E-MODUL PEMBELAJARAN FISIKA Untuk SMA/MA Kelas XI BUNYI DAN CAHAYA XI SEMESTER 2 Disusun Oleh: Miftahul Rizal Shofia Amirah Jihan Dosen Pengampu: Hadma Yuliani, M. Pd
TIM PENYUSUN Shofia Amirah 2211130001 Mahasiswa Tadris Fisika Jihan 2211130004 Mahasiswa Tadris Fisika Miftahul Rizal 2011130046 Mahasiswa Tadris Fisika
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayahNya, sehingga e-modul fisika mengenai materi Bunyi dan Cahaya untuk kelas XI SMA/MA ini dapat diselesaikan. E-modul ini disusun dengan tujuan untuk memfasilitasi pembelajaran fisika yang lebih interaktif, mandiri, dan bermakna. Bunyi dan Cahaya merupakan salah satu materi fundamental dalam fisika yang memiliki banyak keterkaitan dengan kehidupan sehari-hari. E-modul ini dirancang untuk membantu siswa memahami konsep-konsep dasar bunyi dan cahaya, mulai dari sifat-sifat, hingga aplikasinya. Harapannya, e-modul ini dapat menjadi sumber belajar yang bermanfaat bagi siswa kelas XI SMA/MA dalam mendalami materi Bunyi dan Cahaya. E-modul ini juga diharapkan dapat meningkatkan motivasi belajar siswa dan memperkaya pengalaman belajar mereka. Kami menyadari bahwa e-modul ini masih memiliki kekurangan. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan masukan dan saran dari pembaca untuk perbaikan dan pengembangan e-modul ini di masa mendatang. Semoga e-modul ini dapat bermanfaat bagi kemajuan pendidikan fisika di Indonesia. KATA PENGANTAR Palangka Raya, 02 Desember 2023 Tim Penyusun
DESKRIPSI E-MODUL Fisika adalah upaya untuk memahami perilaku alam semesta dan membingkainya menjadi bagian berfikir secara logis. Fisika ada dimana-mana. Fisika sebenarnya bukan hanya urusan sekolah maupun kuliah sehingga harus terpenjara di ruang-ruang kelas atau laboratorium-laboratorium fisika. Fisika adalah salah satu jalan yang ditempuh manusia untuk mengenal Tuhan yang menciptakan alam semesta yang mereka tinggal. E-modul Fisika ini berisi tentang materi Gelombang Bunyi dan Cahaya. Pada modul ini siswa akan mempelajari tentang karakteristik gelombang bunyi dan gelombang cahaya beserta fenomena-fenomena yang menyertainya. Pada uraian tentang gelombang siswa akan belajar tentang perambatan bunyi di berbagai medium, sumber bunyi, intensitas bunyi dan taraf intensitas serta efek Doppler yang erat dalam kehidupan sehari-hari. Sifat-sifat gelombang cahaya seperti pemantulan, pembiasan, dispersi, difraksi, interferens,i dan polarisasi juga akan siswa pelajari. Harapannya dengan mempelajari materi ini, siswa akan mampu menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan gelombang cahaya dalam berbagai kegiatan di kehidupan sehari-hari.
PETUNJUK PENGGUNAAN E-MODUL 1 5 4 3 2 6 Baca dan pahami indikator Jika tuntas, lanjutkan ke materi berikutnya Periksa jawaban pada kunci jawaban Kerjakan soal evaluasi Diskusi dengan teman atau guru Pelajari dan pahami materi
PETA KONSEP
CP & TP Tujuan Pembelajaran (TP): Menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi melalui kegiatan mengamati fenomena bunyi di kehidupan dengan tepat dan benar. 1. Menerapkan konsep dan prinsip gelombang cahaya dalam teknologi melalui penugasan dan pengamatan dengan tepat dan benar. 2. Capaian Pembelajaran (CP): Elemen CP yang dituju: Pemahaman Sains dan Keterampilan Proses
Pernahkah mendengar suara alunan musik? Suara alunan musik yang merdu sering membuat kita terlena. Kombinasi nada tinggi dan rendah yang harmonis bisa menciptakan keindahan tersendiri. Apalagi jika ditimpali dengan variasi musik yang berbeda, seperti suara gitar, suling, piano, biola, dan lainnya. Setiap jenis musik tersebut mempunyai suara yang berbeda, sehingga kita bisa membedakan suara antara jenis alat-alat musik tersebut. Pada dasarnya, bunyi atau suara dihasilkan dari getaran yang menggetarkan udara yang ada disekitarnya. Getaran tersebut merambat hingga menggetarkan gendang telinga dan hasilnya adalah bunyi yang kita dengar. Gelombang Bunyi
A. Pengertian Bunyi Gambar 1 Alat Musi Klarinet Gambar 2 Alat Musik Drum Gelombang bunyi merupakan salah satu contoh dari gelombang mekanik. Gelombang mekanik merupakan gelombang yang memerlukan perantara (medium) dalam perambatannya. Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang berbentuk gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah rambatannya searah dengan arah getarnya. Suatu gelombang bunyi dapat ditangkap oleh telinga manusia bergantung pada frekuensi, amplitudo, dan bentuk gelombangnya. Bunyi merupakan sesuatu yang dapat ditangkap dan terdengar oleh telinga, baik hewan maupun manusia. Udara yang bergetar di dalam klarinet dapat menghasilkan sebuah bunyi, sedangkan drum dapat mengeluarkan bunyi apabila kulitnya bergetar. Berdasarkan dua peristiwa tersebut, dapat disimpulkan bahwa bunyi dihasilkan dari benda yang bergetar. Sumber bunyi yang bergetar akan menghasilkan gelombang bunyi yang merambat ke segala arah melalui medium (padat, cair, dan gas). Gelombang bunyi tersebut terdengar oleh telinga yang menyebabkan telinga bergetar. Getaran tersebut diterjemahkan oleh otak menjadi bunyi.
B. Sifat-Sifat Gelombang Bunyi Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang memiliki sifat-sifat seperti gelombang mekanik lainnya. Sifat-sifat tersebut adalah pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), interferensi, dispersi, dan difraksi. 1. Pemantulan Gelombang Bunyi (Refleksi) Ketika suatu bunyi merambat melalui mediumnya, maka bunyi akan dipantulkan apabila mengenai permukaan medium yang keras. Pemantulan gelombang bunyi atau refleksi sering kita rasakan ketika adanya gaung dan gema. Gaung dan gema adalah pemantulan bunyi yang seolah-olah ada yang menirukan. Gema terjadi di ruang yang luas, sehingga pemantulan yang dihasilkan lebih lam, ada jeda waktu antara bunyi asli dan bunyi pantul. Sedangkan gaung terjadi di ruang yang sempit, sehingga menyebabkan bunyi pantul tidak cukup waktu untuk merambat, akhirnya bunyi datang dan bunyi pantul terdengar bersamaan. 2. Pembiasan Gelombang Bunyi (Refraksi) Refraksi terjadi ketika ada bunyi yang melewati air dan udara, sehingga bunyi akan dibelokkan atau dibiaskan. Sesuai dengan hukumnya, gelombang datang dari medium yang kurang rapat ke medium yang lebih rapat dan akan dibiaskan mendekati garis normal atau sebaliknya. Pembiasan terjadi pada gelombang bunyi, contohnya ketika pada malam hari suara atau bunyi yang cukup jauh terdengar lebih jelas pada siang hari. Hal ini terjadi karena suhu udara dipermukaan bumi pada siang hari lebih tinggi dari bagian atasnya. Akibatnya lapisan udara pada bagian atas lebih rapat daripada bawahnya. Jadi gelombang bunyi datang secara horizontal dari sumber bunyi ke pendengar arah rambatannya dibelokkan ke atas, sedangkan pada malam hari arah rambat bunyi akan melengkung ke bawah.
3. Difraksi Gelombang Bunyi Difraksi atau pelenturan gelombang bunyi berlaku apabila gelombang melewati celah, celahnya seorde dengan panjang gelombangnya. Gelombang bunyi sangat mudah mengalami difraksi karena panjang gelombang bunyi di udara sekitar beberapa sentimeter hingga meter. Contohnya, kita dapat mendengar suara orang diruangan berbeda dan tertutup karena bunyi dapat melewati celah-celah sempit. 4. Dispersi Gelombang Bunyi Dispersi merupakan perubahan bentuk gelombang ketika melewati suatu medium. Medium yang dilewati apabila tidak bergantung pada panjang maupun frekuensi disebut dengan medium dispersif. 5. Interferensi Gelombang Bunyi Interferensi atau perpaduan gelombang bunyi yang terjadi apabila terdapat dua bunyi yang saling padu. Interferensi bunyi terjadi jika ada dua sumber bunyi yang koheren sampai ke telinga kita. Kuat lemahnya bunyi saling menguatkan yaitu akan menghasilkan bunyi yang keras dan interferensi destruktif atau saling melemahkan yaitu akan menghasilkan bunyi yang lemah. Contohnya ketika terdapat dua buah pengeras suara yang dihubungkan pada sebuah generator sinyal dapat berfungsi sebagai dua sumber bunyi yang koheren. 6. Pelayangan Gelombang Bunyi Pelayangan merupakan fenomena yang menerapkan prinsip interferensi gelombang. Kuat dan kecilnya bunyi yang terdengar tergantung pada besar kecilnya amplitudo gelombang bunyi. Demikian juga kuat dan lemahnya pelayangan bunyi bergantung pada amplitudo gelombang bunyi yang berinterferensi.
C. Frekuensi Bunyi Misalkan kamu sedang duduk di barisan paling belakang sebuah ruangan besar dan temanmu di panggung meneriakkan sebuah nada tinggi tepat pada saat orang di sebelahnya memukul drum besar. Bunyi manakah yang akan kamu dengar terlebih dahulu? Mengapa? Diskusikan bersama 2 temanmu! Setiap makhluk hidup mempunyai ambang pendengaran yang berbeda- beda. Berdasarkan frekuensinya, bunyi dapat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok yakni infrasonik, audiosonik, dan ultrasonik. 1. Infrasonik Infrasonik adalah bunyi yang mempunyai frekuensi di bawah jangkauan manusia, yaitu lebih kecil dari 20 Hz. Gelombang infrasonik hanya mampu didengar oleh beberapa binatang seperti anjing, kelelawar, dan jangkrik. 2. Audiosonik Gelombang audiosonik adalah gelombang yang mempunyai frekuensi antara 20 Hz sampai 20.000 Hz. Gelombang audiosonik merupakan gelombang yang mampu didengar oleh manusia dan sebagian besar binatang. 3. Ultrasonik Ultrasonik adalah gelombang yang mempunyai frekuensi di atas jangkauan pendengaran manusia, yaitu lebih besar dari 20.000 Hz. Kelelawar pada malam hari memancarkan gelombang ultrasonik dari mulutnya. Gelombang ini akan dipantulkan kembali mengenai benda. Dari gelombang pantul yang didengar tadi, kelelawar dapat mengetahui jarak dan ukuran benda yang berada di depannya.
Gelombang ultrasonik dimanfaatkan oleh manusia dalam berbagai bidang, antara lain: a. Dalam bidang kesehatan, gelombang bunyi ultrasonik dimanfaatkan untuk mendeteksi tumor, hati, liver, menyelidiki otak, dan menghancurkan batu ginjal. b. Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik dimanfaatkan untuk mendeteksi mensterilisasi makanan yang diawetkan dalam kaleng. mendeteksi keretakan pada logam, dan membersihkan benda yang sangat halus. c. Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik dimanfaatkan sebagai radar atau navigasi. Anjing adalah salah satu contoh hewan yang mampu menangkap bunyi infrasonik, audiosonik, dan ultrasonik hingga 40.000 Hz. Anjing akan terbangun mendengar langkah kaki manusia meskipun sangat pelan. Hal ini menjadi suatu alasan oleh sebagian manusia untuk memelihara anjing sebagai penjaga rumah. Tahukah Kamu?
D. Cepat Rambat Bunyi dalam Medium Bunyi merupakan getaran yang dapat ditransmisikan oleh air, atau material lain sebagai medium atau perantara. Bunyi merupakan gelombang longitudinal dan ditandai dengan frekuensi, amplitudo, dan intensitas. Kecepatan bunyi bergantung pada transmisi oleh mediumnya. 1. Cepat Rambat Bunyi dalam Gas Cepat rambat bunyi pada gas bergantung pada suhu dan jenis gas, seperti yang pada persamaan berikut. dengan; v = cepat rambat bunyi (m/s) γ (dibaca gamma) = Konstanta Laplace (tidak memiliki satuan) R = konstanta gas umum (J/molK) T = suhu gas (K) M = massa molekul relatif 2. Cepat Rambat Bunyi dalam Zat Cair Cepat rambat bunyi dalam zat cair bergantung pada modulus Bulk dan massa jenis zat cair, seperti yang tertuang pada persamaan berikut. dengan; v = cepat rambat bunyi (m/s) B = modulus Bulk (N/m²) ρ = massa jenis zat cair (kg/m³)
3. Cepat Rambat Bunyi dalam Zat Padat Cepat rambat bunyi dalam zat padat bergantung pada modulus Young dan massa jenis zat padat, sebagaimana yang terlihat pada rumus berikut. dengan; v = cepat rambat bunyi (m/s) E = modulus Young (N/m²) ρ = massa jenis zat cair (kg/m³) Untuk menambah pemahamanmu, simak video berikut ini:
Jawab: Diketahui: B = 2,2 x 10^9 N/m²; ρ = 1.000 Kg/m³ Ditanya: v...? karena yang diketahui dalam soal adalah modulus Bulk (B), maka kita menggunakan rumus: Berapakah laju gelombang kompresi di dalam air jika modulus limbah untuk air adalah 2,2 x 10^9 N/m²?
E. Efek Doppler Efek doppler merupakan gejala yang mendeskripsikan bahwa apabila pendengar dan sumber bunyi saling mendekati akan terdengar nada yang semakin tinggi, sebaliknya apabila bergerak saling menjauhi maka akan terdengar nada semakin rendah dibandingkan apabila sumber dan pendengar diam di tempatnya masing-masing. Sehingga didapatkan rumus berikut ini: Rumus tersebut mempunyai ketentuan bahwa apabila sumber bunyi berada disebelah kiri pendengar, maka semua gerak ke kiri diberi tanda positif dan gerak ke kanan diberi tanda negatif baik untuk sumber bunyi maupun pendengar. Cepat rambat gelombang bunyi di udara dikatakan tetap apabila tidak terjadi perubahan suhu di udara. Apabila posisi sumber dan pendengar terjadi sebaliknya maka berlaku ketentuan sebaliknya. Untuk lebih jelasnya, simak video berikut ini: dengan; fp = frekuensi sumber bunyi yang didengar pengamat (Hz) v = kecepatan udara (m/s) vp = kecepatan pengamat (m/s) vs = kecepatan gerak sumber bunyi (m/s) fs = frekuensi sumber bunyi (Hz)
Ambulans sedang bergerak dengan laju 30 m/s sambil membunyikan sirine pada frekuensi 400 Hz (cepat rambat bunyi 370 m/s). Jika ambulans bergerak menjauhi Lee Min Hoo yang sedang berdiri di tepi jalan maka Lee Min Hoo akan mendengar frekuensi sirine pada frekuensi..... Pembahasan: Sumber bunyi: ambulans, Vs 30 m/s; 400 Hz Pendengar: Lee Min Hoo berdiri di tepi jalan (diam), Vp = 0 m/s Cepat rambat bunyi: 370 m/s Sehingga:
F. Sumber Bunyi 1. Senar sebagai Sumber Bunyi Getaran yang terjadi pada senar gitar merupakan gelombang stasioner pada dawai ujung terikat. Ketika sebuah senar pada gitar dipetik maka akan menghasilkan bunyi dengan nada tertentu dan pola gelombang yang berubah-ubah. Satu senar dapat menghasilkan berbagai frekuensi atau pola getaran seperti tampak pada gambar di bawah ini. Sumber bunyi adalah benda yang bergetar. Alat musik seperti biola dan gitar menggunakan dawai (senar) sebagai alat getarnya. Ketika senar pada gitar dipetik maka menghasilkan bunyi dengan nada tertentu dan pola gelombang yang berubah- ubah. Satu senar dapat menghasilkan berbagai pola getaran atau frekuensi. Pada saat bergetar sumber bunyi juga menggetarkan udara disekelilingnya dan kemudian udara mentransmisikan getaran tersebut ke dalam gelombang longitudinal. Nada dasar: l = 1/2 λ atau λ = 2l Keterangan: F = tegangan dawai (N) μ = massa persatuan panjang (Kg/m) l = panjang dawai (m) fo = frekuensi nada dasar (Hz) Frekuensi:
Nada dasar: l = 3/2 λ Frekuensi: Frekuensi: Sehingga perbandingan frekuensinya adalah: Jika cepat rambat gelombang pada senar atau dawai dinyatakan: Maka: Jadi:
Lintas Kearifan Lokal Kecapi merupakan alat musik tradisional Sunda yang dimainkan sebagai alat musik utama dalam Tembang Sunda atau Mamaos Cianjuran. Kecapi digolongkan ke dalam alat musik kordofon, yaitu alat musik yang sumber bunyinya berasal dari dawai atau senar. Saat senar pada kecapi dipetik maka akan terjadi resonansi udara di dalam badan kecapi yang kemudisn menghasilkan gelombang yang sampai pada telinga kita. Gelombang tersebut dinamakan bunyi dengan n = 0,1,2,3,.... merupakan tanda nada dasar, nada atas pertama, dan seterusnya. Keterangan: V : cepat rambat bunyi pada senar (m/s) F : tegangan senar (N) μ : massa senar per satuan panjang (kg/m) m : massa senar (kg) l : panjang senar (m)
2. Pipa Organa sebagai Sumber Bunyi Jika biola dan gitar menggunakan dawai sebagai alat getarnya untuk menghasilkan bunyi makan pada pipa organa menggunakan kolom udara yang bergetar untuk menghasilkan bunyi. Pipa organa dibagi menjadi dua jenis, yaitu pipa organa terbuka (kedua ujung terbuka) dan pipa organa tertutup (salah satu ujungnya terbuka). a. Pipa Organa Terbuka Pipa organa terbuka merupakan alat tiup yang berupa tabung sebagai sumber getar. Pola gelombang pada pipa organa terbuka berbeda dengan senar yang selalu simpul pada kedua ujungnya, melainkan kedua ujung pada pipa organa terbuka selalu terjadi perut seperti pada gambar di bawah ini. Nada dasar: Frekuensi: Nada dasar: Frekuensi: Nada dasar: Frekuensi: a) Nada Dasar b) Nada atas ke 1 c) Nada atas ke 2
Lintas Kearifan Lokal Suling berasal dari kebudayaan Sunda yang merupakan salah satu alat musik tradisional Jawa Barat berbahan dasar kayu atau bambu yang terdapat lubang untuk mengatur nada dan cara memainkannya dengan ditiup. Suling merupakan sumber bunyi yang termasuk ke dalam golongan pipa organa terbuka. Ketika suling ditiup, udara-udara di dalam pipa akan bergetar sehingga menghasilkan bunyi. Bunyi yang dihasilkan suling adalah interferensi gelombang datang dan gelombang pantul di dalam kolom pipa sehingga membentuk gelombang stasioner. Hubungan panjang I terhadap panjang gelombang I pada pipa organa terbuka sama dengan senar. Oleh karena itu perbandingan frekuensi yang dihasilkan oleh setiap gelombang pada pipa organa terbuka adalah: Jadi, dengan n = 0,1,2,3,... merupakan tanda nada dasar, nada atas pertama, dan seterusnya.
b. Pipa Organa Tertutup Pipa organa tertutup merupakan alat tiup berupa tabung yang salah satu ujungnya terbuka dan ujung lain tertutup. Pola pipa organa tertutup seperti pada gambar di bawah ini. a) Nada Dasar Nada dasar: Frekuensi: b) Nada atas ke 1 Nada dasar: Frekuensi: c) Nada atas ke 2 Nada dasar: Frekuensi: Perbandingan frekuensi-frekuensi pipa organa tertutup adalah:
Lintas Kearifan Lokal Angklung merupakan alat musik multitonal (bernada ganda) yang secara tradisional berkembang dalam masyarakat Sunda tepatnya di Jawa Barat. Angklung menghasilkan suara dengan proses benturan antara bagian tabung utama dan sekunder. Benturan tersebut menghasilkan gelombang bunyi yang memiliki sistem kerja sama dengan bunyi pada pipa organa tertutup. Berdasarkan uraian tersebut, pola gelombang pada pipa organa tertutup berlaku hubungan sebagaimana tertuang pada persamaan berikut: dengan p adalah perut, s adalah simpul, dan n = 0,1,2,... berturutturut menyatakan notasi untuk nada dasar, nada atas pertama dan seterusnya.
Sekolah di Maryland Amerika, yakni Reit Temple Christian Academy sekitar sejak Tahun 2014 mengajarkan cara bermain angklung kepada murid- muridnya. Dan paska ditetapkannya angklung sebagai warisan dunia oleh UNESCO, beberapa sekolah di Inggris mulai menerapkan angklung ke dalam kurikulumnya. Sebagai warga negara Indonesia, kita harus bangga dengan warisan kebudayaan kita sendiri. Tahukah Kamu? Seutas dawai yang panjangnya 3 m diikat salah satu ujungnya dan ujung yang lainnya digetarkan dengan vibrator, sehingga terbentuk 7 simpul gelombang stasioner. Letak perut ketiga dari ujung pantul adalah..... Pembahasan: Diketahui: L = 3 m; 7 sampul gelombang Ditanyakan: letak perut ketiga?
G. Energi Gelombang Bunyi Gelombang dapat merambatkan energi, yang artinya gelombang juga mempunyai energi. Begitu juga dengan gelombang bunyi. Energi gelombang bunyi dapat ditentukan dengan dari energi potensial maksimum getaran, karena bunyi merupakan gelombang longitudinal. Jika udara atau gas dilalui gelombang bunyi, maka partikel-partikel udara akan bergetar sehingga setiap partikel akan mempunyai energi total dalam persamaan berikut ini. dengan; E = energi gelombang (J) k = konstanta (N/m) A = amplitudo (m) ω = frekuensi sudut (rad/s) f = frekuensi (Hz) Persamaan diatas menunjukkan bahwa energi yang dipindahkan oleh gelombang berbanding lurus dengan kuadrat frekuensi dan kuadrat amplitudo. 1. Intensitas Gelombang Bunyi Pada dasarnya gelombang bunyi merupakan rambatan energi yang berasal dari sumber bunyi yang merambat ke segala arah, sehingga muka gelombangnya berbentuk bola. Intensitas gelombang bunyi adalah daya yang dipancarkan tiap satuan luas, atau energi gelombang bunyi yang merambat menembus permukaan bidang tiap satuan luas tiap detiknya. Sebagaimana tertuang dalam persamaan berikut ini.
dengan; I = intensitas gelombang bunyi (W/m²) P = daya gelombang (W) A = luas permukaan yang ditembus gelombang bunyi (m²) Persamaan intensitas gelombang bunyi menunjukkan bahwa intensitas gelombang bunyi suatu titik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak titik tersebut ke sumbernya. dengan; I = intensitas gelombang bunyi (W/m²) r = jarak tempat dari sumber bunyi Persamaan tersebut menunjukkan bahwa semakin jauh suatu titik dari sumbernya maka intensitas gelombang bunyi semakin kecil. 2. Taraf Intensitas Bunyi Intensitas gelombang bunyi terkecil yang dapat didengar oleh telinga manusia adalah 10^-2 W/m² yang disebut intensitas ambang pendengaran. Sedangkan intensitas gelombang bunyi terbesar yang dapat didengar oleh telingan manusia tanpa menimbulkan rasa sakit adalah 1 W/m² yang disebut juga intensitas ambang perasaan. Taraf intensitas bunyi adalah logaritma perbandingan dari intensitas bunyi dengan intensitas ambang pendengaran. Sebagaimana yang tertuang dalam persamaan berikut ini.
dengan; TI = taraf intensitas bunyi (dB) I = intensitas gelombang bunyi (W/m²) lo = intensitas ambang pendengaran Jika terdapat sumber bunyi yang lebih dari satu maka taraf intensitas totalnya adalah sebagaimana persamaan berikut ini. dengan; TIn = taraf intensitas oleh n buah sumber bunyi (dB) n = banyaknya sumber bunyi TI = taraf intensitas oleh 1 buah sumber bunyi (dB) Contoh Soal Di dalam sebuah gedung aula sebanyak 100 orang siswa sedang belajar menyanyi. Bila taraf intensitas suara satu orang anak saat bernyanyi 60 dB (dianggap untuk setiap anak sama) maka perbandingan taraf intensitas suara satu orang dengan 100 orang (I₀ = 10^-12 W/m²) adalah..... Jadi, perbandingan taraf intensitas suara satu orang dengan 100 orang adalah:
My Physics Experience Masalah Dapatkah kamu menyelidiki pengaruh panjang ruang terhadap frekuensi bunyi yang dihasilkannya? Alat-alat dan Bahan 1 buah gelas berbahan kaca 1 botol air Langkah Percobaan 1.Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan. 2.Tuang air pada gelas sampai volumenya 1/4 gelas. 3.Celup jari telunjuk dan jari tengah pada air. 4.Pegang kaki gelas agar tidak goyang. 5.Gesek bibir gelas dengan jari yang sudah basah tadi. 6.Tuang kembali air pada gelas hingga volumenya 1/2 gelas. 7.Ulangi langkah 2, 3, 4 dan 5. 8.Tuang kembali air hingga volumernya 3/4 gelas. 9.Ulangi kembali langkah 2, 3, 4, dan 5. Analisis Bagaimana bunyi yang dihasilkan ketika gelas berisi air dengan volume yang berbeda-beda? Jelaskan!
Pada materi sebelumnya, Anda telah mempelajari salah satu gelombang mekanik yaitu bunyi. Pada materi kedua ini disajikan materi tentang contoh gelombang elektromagnetik yang lain yaitu cahaya. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang merambat tanpa membutuhkan medium. Berdasarkan beberapa teori tentang cahaya yang dikemukakan oleh beberapa ilmuwan menyatakan bahwa cahaya bersifat sebagai gelombang. Oleh karena cahaya sebagai gelombang, cahaya dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pemaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), penguraian (dispersi), dan pengutuban (polarisasi). Gelombang Cahaya
A. Pemantulan Cahaya (Refleksi) Pemantulan cahaya adalah pembalikan arah cahaya karena mengenai sebuah permukaan. Pemantulan cahaya dapat terjadi pada permukaan yang mengilap. Salah satu contoh permukaan yang dapat memantulkan cahaya adalah cermin. Gambar 3 Pemantulan Cahaya Hukum Pemantulan Cahaya dikemukakan oleh Snellius (1591- 1626). Bunyi hukum Pemantulan Cahaya sebagai berikut. Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. 1. 2. Besar sudut datang sama dengan sudut pantul.
B. Pembiasan Cahaya (Refraksi) Pembiasan cahaya adalah pembelokan arah rambatan cahaya karena melewati bidang batas dua medium rambatan yang berbeda. Hukum Pembiasan Cahaya sebagai berikut. a. Berkas sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar. b. Perbandingan antara sinus sudut datang dan sinus sudut bias adalah konstan. Keterangan: n21 = indeks bias medium 2 terhadap medium 1 n1 = indeks bias medium 1 n2 = indeks bias medium 2 θ1 = sudut sinar datang θ2 = sudut sinar bias Gambar 4 Pembiasan pada medium lebih rapat ke medium kurang rapat dan sebaliknya Beberapa hal penting dalam pembiasan cahaya sebagai berikut. a. Sinar datang dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat, sinar dibiaskan mendekati garis normal. b. Sinar datang dari medium lebih rapat ke medium yang kurang rapat, sinar dibiaskan menjauhi garis normal. c. Sinar datang tegak lurus bidang batas tidak dibiaskan, tetapi diteruskan. Keterangan: n1 = indeks bias medium 1 n2 = indeks bias medium 2 v1 = cepat rambat cahaya pada medium 1 (m/s) v2 = cepat rambat cahaya pada medium 2 (m/s)
C. Penguraian Cahaya (Dispersi) Spektrum cahaya diperoleh dengan menguraikan cahaya polikromatik menjadi cahaya monokromatik. Salah satu caranya dengan mendispersikan cahaya putih yaitu dengan melewatkannya pada sebuah prisma segitiga. Cahaya putih diarahkan ke prisma. Cahaya tersebut akan terurai menjadi cahaya berwarna merah, jingga, kuning, biru, nila, dan ungu. Cahaya-cahaya ini memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda. Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda-beda pula. Makin kecil panjang gelombang, makin besar indeks biasnya. Hal ini terbukti dengan cahaya ungu memiliki sudut deviasi paling besar. Contoh peristiwa dispersi cahaya adalah pelangi. Pada Gambar 5 menunjukkan geometri pembiasan pada prisma sehingga terbentuk penguraian cahaya polikromatik menjadi monokromatik. Sumber: Serway, et al., 2009 Gambar 5 (a) Geometri pembiasan pada prisma; (b) Sudut dispersi prisma Berdasarkan hukum pembiasan, nilai n1 = 1 karena cahaya merambat dari udara sehingga diperoleh:
D. Pelenturan Cahaya (Difraksi) Difraksi cahaya adalah pelenturan cahaya yang akan terjadi jika cahaya melalui celah yang sangat sempit. Konsep difraksi cahaya dapat diterapkan di berbagai bidang, salah satunya di bidang kesehatan. Misalnya, pada operasi LASIK (Laser In Situ Keratomileusis), diameter pupil mata pasien diukur dengan memanfaatkan konsep difraksi cahaya. Difraksi cahaya juga dapat dimanfaatkan untuk mengukur ketebalan rambut. Pengukuran ini dapat mendeteksi kerontokan rambut, serta penyakit genetik seperti kanker dan gejala kebotakan. Dalam difraksi cahaya, dikenal difraksi celah tunggal dan difraksi kisi. Perbedaannya ada pada jumlah celahnya. Difraksi Celah Tunggal Pada difraksi celah tunggal, sumber cahaya yang merambat hanya melewati satu buah celah saja. Contohnya, cahaya laser yang ditembakkan melalui celah tunggal. Rumus difraksi cahaya celah tunggal, adalah sebagai berikut: Pola Gelap: d sin θ = n λ Pola Terang: d sin θ = (2n + 1) 1/2 λ Keterangan: θ = sudut deviasi d = lebar celah (m) λ = panjang gelombang cahaya (m) n = orde difraksi (1, 2, 3, …)
Difraksi Kisi Pada difraksi kisi, terdapat beberapa celah atau kisi dengan lebar yang sama, sehingga terbentuk pola gelap terang. Karena lebar celahnya sama, beda fase antara cahaya pertama dengan kedua, cahaya kedua dengan ketiga, dan seterusnya, juga bernilai sama. Difraksi kisi dapat dirumuskan sebagai berikut: Pola Terang: d sin θ = n λ Pola Gelap: d sin θ = (2n + 1) 1/2 λ Keterangan: θ = sudut deviasi d = lebar celah (m) λ = panjang gelombang cahaya (m) n = orde difraksi (1, 2, 3, …) Sementara itu, jarak antara dua celah dapat dihitung dari jumlah kisi, dengan persamaan sebagai berikut: d = 1 / N dengan, N = banyak goresan (celah) setiap satuan panjang (grid/mm)
E. Perpaduan Cahaya (Interferensi) Interferensi cahaya adalah perpaduan antara dua gelombang cahaya atau lebih. Syarat terjadinya interferensi cahaya yaitu sumber cahaya harus koheren. Syarat sumber cahaya koheren yaitu frekuensinya tetap, amplitudonya tetap, dan beda fasenya juga tetap. Jarak terang dan gelap yang berdekatan dirumuskan sebagai berikut. Δy = Keterangan: Δy = jarak pita terang dan pita gelap yang berdekatan (meter) a. Interferensi pada Celah Ganda Young Pola maksimum atau pola terang terjadi jika beda lintasan optik merupakan kelipatan bulat panjang gelombang. Gambar 6 Pola interferensi dari difraksi
Pola minimum atau pola gelap terjadi jika lintasan optik merupakan kelipatan setengah bulat panjang gelombang. Keterangan: d = jarak celah (meter) θ = sudut deviasi n = orde interferensi (0, 1, 2, ...) = panjang gelombang (meter) Jarak terang ke-n dari terang pusat dirumuskan sebagai berikut. dengan n = 0 menyatakan terang pusat n = 1 >> terang ke-1 n = 2 >> terang ke-2 Jarak gelap ke-n dari terang pusat dirumuskan sebagai berikut. dengan n = 0 menyatakan gelap ke-1 n = 1 >> gelap ke-2 n = 2 >> gelap ke-3
b. Interferensi pada Lapisan Tipis Pada umunya interferensi maksimum (konstruktif) terjadi pada lapisan tipis: Interferensi minimum (destruktif): Keterangan: t = tebal lapisan tipis (meter) m = orde interferensi (0, 1, 2, ...) n = indeks bias lapisan
F. Pengutuban Cahaya (Polarisasi) Cahaya sebagai gelombang elektromagnetik memiliki dua arah getar yang saling tegak lurus satu sama lain dan tegak lurus terhadap arah rambatnya. Dua arah getar tersebut adalah medan magnet dan medan listrik. Polarisasai cahaya adalah proses penyerapan arah getar cahaya. Penyerapan ini bisa sebagian atau bahkan keseluruhan arah getar. Proses polarisasi cahaya secara mudah dapat dibuktikan dengan sebuah set alat yang dikenal sebagai polaristor dan analisator. Polarisator dan analisator ini dapat dipasang di depan sumber cahaya dan keduanya dapat diputar dengan besar sudut sesuai keinginan. Cahaya terpolarisasi ditunjukkan dengan redupnya cahaya di belakang analisator. Secara alami, polarisası terjadi karena: 1.Pemantulan 2.Pembiasan rangkap 3.Pemantulan-pembiasan 4.Absorpsi 5.Hamburan. Polarisasi cahaya sangat bermanfaat untuk kehidupan manusia, salah satunya sebagai faktor pendukung perkembangan teknologi visual, seperti pada layar kalkulator, monitor televisi, layar laptop, perangkat komputer, sampai dengan teknologi layar telepon pintar (smartphone). Teknologi layar-layar tersebut terbagi menjadi dua yaitu LED dan LCD. LED adalah teknologi terbarukan dari layar LCD. LCD dan LED sama-sama menggunakan kristal cair. Pada LCD, suplai cahaya berasal dari lampu neon sehingga layar ini memakan energi lebih besar. Sementara LED menggunakan light emitting diode sehingga konsumsi dayanya lebih hemat.
Mata manusia hanya mampu melihat cahaya yang memiliki panjang gelombang sekitar 400-760 nm yang disebut dengan cahaya tampak. Cahaya tampak sangat diperlukan oleh mata dalam proses penglihatan sehingga Anda dapat mengenali berbagai macam warna. Cahaya tampak pada cahaya monokromatik seperti warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu yang merupakan hasil dari penguraian cahaya/dispersi dari warna putih. Cahaya/sinar monokromatik banyak kita temui di kehidupan sehari-hari, salah satunya sinar biru. Sumber alami sinar biru berasal dari sinar matahari, lalu dipancarkan oleh sumber lain yang bersifat non alami seperti lampu neon, LED screen, TV, handphone, dan perangkat digital lainnya. Sinar biru memiliki panjang gelombang 380-500 nm dengan energi sinar biru dikategorikan tinggi dibandingkan sinar tampak lainnya. Penggunaan perangkat digital yang berlebihan dapat menyebabkan mata mengalami radiasi sinar biru atau eye strain. Bahaya dari radiasi sinar biru yang berasal dari perangkat digital (digital eye strain) yaitu pusing, penglihatan kabur, susah tidur, serta mata terasa kaku dan tegang hingga kebutaan. Pencegahan dari eye strain yaitu gunakan perangkat digital pada jarak 30-40 cm dari mata, gunakan kacamata anti radiasi yang dapat merefleksi sinar biru, dan memberi kesempatan mata untuk beristirahat setiap 20 menit sekali saat menggunakan perangkat digital.
Bunyi merupakan gelombang mekanik yang memerlukan medium dalam perambatannya. 1. Gelombang bunyi memiliki sifat-sifat seperti gelombang mekanik lainnya, yakni pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), interferensi, dispersi, dan difraksi. 2. Berdasarkan frekuensinya, bunyi dikelompokkan ke dalam tiga kelompok, yaitu: 3. Infrasonik (frekuensi <20 Hz), Audiosonik (frekuensi 20 Hz-20,000 Hz), dan Ultrasonik (>20.000 Hz) Kecepatan bunyi bergantung pada transmisi oleh mediumnya, yakni: 4. Cepat rambat bunyi dalam gas Cepat rambat bunyi dalam zat cair Cepat rambat bunyi dalam zat padat Rangkuman
5. Efek doppler merupakan gejala yang mendeskripsikan bahwa apabila pendengar dan sumber bunyi saling mendekati akan terdengar nada yang semakin tinggi begitupun sebaliknya sedangkan apabila sumber dan pendengar diam di tempatnya masing-masing. 6. Pada dasarnya, sumber getaran semua alat-alat musik adalah dawai (senar) dan kolom udara (pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup). 7. Energi gelombang bunyi dapat ditentukan dari energi potensial maksimum getaran, karena bunyi merupakan gelombang longitudinal Intensitas gelombang bunyi Taraf intensitas bunyi Rangkuman
8. Pemantulan cahaya adalah pembalikan arah cahaya karena mengenai sebuah permukaan. Terdapat pemantulan teratur dan pemantulan baur. 9. Bunyi hukum pemantulan cahaya sebagai berikut: Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada suatu bidang datar. Besar sudut datang sama dengan besar sudut pantul. 10. Pembiasan cahaya merupakan peristiwa perubahan arah rambat cahaya ketika berpindah dari satu medium ke medium lain yang kerapatan optiknya berbeda. 11. Pembiasan cahaya dijelaskan menggunakan Hukum Snellius 12. Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya polikromatik (putih) menjadi cahaya monokromatik (merah, jingga, kuning, hijau, biru, ungu) pada prisma lewat pembiasan atau pembelokan. Rangkuman
Evaluasi Berilah tanda silang (x) pada a,b,c,d, atau e pada jawaban yang kamu anggap paling tepat! 1.Berikut ini merupakan pernyataan yang benar mengenai bunyi, kecuali..... a. Bunyi merupakan gelombang longitudinal b. Bunyi merupakan gelombang mekanik c. Dapat merambat melalui zat cair d. Tidak dapat merambat dalam vakum e. Mengalami polarisasi 2. Pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras dari pada siang hari, hal ini terjadi karena adanya...... a. Pemantulan gelombang bunyi b. Pembiasan gelombang bunyi c. Pelenturan gelombang bunyi d. Pelayangan gelombang bunyi e. Perpaduan gelombang bunyi 3. Frekuensi suara yang dapat dikeluarkan dan didengar oleh kucing mencapai 60.000 Hz. Berdasarkan jenis frekuensinya, tergolong ke dalam bunyi..... a. Infrasonik b. Megasonik c. Audiosonik d. Ultrasonik e. Terasonik
4. Seutas dawai mempunyai panjang 90 cm menghasilkan nada dasar sebesar 50 Hz. Berapa panjang gelombang dawai yang dihasilkan...... a. 1,6 m b. 1,8 m c. 2 m d. 2,2 m e. 2,4 m 5. Taraf intensitas percakapan antara Anna dan Elsa di dalam suatu ruangan adalah 35 dB. Jika terdapat 20 orang lainnya sedang bercakap-cakap di ruangan yang sama, taraf intensitas yang dihasilkan menjadi..... a. 30 dB b. 35 dB c. 40 dB d. 45 dB e. 50 dB 6. Kisi difraksi memiliki 20.000 garis/cm. Sinar monokromatik dilewatkan pada kisi sehingga terbentuk terang kedua pada jarak 4,2 mm. Sudut yang terbentuk saat terang kedua adalah 30o. Panjang gelombang yang digunakan sebesar..... a. 1.250 Å b. 2.500 Å c. 4.000 Å d. 5.000 Å e. 8.000 Å
7. Sinar biru, ungu, hijau, kuning, dan merah dijatuhkan pada kisi difraksi. Peristiwa yang benar berdasarkan sifat cahaya yang melentur adalah.... a. sinar kuning melentur lebih kuat dari sinar merah b. sinar biru melentur lebih kuat dari sinar merah c. sinar hijau melentur paling lemah d. sinar merah melentur paling kuat e. sinar ungu melentur paling kuat 8. Celah sempit disinari cahaya dengan panjang gelombang 720 nm. Jarak antara garis gelap ketiga dengan garis terang pusat adalah 14,4 mm. Jika jarak layar dengan celah 50 cm, lebar celah sempit tersebut adalah..... a. 0,075 mm b. 0.060 mm c. 0,054 mm d. 0,048 mm e. 0,036 mm 9. Cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 500 nm mengenai suatu kisi difraksi yang memiliki banyak garis 4.000/cm. Spektrum orde tertinggi yang diamati adalah..... a. 7 b. 6 c. 5 d. 4 e. 3
10. Selaput sabun disinari dengan cahaya natrium yang memiliki panjang gelombang 4.750 Å. Diketahui indeks bias sabun 1,5. Tebal selaput sabun saat terjadi interferensi maksimum adalah..... a. 700 Å b. 720 Å c. 790 Å d. 800 Å e. 850 Å
Kunci Jawaban 1. E 2. B 3. D 4. B 5. B 6. A 7. D 8. A 9. C 10. C
GLOSARIUM Audiosonik: Gelombang yang mempunyai frekuensi antara 20 Hz sampai 20.000 Hz. Difraksi: Pelenturan gelombang Dispersi: Perubahan bentuk gelombang ketika melewati suatu medium Efek Doppler: Gejala yang mendeskripsikan bahwa apabila pendengar dan sumber bunyi saling mendekati akan terdengar nada yang semakin tinggi begitupun sebaliknya Gelombang longitudinal: Gelombang yang arah rambatannya searah dengan arah getarnya. Gelombang mekanik: Gelombang yang merambat melalui medium Infrasonik: Bunyi yang mempunyai frekuensi di bawah 20 Hz Interferensi: Perpaduan gelombang bunyi yang terjadi apabila terdapat dua bunyi yang saling padu Intensitas gelombang: Energi gelombang bunyi yang merambat menembus permukaan bidang tiap satuan luas tiap detiknya