Aplikasi Gelombang dalam Kehidupan Nyata

A.    Aplikasi Gelombang Cahaya

1. Radar

Gelombang  cahaya  yang  merupakan  gelombang transversal diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, seperti pada  radar,  sinar  gamma,  dan  sinar-X  yang  bermanfaat dalam  bidang  pengetahuan  dan  pengobatan.  Radar  (Radio Detection  and  Ranging)  memancarkan  gelombang  cahaya dengan  prinsip  pemantulan  cahaya.  Radar  merupakan suatu  sistem  alat  untuk  mendeteksi  keberadaan,  letak, kecepatan, dan arah gerak benda-benda di kejauhan, seperti pesawat  terbang  dan  kapal,  melalui  kemampuan  benda-benda  tersebut  untuk  memantulkan  seberkas  radiasi elektromagnetik  dengan  panjang  gelombang  beberapa sentimeter.

Radar juga digunakan untuk navigasi dan pemanduan. Sistem  alat  ini  terdiri  atas  pemancar  yang  menghasilkan radiasi  frekuensi  radio,  seringkali  berupa  denyut,  yang diberikan  pada  antena  yang  dapat  dipindah-pindahkan yang  kemudian  dipancarkan  sebagai  berkas  radiasi.  Bila berkas  terganggu  oleh  suatu  benda  padat,  sebagian  energy radiasi  akan  dipantulkan  kembali  ke  antena.  Sinyal  yang diterima  antena  diteruskan  ke  penerima,  yang  kemudian memperkuat  dan mendeteksinya.  Gema  dari  pantulan benda  padat  ditunjukkan  oleh  kenaikan  mendadak  pada keluaran  detektor. Waktu  yang  dibutuhkan  denyut  untuk mencapai benda dan untuk dipantulkan kembali (t) dapat diketahui  dari  persamaan:

d = tc/2

dengan d menyatakan jarak sasaran, dan c merupakan lajucahaya.  Keluaran  detektor  biasanya  ditampilkan  padatabung  sinar  katoda  dan  berbagai  bentuk  tampilan  yang berbeda Radar  dibedakan  beberapa  jenis,  antara  lain  radar cuaca,  radar  pengawas  pelabuhan  udara,  radar  pengawas umum,  radar  pesawat  udara,  radar  sonde,  dan  radar surveillance.

2. Sinar Gamma

Sinar  gamma  merupakan  radiasi  gelombang  elektro-magnetik  yang  terpancar  dari  inti  atom  dengan energy yang  sangat  tinggi.  Sinar  gamma  mempunyai  frekuensi antara 10 ²⁰  Hz dengan panjang  gelombang antara 10 ^-11  cm sampai  10 ^{- 8}   cm.  Daya  tembusnya  besar  sekali,  sehingga dapat  menembus  pelat  timbal  dan  pelat  besi  yang  tebalnya  beberapa  cm.  Sinar  gamma  banyak  dimanfaatkan dalam  bidang  ilmu  pengetahuan  dan  pengobatan.  Dalam bidang  pengetahuan,  sinar  gamma  digunakan  untuk membantu studi fisika inti dan astronomi. Dalam bidang pengobatan,  sinar  gamma  dimanfaatkan  untuk  diagnosis dan terapi kanker. Saat ini sedang dikembangkan penerapan sinar  gamma  untuk  penyucihamaan  dan  pengawetan makanan.

3.      3. Sinar X

Sinar-X  ditemukan  pada  tahun  1895  oleh  Wilhelm K Rontgen, disebut juga sinar rontgen. Sinar-X mempunyai frekuensi  antara  10 ¹⁶   Hz  sampai  10 ²⁰   Hz.  Panjang gelombangnya  sangat  pendek  yaitu  10 ^-9   cm  -  10 ^-6   cm. Karena  panjang  gelombangnya  sangat  pendek  sinar-X  mempunyai  daya  tembus  yang  kuat.  Sinar-X  dapat menembus  benda-benda  lunak  seperti  daging  dan  kulit, tetapi  tidak  dapat  menembus  benda-benda  keras  seperti hidung,  gigi,  dan  logam.  Karena  itu  sinar  ini  sering dimanfaatkan  di  dalam  bidang  kedokteran,  terutama untuk  melihat  kondisi  dalam  tubuh  tanpa  melakukan pembedahan. Foto  sinar-X  diambil  menggunakan  kamera  sinar-X.Bagian-bagian  tubuh  yang  keras  akan  menahan  sinar-X sehingga  bagian  ini  memancarkan  sinar  fluoresens  pada film.

Selain  di  bidang  kedokteran,  sinar-X  juga  digunakan untuk  mendeteksi  suatu  benda.  Di  bandara,  hotel,  dan pusat  perbelanjaan  untuk  memeriksa  barang-barang  yang dibawa  oleh  pengujung  atau  penumpang.  Sinar-X  juga digunakan  dalam  teknik  radiografi  untuk  menguji  sebuah benda  dan  memeriksa  kerusakan  atau  cacat  pada  mesin. Sinar-X  juga  sering  dimanfaatkan  untuk  memeriksa struktur  kristal.

B.     Aplikasi Gelombang Bunyi

Gelombang  ultrasonik  banyak  dimanfaatkan  dalam berbagai  bidang  dalam  kehidupan  sehari-hari.  Berikut  ini beberapa  contoh  penerapan  bunyi  ultrasonik.

1.      1. Sonar(Sound Navigation Ranging)

Sonar merupakan suatu teknik yang digunakan untuk menentukan letak benda di bawah laut dengan menggunakan  metode  pantulan  gelombang.  Pantulan  gelombang oleh suatu permukaan atau benda sehingga jenis gelombang yang lebih lemah terdeteksi tidak lama setelah gelombang asal disebut gema. Gema merupakan bunyi yang terdengar tidak  lama  setelah  bunyi  asli.    Perlambatan  antara  kedua gelombang  menunjukkan  jarak  permukaan  pemantul. Penduga gema (echo sounder) ialah peralatan yang digunakan  untuk  menentukan  kedalaman  air  di  bawah  kapal. Kapal  mengirimkan  suatu  gelombang  bunyi  dan  mengukur waktu yang dibutuhkan gema untuk kembali, setelah pemantulan  oleh  dasar  laut.  Selain  kedalaman  laut, metode ini juga dapat digunakan untuk mengetahui lokasi karang,  kapal  karam,  kapal  selam,  atau  sekelompok  ikan.

2.      Pencitraan Medis

Bunyi ultrasonik digunakan dalam bidang kedokteran dengan  menggunakan  teknik  pulsa gema.  Teknik  ini hampir  sama  dengan  sonar.  Pulsa  bunyi  dengan  frekuensi tinggi  diarahkan  ke  tubuh,  dan  pantulannya  dari  batas atau  pertemuan  antara  organ-organ  dan  struktur  lainnya dan luka dalam tubuh kemudian dideteksi. Dengan menggunakan  teknik  ini,  tumor  dan  pertumbuhan  abnormal lainnya,  atau  gumpalan  fluida  dapat  dilihat.  Selain  itu juga dapat digunakan untuk memeriksa kerja katup jantung dan  perkembangan  janin  dalam  kandungan.    Informasi mengenai berbagai organ tubuh seperti otot, jantung, hati, dan  ginjal  bisa  diketahui.

3.      2. Terapi Medis dengan Bunyi Ultrasonik

Dalam  dunia  kedokteran,  gelombang  ultrasonic digunakan  dalam  diagnosa  dan  pengobatan.  Diagnosa dengan  menggunakan  gelombang  ultrasonik  berupa  USG (ultrasonografi), dapat digunakan untuk mengetahui janin di  dalam  kandungan.  Pengobatan  meliputi  penghancuran jaringan  yang  tidak  diinginkan  dalam  tubuh,  misalnya batu  ginjal  atau  tumor,  dengan  menggunakan  gelombang ultrasonik  berintensitas  tinggi  (setinggi  10 ⁷   W/m ² )  yang kemudian difokuskan pada jaringan yang tidak diinginkan tersebut. Selain itu bunyi ultrasonik juga digunakan untuk terapi  fisik,  yaitu  dengan  memberikan  pemanasan  local pada  otot  yang  cedera.

4.      3. Dalam Dunia Industri

 Dalam dunia industri, dengan menggunakan bor-bor ultrasonik  dapat  dibuat  berbagai  bentuk  atau  ukuran lubang  pada  gelas  dan  baja.

5.      4. Mengetahui Keadaan bagian Dalam Bumi

Pergeseran tiba-tiba segmen-segmen kerak bumi yang dibatasi  zona  patahan  dapat  menghasilkan  gelombang seismik. Ini memungkinkan para ahli geologi dan geofisika untuk  memperoleh  pengetahuan  tentang  keadaan  bagian dalam Bumi dan membantu mencari sumber bahan bakar fosil  baru.  Ada  empat  tipe  gelombang  seismik,  yaitu gelombang  badan  P,  gelombang  badan  S,  gelombang permukaan  Love,  dan  gelombang  permukaan  Rayleigh. Alat  yang  digunakan  untuk  mendeteksi  gelombang-gelombang  ini  disebut  seismograf,  yang  biasanya  digunakan untuk mendeteksi adanya gempa bumi. Seperti semua gelombang, laju gelombang seismik bergantung pada sifat medium,  rigiditas,  ketegaran,  dan  kerapatan  medium. Grafik waktu perjalanan dapat digunakan untuk menentukan jarak  stasiun  seismograf  dari  episenter  gempa  bumi.

C.     Aplikasi Gelombang mekanik

1.    Galvanometer

Galvanometer berperan sebagai komponen dasar pada beberapa  alat  ukur,  antara  lain  amperemeter,  voltmeter, serta ohmmeter. Peralatan ini digunakan untuk mendeteksi dan  mengukur  arus  listrik  lemah. Galvanometer  berupa  kumparan bergerak, terdiri atas sebuah kumparan terbuat dari kawat tembaga  isolasi  halus  dan  dapat  berputar  pada  sumbunya yang mengelilingi sebuah inti besi lunak tetap yang berada di  antara  kutub-kutub  suatu  magnet  permanen.  Interaksi antara  medan  magnetik  B  permanen  dengan  sisi-sisi kumparan akan dihasilkan bila arus I mengalir melaluinya. sehingga  akan  mengakibatkan  torka  pada  kumparan. Kumparan  bergerak  memiliki  tongkat  penunjuk  atau cermin yang membelokkan berkas cahaya ketika bergerak, dimana  tingkat  pembelokan  tersebut  merupakan  ukuran kekuatan  arus.

2.      Motor Listrik

Sebuah motor listrik merupakan alat untuk mengubah energi  listrik  menjadi  energi  mekanik.  Mesin  ini  tidak bising, bersih, dan memiliki efisiensi tinggi. Alat ini bekerja dengan prinsip bahwa arus yang mengalir melalui kumparan di  dalam  medan  magnet  akan  mengalami  gaya  yang digunakan untuk memutar kumparan. Pada motor induksi, arus  bolak-balik  diberikan  pada  kumparan  tetap  (stator), yang  menimbulkan  medan  magnetik  sekaligus  menghasilkan  arus  di  dalam  kumparan  berputar  (rotor)  yang mengelilinginya.  Keuntungan  motor  jenis  ini  adalah  arus tidak harus diumpankan melalui komutator ke bagian mesin yang  bergerak.  Pada  motor  serempak  (synchronous  motor), arus bolak-balik yang hanya diumpankan pada stator akan menghasilkan  medan  magnet  yang  berputar  dan  terkunci dengan medan rotor. Dalam hal ini magnet bebas, sehingga menyebabkan  rotor  berputar  dengan  kelajuan  yang  sama dengan putaran medan stator. Rotor dapat berupa magnet permanen  atau  magnet  listrik  yang  diumpani  arus  searah melalui  cincin  geser.

3.      Relai

Relai  merupakan  suatu  alat  dengan  sebuah  sakelar, untuk  menutup  relai  digunakan  magnet  listrik. Arus  yang  relatif  kecil  dalam  kumparan  magnet  listrik dapat  digunakan  untuk  menghidupkan  arus  yang  besar tanpa  terjadi  hubungan  listrik  antara  kedua  rangkaian. 

4.      Kereta “maglev”

Maglev  merupakan  kereta  api  yang  menerapkan konsep  magnet  listrik  untuk  mengubah  energi  listrik menjadi  energi  mekanik.  Kata  “Maglev”  berasal  dari magnetic levitation. Kereta api ini dipasangi magnet listrik di  bawahnya  yang  bergerak  pada  jalur  bermagnet  listrik. Magnet tolak-menolak sehingga kereta api melayang tepat di  atas  jalur  lintasan.  Gesekan  kereta  api  dengan  jalur lintasan berkurang sehingga kereta api bergerak lebih cepat.