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.

Read More

Gerak Jatuh Bebas

Jika sebuah benda dijatuhkan dari suatu ketinggian tertentu, maka kecepatannya makin lama makin besar ( memiliki percepatan yang konstan) yang diakibatkan pengaruh gravitasi bumi. Percepatan yang dialami benda sama dengan percepatan gravitasi bumi yaitu g yang besarnya  9,8 m/s² atau jika dibulatkan  10 m/s². Gerak vertikal seperti ini disebut gerak jatuh bebas. Gerak jatuh bebas merupakan GLBB dimana percepatannya adalah percepatan gravitasi bumi g.

Untuk membahas gerak jatuh bebas kita dapat menggunakan persamaan-persamaan pada GLBB ,dimana untuk a kita gunakan nilai g dan karena geraknya vertikal kita  mengganti x dengan y, sehingga diperoleh

Contoh : Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian 5 m di atas tanah tanpa kecepatan awal. Berapakah kecepatan bola saat mencapai tanah.

Jawab : Mula-mula tentukan arah positifnya , jika arah ke atas positif maka arah ke bawah negatif.

Diketahui : Posisi awal y₀=5 m dan posisi akhir y = 0 (mencapai tanah) ,v₀=0 (tanpa kecepatan awal) dan

g = -10 m/s² (tanda negatif karena percepatan gravitasi arahnya ke bawah).

Ditanyakan : v (kecepatan bola saat mencapai tanah)

Jika kita memilih arah ke atas negatif dan arah ke bawah positif , maka y₀=- 5 m (tanda negatif menunjukkan arah posisi  awal ke atas) dan g = 10 m/s² ( tanda positif 

menunjukkan arah percepatan gravitasi ke bawah ).

Keterangan : Kita bebas memilih arah ke atas positif atau negatif, yang penting harus konsisten.

Contoh : Sebuah bola dilempar vertikal keatas dari lantai dengan kecepatan awal 6 m/s.

Hitunglah :

a. Ketinggian maksimum yang dicapai bola.

b. Waktu yang diperlukan bola untuk mencapai ketinggian maksimum.

c. Waktu yang diperlukan bola sampai kembali ke lantai.

d. Kecepatan bola ketika kembali ke lantai.

e. Waktu yang diperlukan ketika bola mencapai ketinggian 1 m.

Jawab : Pilih arah ke atas positif dan arah ke bawah negatif

Diketahui : v_o = 6 m/s (positif karena arah ke atas) dan g = -10 m/s² ( negatif karena percepatan gravitasi arahnya ke bawah)   dan y₀=0 (posisi awal bola di lantai). Pada saat bola naik kecepatannya berkurang (mengalami perlambatan) sampai mencapai tinggi maksimum, dimana kecepatannya nol untuk sesaat, kemudian bola turun dengan kecepatan terus bertambah (mengalami percepatan).

Kita memperoleh dua jawaban untuk waktu yaitu t₁= 0.2 s adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai ketinggian 1m. ketika bola sedang naik dan adalah t₂= 1 s waktu yang diperlukan untuk mencapai ketinggian pada saat bola sedang turun.

Sekarang kita pilih arah ke atas negatif dan tentu saja arah ke bawah menjadi positif.

Untuk pilihan seperti ini maka v_o = - 6 m/s dan g = 10 m/s² , sehingga

sumber: tugasmu.com

Read More

Gerak

Gerak pada garis lurus

Gerak sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari seperti mobil yang sedang melaju , orang berjalan, daun-daun bergoyang dan sebagainya.Untuk mempelajari gerak perlu dipelajari besaran- besaran gerak seperti posisi , perpindahan , kecepatan dan percepatan . Gerak yang lintasannya pada garis lurus disebut gerak lurus atau gerak satu dimensi.

Posisi menyatakan seberapa jauh letak suatu benda dari titik acuannya. Posisi bisa berharga positif maupun negatif.

Pada gambar diatas , contoh posisi benda A dan benda B pada sumbu koordinat dengan titik acuan  O .  Posisi benda A adalah    x_A = 3 m  dan  posisi benda B adalah  x_B = -2 m.

Perpindahan merupakan perubahan posisi benda dari posisi awalnya. Misalnya benda A posisi awalnya x₁ = 3 m dan posisi akhirnya x₂ = 1 m , maka perpindahannya adalah Δx = 1-3 = -2 m . Benda B posisi awalnya x₁ = -2 m dan posisi akhirnya x₂ = 1 m , maka perpindahannya adalah Δx = 1 – (-2) = 3 m. Secara umum jika posisi awal suatu benda adalah x₁ dan posisi akhir adalah x₂ ,maka perpindahannya adalah Δx = x₂-x₁

Perpindahan benda A ke arah kiri sejauh 2 m, yaitu Δx = x₂-x₁= 1-3 = -2 m

Perpindahan benda B ke arah kanan sejauh 3 m , yaitu Δx= x₂- x₁ = 1 – ( -2 ) = 3 m.

Jadi perpindahan menyatakan seberapa jauh jarak benda tersebut dari titik awalnya. Perpindahan berbeda dengan jarak total , untuk melihat perbedaannya bayangkan sebuah benda yang bergerak sejauh 10 m ke kanan dan kemudian berbalik ke arah kiri sejauh 3 m , maka perpindahannya 7 m ke arah kanan, sedangkan jarak totalnya 13 m.( Lihat Gambar)

Kecepatan menyatakan tentang seberapa cepat posisi sebuah benda berubah( melakukan perpindahan). Misalkan benda A dan benda B berpindah sejauh 10 m, bisa saja memerlukan waktu yang berbeda, mungkin benda A hanya memerlukan waktu 5 sekon sedangkan benda B memerlukan waktu 10 sekon.Kita katakan benda A lebih cepat dari benda B.

Kecepatan rata-rata didefinisikan sebagai :

Istilah laju dan kecepatan dibedakan,. laju merupakan bilangan positif , tidak terpengaruh oleh arah gerak, sedangkan kecepatan selain memiliki besar, juga memiliki arah( merupakan vektor). Perbedaan lainnya adalah bahwa laju rata-rata didefinisikan sebagai

Sebagai contoh, seseorang yang berjalan ke arah timur sejauh 100 m kemudian berbalik arah dan berjalan sejauh 30 m ke arah barat , maka perpindahannya adalah 70 m ke arah timur. Sedangkan jarak total yang ditempuh adalah 130 m.Misalkan perjalanan ini memerlukan waktu 100 sekon, maka kecepatan rata-ratanya adalah

sedangkan laju rata-ratanya adalah

Kecepatan sesaat didefinisikan sebagai kecepatan rata-rata dalam selang waktu yang sangat singkat mendekati nol .sehingga

Jika sebuah benda bergerak dengan kecepatan yang tetap , maka kecepatan sesaatnya pada setiap waktu sama dengan kecepatan rata- ratanya. Gerak yang demikian disebut” Gerak Lurus Beraturan(GLB).”

Percepatan menyatakan seberapa cepat kecepatan sebuah benda berubah.Jika benda A mengalami perubahan kecepatan lebih cepat dari benda B , maka dikatakan percepatan benda A lebih besar dari percepatan benda B. Percepatan rata-rata didefinisikan sebagai :

Percepatan selain mempunyai besar juga mempunyai arah( merupakan vetor). Percepatan sesaat didefinisikan sebagai percepatan rata-rata dalam selang waktu yang sangat singkat mendekati nol, sehingga

Sebagai contoh sebuah mobil mengalami percepatan dari keadaan diam sampai dengan kecepatan 108 km/jam dalam waktu 1 menit, maka besar percepatan rata-ratanya adalah

Hasil tersebut menunjukkan bahwa untuk setiap sekonnya kecepatan mobil berubah rata-rata sebesar 1,8 km/jam atau 0,5 m/s

Contoh :

Sebuah benda bergerak ke kanan dengan kecepatan awal 15 m/s dan dipercepat menjadi 45 m/s dalam waktu 10 sekon. Tentukan besar dan arah percepatan rata- ratanya.

Jawab : Karena v₁= 15 m/s , v₂= 45 m/s , dan Δt = 10 s , maka percepatan rata- ratanya adalah

karena percepatannya positif maka arah percepatan ke kanan.

Contoh :

Sebuah benda bergerak ke kanan dengan kecepatan awal 50 m/s dan diperlambat menjadi 30 m/s dalam waktu 5 sekon . Tentukan percepatan rata-ratanya.

Jawab : Percepatan rata-ratanya adalah

Karena percepatannya negatif , maka arah percepatannya ke kiri.( benda diperlambat)

Contoh :

Sebuah benda bergerak ke kiri dengan kecepatan awal -20 m/s dan dipercepat menjadi -30 m/s dalam waktu 2 sekon.

Tentukan percepatan rata-ratanya.

Karena percepatannya negatif , maka arah percepatannya ke kiri (benda dipercepat).

Contoh :

Sebuah benda bergerak kekiri dengan kecepatan awal -15 m/s dan diperlambat menjadi -5 m/s dalam waktu 2 sekon .

Tentukan percepatan rata-ratanya.

Karena percepatanya positif maka arah percepatannya ke kanan . ( benda diperlambat)

Pertanyaan kritis :

Ketika kamu sedang duduk di dalam kereta api yang sedang melaju, kamu melihat seolah-olah orang yang berdiri di pinggir rel bergerak ke belakang meninggalkan kamu. Siapakah yang sebenarnya bergerak , kamu atau orang yang sedang berdiri di   tepi rel.?

Apakah laju sesaat dan besar kecepatan sesaat sama?

Jika percepatan adalah nol, apakah kecepatannya juga nol.?

Jika percepatan adalah negatif, apakah berarti gerak diperlambat.?

Jika percepatan adalah positif , apakah berarti gerak dipercepat?

Arah kecepatan sebuah benda ke kanan , mungkinkah arah percepatannya ke kiri ?

Laju sebuah benda bertambah , mungkinkah percepatannya berkurang ?

Se   Sebuah benda bergerak dengan kecepatan tetap, apakah kecepatan rata-ratanya sama dengan kecepatan sesaat?

Benda pertama memiliki laju lebih besar dari benda kedua , apakah percepatan benda pertama juga lebih besar dari percepatan benda kedua?

sumber :tugasmu.com

Read More