun dengan arah yang berbeda. Selanjutnya menambah satu penghalang lagi di sisi lainnya sehingga terdapat celah ±5 cm di antara 2 penghalang. Setelah membangkitkan gelombang datar pada permukaan air terjadi pemantulan pada gelombang yang merambat tepat di depan penghalang, sedangkan gelombang yang merambat tepat di depan celah terus merambat dengan bentuk muka-muka gelombang lurus. Kemudian mempersempit celah menjadi kira-kira 1 cm. Setelah membangkitkan gelombang datar pada permukaan air terjadi perubahan bentuk muka-muka gelombang sebelum melewati celah sempit dan setelah melewati celah sempit. Muka-muka gelombang yang semula berbentuk lurus setelah melewati celah sempit menjadi berbentuk lingkaran-lingkaran dengan celah sempit tersebut sebagai
pusatnya. Dari hasil pengamatan gelombang
tersebut, diperoleh hasil bahwa gelombang datang yang dihalang dengan celah yang lebar akan membentuk gelombang berbentuk lurus sama seperti bentuk gelombang awal, sebelum melewati penghalang. Akan tetapi, jika gelombang dihalangi dengan penghalang bercelah sempit, maka gelombang yang melewati penghalang akan membentuk gelombang lingkaran dengan celah sempit sebagai pusatnya. Dengan demikian dapat diketahui bahwa gelombang memiliki sifat difraksi (lenturan) yaitu pembelokan gelombang bila gelombang melewati celah sempit. Celah sempit adalah celah yang memiliki lebar jauh lebih kecil dari panjang gelombang. Difraksi tidak terjadi bila celah yang dilewati gelombang lebar, seperti yang teramati pada tangki riak dengan pemberian penghalang pada salah satu sisinya dan tangki riak dengan celah selebar ± 5 cm. Dalam hal ini celah sempit berfungsi sebagai sumber baru gelombang. Celah dapat dianggap sebagai sumber titik, karena itulah muka gelombang yang keluar dari celah berbentuk lingkaran-lingkaran dengan celah sempit sebagai pusatnya. Percobaan ketiga yaitu interferensi dua sumber gelombang koheren. Percobaan ini dilakukan dengan memasang pembangkit riak lingkaran ganda. Ketika pembangkit riak lingkaran ganda digetarkan timbul gelombang secara bersamaan sehingga terjadi pertemuan antar gelombang yang berasal dari 2 sumber. Dari pertemuan gelombang tersebut teramati muka-muka gelombang yang terbentuk seperti sarang laba-laba. Hal ini karena terjadinya interferensi gelombang yaitu peristiwa perpaduan dua gelombang yang koheren. Maksud dari gelombang koheren sendiri merupakan dua gelombang yang memiliki frekuensi dan selisih fase tetap. Terdapat dua macam interferensi,
yaitu
interferensi yang bersifat penguatan dan interferensi yang bersifat pelemahan. Terjadi interferensi penguatan apabila gelombang yang berpadu memiliki fase yang sama. Sebaliknya, terjadi interferensi pelemahan apabila kedua gelombang yang berpadu memiliki fase yang berlawanan. Interferensi yang bersifat penguatan sering juga disebut sebagai interferensi konstruktif, sedangkan interferensi yang bersifat pelemahan sering disebut sebagai interferensi destruktif. H. Kesimpulan
dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa: 1. Pembiasan terjadi karena gelombang melewati dua medium yang memiliki kerapatan yang berbeda. Apabila gelombang melewati medium yang lebih
rapat dari medium sebelumnya maka gelombang dibiaskan dengan arahnya mendekati garis normal. Sebaliknya, apabila gelombang melewati medium yang lebih renggang dari medium sebelumnya maka gelombang akan dibiaskan dengan arah menjauhi garis normal. 2. Pelenturan (difraksi) gelombang terjadi jika gelombang melewati celah sempit. Dalam hal ini celah sempit berfungsi sebagai sumber baru gelombang. Celah dapat dianggap sebagai sumber titik, karena itulah muka gelombang yang keluar dari celah berbentuk lingkaran-lingkaran dengan celah sempit sebagai pusatnya. 3. Interferensi gelombang menyebabkan perpaduan gelombang yang saling menguatkan melemahkan. Terjadi interferensi penguatan apabila gelombang yang berpadu memiliki fase yang sama. Sebaliknya, terjadi interferensi pelemahan apabila kedua gelombang yang berpadu memiliki fase yang berlawanan.
I. Daftar Pustaka
Ramalis, Taufik Ramlan.2003.Gelombang dan Optik.Bandung:Indonesia. Sarojo, Ganijanti Aby.2011.Gelombang dan Optika.Jakarta:Salemba Teknik. Young, Hugh D & Freedman, Roger A.2003. Fisika Universitas.Jakarta: Erlangga.
