Listrik Statis

Pernahkah anda terkejut ketika tangan anda menyentuh layar TV? Apakah yang menyebabkan peristiwa sengatan yang kadang-kadang disertai rasa sakit itu? Sengatan itu merupakan akibat yang ditimbulkan oleh listrik statis. Petir yang sering Anda lihat pada saat hari hujan itu juga merupakan contoh peristiwa alam yang disebabkan listrik statis. Apakah listrik statis itu?
Terjadinya Listrik Statis

Kata “listrik” dalam bahasa Inggris electric, berasal dari bahasa Yunani elektron, yang berarti “amber”. Amber adalah pohon damar yang membatu, dan pengetahuan kuno membuktikan bahwa jika anda menggosok batang amber dengan sepotong kain, maka

amber menarik potongan daun kecil-kecil atau debu. Batang karet keras, batang kaca, atau penggaris plastik, jika digosok dengan sepotong kain juga akan menunjukkan “efek amber” atau listrik statis sebagaimana yang kita sebut sekarang. Barangkali anda telah memiliki pengalaman tentang listrik statis yakni ketika anda menyisir rambut kering, atau ketika menyetrika baju nilon. Pada setiap kasus tadi, suatu benda menjadi “bermuatan” listrik karena proses gosokan dan dikatakan memiliki muatan listrik. Apakah seluruh muatan listrik sama? Atau mungkinkah terdapat lebih dari satu jenis?
Jenis Muatan Listrik

Sesuai dengan hasil percobaan anda, terdapat dua jenis muatan listrik. Ketika penggaris plastik kedua yang telah dimuati dengan cara yang sama didekatkan pada penggaris plastik pertama, penggaris pertama bergerak menjauhi penggaris kedua. Peristiwa ini ditunjukkan pada Gambar 1a. Ketika batang kaca kedua yang telah dimuati dengan cara yang sama didekatkan pada batang kaca pertama, batang kaca kedua juga bergerak menjauhi batang kaca pertama. Peristiwa ini ditunjukkan pada Gambar 1b. Tetapi, jika batang kaca yang bermuatan didekatkan pada penggaris plastik yang bermuatan, akan didapatkan bahwa keduanya akan saling menarik, Gambar 1c.
1
Gambar 1 Muatan yang tak sejenis tarik menarik, sedangkan muatan
yang sejenis tolak menolak satu dengan yang lain.

Karena itu, muatan pada batang kaca haruslah berbeda dengan muatan pada penggaris plastik. Memang, melalui eksperimen seluruh muatan benda dapat dikategorikan ke dalam dua jenis. Setiap benda bermuatan yang ditarik olehnpenggaris plastik, akan ditolak oleh batang kaca, atau setiap benda yang ditolak oleh penggaris plastik, akan ditarik oleh batang kaca. Jadi terdapat dua jenis muatan listrik yaitu, muatan yang
ditolak batang kaca bermuatan, dan muatan yang ditarik batang kaca bermuatan.

Dua jenis muatan listrik yang ditunjukkan tersebut dinyatakan oleh seorang Amerika, seorang saintis, seorang filosuf yang bernama Benjamin Franklin (1706-1790) sebagai muatan positif dan muatan negatif. Franklin memilih muatan pada batang kaca yang digosok adalah muatan positif, sedangkan muatan pada penggaris plastik yang digosok (atau amber) adalah muatan negatif. Sampai sekarang kita masih mengikuti perjanjian ini.
Hukum Kekekalan Muatan

Franklin mengusulkan bahwa jumlah muatan yang dihasilkan oleh suatu benda melalui suatu proses penggosokan, adalah sama dengan jumlah muatan positip dan negatip yang dihasilkan. Jumlah bersih muatan yang dihasilkan oleh suatu benda selama proses penggosokan adalah nol. Contoh, ketika penggaris plastik digosok dengan kain wol, plastik memperoleh muatan negatip dan kain wol memperoleh muatan positip dengan jumlah yang sama. Muatan-muatan tersebut dipisahkan, namun jumlah kedua jenis muatan adalah sama. Ini adalah contoh dari suatu hukum yang berlaku sampai sekarang, yang dikenal dengan nama hukum kekekalan muatan listrik yang berbunyi:
2

Jumlah bersih muatan listrik yang dihasilkan pada dua benda yang berbeda (penggaris plastik dan kain wol) dalam suatu proses penggosokan adalah nol. Jika suatu benda atau suatu daerah ruang memperoleh muatan positif, maka akan dihasilkan sejumlah muatan negatif dengan jumlah yang sama pada daerah atau benda di sekitarnya.
Muatan Listrik dalam Suatu Atom
Gambar 2 memperlihatkan model atom sederhana, terdiri dari muatan positif di

dalam inti, dikelilingi satu atau lebih elektron. Inti berisi protonproton bermuatan positif, dan netron yang tidak bermuatan listrik. Besarnya muatan proton dan elektron adalah sama, tetapi tandanya berlawanan. Karena itu atom-atom netral berisi proton-proton dan elektronelektron dengan jumlah yang sama. Meskipun demikian, suatu atom kadangkadang akan kehilangan satu atau lebih elektron, atau akan memperoleh elektron- elektron ekstra. Pada kasus ini, atom akan bermuatan positip atau negatip, dan disebut
ion.
Elektron
Neutron
Proton

Umumnya, ketika benda dimuati melalui gosokan, benda-benda akan mempertahankan muatannya hanya sebentar, kemudian kembali ke keadaan netral. Kemana muatan pergi? Dalam beberapa kasus, hal ini dinetralkan oleh ion-ion bermuatan di udara (misalnya, oleh tumbukan dengan pertikel-partikel bermuatan, yang kita kenal sebagai sinar kosmik dari ruang angkasa yang mencapai bumi). Hal yang penting diketahui, bahwa muatan dapat lepas ke inti air di udara. Ini karena molekul-molekul air adalahpolar, meskipun molekul-molekul air tersebut adalah netral, muatan molekul-molekul air tidaklah disalurkan secara seragam sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 3. Jadi elektron elektron ekstra pada penggaris plastik, dapat lepas ke udara karena ditarik menuju
3

molekul-molekul positip air. Di sisi lain, benda yang dimuati secara positip, dapat dinetralkan oleh hilangnya (berpindahnya) elektron-elektron air dari molekul-molekul udara ke bendabenda bermuatan positip tersebut. Pada udara kering, listrik statis lebih mudah diperoleh karena udara berisi lebih sedikit molekul-molekul yang dapat berpindah. Pada udara lembab, adalah sulit untuk membuat benda bermuatan tahan lama.
Gambar 3 Sebuah molekul air. Karena molekul air mempunyai
muatan yang berlawanan pada ujung yang berbeda, maka disebut
sebuah molekul “polar”.
Cara Memperoleh Muatan Listrik

Bila sebuah benda logam bermuatan positif disentuhkan dengan benda logam lain yang tidak bermuatan (netral), maka elektron-elektron bebas dalam logam yang netral akan ditarik menuju logam yang bermuatan positif tersebut sebagaimana diperlihatkan pada Karena sekarang logam kedua tersebut kehilangan beberapa elektronnya, maka logam ini akan bermuatan
Batang logam netral memperoleh muatan ketika
disentuh dengan benda logam lain yang bermuatan.
4
positif. Proses demikian disebut memuati dengan carakonduksi atau dengan cara
kontak, dan kedua benda tersebut akhirnya memiliki muatan dengantanda yang sama.

Bila benda yang bermuatan positip didekatkan pada batang logam yang netral, tetapi tidak disentuhkan, maka elektron-elektron batang logam tidak meninggalkan batang, namun elektron-elektron tersebut bergerak dalam logam menuju benda yang bermuatan, dan meninggalkan muatan positip pada ujung yang berlawanan

Muatan tersebut dikatakan telah diinduksikan pada kedua ujung batang logam. Proses demikian disebut memuati dengan carainduksi. Tentu saja tidak ada muatan yang dihasilkan dalam batang; muatan hanyadipis ahkan. Jumlah muatan pada batang logam masih sama dengan nol. Meskipun demikian, jika dipotong menjadi dua bagian, kita akan memiliki dua benda yang bermuatan, satu bermuatan positip dan yang lain bermuatan negatip. Cara lain untuk menginduksi muatan pada benda logam adalah dengan jalan menghubungkan logam tersebut menuju ground melalui kawat konduktor sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6a ( berarti ground). Selanjutnya benda dikatakan di “ground- kan” atau “dibumikan”. Karena bumi sangat besar dan dapat menyalurkan elektron, maka bumi dengan mudah dapat menerima ataupun memberi elektron-elektron; karena itu dapat bertindak sebagai penampung (reservoir) untuk muatan. Jika suatu benda bermuatan negatip didekatkan ke sebuah logam, maka electron-elektron bebas dalam logam akan menolak dan beberapa electron akan bergerak menuju bumi melalui kabel
5 Induksi muatan pada suatu benda yang
dihubungkan ke bumi.
Ini menyebabkan logam bermuatan positif. Jika sekarang kabel dipotong, maka logam
akan memiliki muatan induksi positif
Hukum Coulomb

Tinjaulah interaksi antara dua benda bermuatan yang dimensi geometrinya dapat diabaikan terhadap jarak antar keduanya. Maka dalam pendekatan yang cukup baik dapat dianggap bahwa kedua benda bermuatan tersebut sebagai titik muatan. Charles Augustin de Coulomb(1736-1806) pada tahun 1784 mencoba mengukur gaya tarik atau gaya tolak listrik antara dua buah muatan tersebut. Ternyata dari hasil percobaannya, diperoleh hasil sebagai berikut:
* Pada jarak yang tetap, besarnya gaya berbanding lurus dengan hasil kali muatan dari masing –masing muatan. * Besarnya gaya tersebut berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan. * Gaya antara dua titik muatan bekerja dalam arah sepanjang garis penghubung yang lurus. * Gaya tarik menarik bila kedua muatan tidak sejenis dan tolak menolak bila kedua muatan sejenis. Hasil penelitian tersebut dinyatakan sebagai hukum Coulomb, yang secara matematis:
k adalah tetapan perbandingan yang besarnya tergantung pada sistem satuan yang digunakan. Pada sistem SI, gaya dalam Newton(N), jarak dalam meter (m), muatan dalam Coulomb ( C ), dan k mempunyai harga :
sebagai konstanta permitivitas ruang hampa besarnya = 8,854187818 x 10-12 C2/Nm2. Gaya listrik adalah besaran vektor, maka Hukum Coulomb bila dinyatakan dengan notasi vector menjadi :
Dimana r12 adalah jarak antara q1 dan q2 atau sama panjang dengan vektor r12, sedangkan r12 adalah vektor satuan searah r12. Jadi gaya antara dua muatan titik yang masing-masing sebesar 1 Coulomb pada jarak 1 meter adalah 9 x 109 newton, kurang lebih sama dengan gaya gravitasi antara planet-planet.

Contoh 1:
Muatan titik q1 dan q2 terletak pada bidang XY dengan koordinat berturut-turut(x1,y1) dan (x2,y2), tentukanlah :

a. Gaya pada muatan q1 oleh muatan q2
b. Gaya pada muatan q1 oleh muatan q2

Penyelesaian :

a. Gaya pada muatan q1 oleh muatan q2

b. Gaya pada muatan q2 oleh muatan q1

Dari hasil perhitungan bahwa gayanya akan sama besar namun berlawanan arah.
Prinsip Superposisi

Dalam keadaan Rill , titik-titik muatan selalu terdapat dalam jumlah yang besar. Maka timbullah pertanyaan : apakah interaksi antara dua titik muatan yang diatur oleh Hukum Coulomb dapat dipengaruhi oleh titik lain disekitarnya? Jawabannya adalah tidak, karena pada interaksi elektrostatik hanya meninjau interaksi antar dua buah muatan, jika lebih dari dua buah muatan maka diberlakukan prinsip superposisi (penjumlahan dari semua gaya interaksinya).
Secara matematik, prinsip superposisi tersebut dapat dinyatakan dengan mudah sekali dalam notasi vektor. Jadi misalnya F12 menyatakan gaya antara q1 dan q2 tanpa adanya muatan lain disekitarnya, maka menurut Hukum Coulomb,

Begitu pula interaksi antara q1 dan q3 tanpa adanya muatan q2, dinyatakan oleh :

Maka menurut prinsip superposisi dalam sistem q1, q2 dan q3, gaya total yang dialami q1 tak lain adalah jumlah vector gaya-gaya semula :
Contoh 2 :


Tiga buah muatanmasing-masing q1 = 4 C pada posisi (2,3), q2 = -2 C pada posisi(5,-1) dan q3 = 2 C pada posisi (1,2) dalam bidang x-y. Hitung resultan gaya pada q2 jika posisi dinyatakan dalam meter.
Penyelesaian :

Medan Magnet

KEMAGNETAN

Benda yang dapat menarik besi disebut MAGNET.

Macam-macam bentuk magnet, antara lain :

magnet batang magnet ladam magnet jarum

Magnet dapat diperoleh dengan cara buatan.

Jika baja di gosok dengan sebuah magnet, dan cara menggosoknya dalam arah yang tetap, maka baja itu akan menjadi magnet.

Baja atau besi dapat pula dimagneti oleh arus listrik.

Baja atau besi itu dimasukkan ke dalam kumparan kawat, kemudian ke dalam kumparan kawat dialiri arus listrik yang searah. Ujung-ujung sebuah magnet disebut Kutub Magnet. Garis yang menghubungkan kutub-kutub magnet disebut sumbu magnet dan garis tegak lurus sumbu magnet serta membagi dua sebuah magnet disebut garis sumbu.

Sebuah magnet batang digantung pada titik beratnya. Sesudah keadaan setimbang tercapai, ternyata kutub-kutub batang magnet itu menghadap ke Utara dan Selatan.

Kutub magnet yang menghadap ke utara di sebut kutub Utara.

Kutub magnet yang menghadap ke Selatan disebut kutub Selatan.

Hal serupa dapat kita jumpai pada magnet jarum yang dapat berputar pada sumbu tegak ( jarum deklinasi ).

Kutub Utara jarum magnet deklinasi yang seimbang didekati kutub Utara magnet batang, ternyata kutub Utara magnet jarum bertolak. Bila yang didekatkan adalah kutub selatan magnet batang, kutub utara magnet jarum tertarik.

Kesimpulan : Kutub-kutub yang sejenis tolak-menolak dan kutub-kutub yang tidak sejenis tarik-menarik

Jika kita gantungkan beberapa paku pada ujung-ujung sebuah magnet batang ternyata jumlah paku yang dapat melekat di kedua kutub magnet sama banyak. Makin ke tengah, makin berkurang jumlah paku yang dapat melekat.

Kesimpulan : Kekuatan kutub sebuah magnet sama besarnya semakin ke tengah kekuatannya makin berkurang.

HUKUM COULOMB.

Definisi : Besarnya gaya tolak-menolak atau gaya tarik menarik antara kutub-kutub magnet, sebanding dengan kuat kutubnya masing-masing dan berbanding terbalik dengan kwadrat jaraknya.

F = gaya tarik menarik/gaya tolak menolak dalam newton.

R = jarak dalam meter.

m1 dan m2 kuat kutub magnet dalam Ampere-meter.

0 = permeabilitas hampa.

Nilai = 107 Weber/A.m

Nilai permeabilitas benda-benda, ternyata tidak sama dengan permeabilitas hampa.

Perbandingan antara permeabilitas suatu zat debgan permeabilitas hampa disebut permeabilitas relatif zat itu.

mr

r = Permeabilitas relatif suatu zat.

= permeabilitas zat itu

0 = permeabilitas hampa.

PENGERTIAN MEDAN MAGNET.

Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet, yang gaya tarik/tolaknya masih dirasakan oleh magnet lain.

Kuat Medan ( H ) = ITENSITY.

Kuat medan magnet di suatu titik di dalam medan magnet ialah besar gaya pada suatu satuan kuat kutub di titik itu di dalam medan magnet m adalah kuat kutub yang menimbulkan medan magnet dalam Ampere-meter. R jarak dari kutub magnet sampai titik yang bersangkutan dalam meter. dan H = kuat medan titik itu dalam : atau dalam

Garis Gaya.

Garis gaya adalah : Lintasan kutub Utara dalam medan magnet atau garis yang bentuknya demikian hingga kuat medan di tiap titik dinyatakan oleh garis singgungnya.

Sejalan dengan faham ini, garis-garis gaya keluar dari kutub-kutub dan masuk ke dalam kutub Selatan. Untuk membuat pola garis-garis gaya dapat dengan jalan menaburkan serbuk besi disekitar sebuah magnet.

Gambar pola garis-garis gaya.

Rapat Garis-Garis Gaya ( FLUX DENSITY ) = B

Definisi : Jumlah garis gaya tiap satuan luas yang tegak lurus kuat medan.

Kuat medan magnet di suatu titik sebanding dengan rapat garis-garis gaya dan berbanding terbalik dengan permeabilitasnya.

B = rapat garis-garis gaya.

= Permeabilitas zat itu.

H = Kuat medan magnet.

catatan : rapat garis-garis gaya menyatakan kebesaran induksi magnetik.

Medan magnet yang rapat garis-garis gayanya sama disebut : medan magnet serba sama ( homogen )

Bila rapat garis-garis gaya dalam medan yang serba sama B, maka banyaknya garis-garis gaya ( ) yang menembus bidang seluar A m2 dan mengapit sudut dengan kuat medan adalah : = B.A Sin Satuanya : Weber.

Diamagnetik Dan Para Magnetik.

Sehubungan dengan sifat-sifat kemagnetan benda dibedakan atas Diamagnetik dan Para magnetik.

Benda magnetik : bila ditempatkan dalam medan magnet yang tidak homogen, ujung-ujung benda itu mengalami gaya tolak sehingga benda akan mengambil posisi yang tegak lurus pada kuat medan. Benda-benda yang demikian mempunyai nilai permeabilitas relatif lebih kecil dari satu. Contoh : Bismuth, tembaga, emas, antimon, kaca flinta.

Benda paramagnetik : bila ditempatkan dalam medan magnet yang tidak homogen, akan mengambil posisi sejajar dengan arah kuat medan. Benda-benda yang demikian mempunyai permeabilitas relatif lebih besar dari pada satu. Contoh : Aluminium, platina, oksigen, sulfat tembaga dan banyak lagi garam-garam logam adalah zat paramagnetik.

Benda feromagnetik : Benda-benda yang mempunyai effek magnet yang sangat besar, sangat kuat ditarik oleh magnet dan mempunyai permeabilitas relatif sampai beberapa ribu. Contoh : Besi, baja, nikel, cobalt dan campuran logam tertentu ( almico )

LATIHAN SOAL.

1. Dua kutub magnet sejenis kekuatannya 10-3 A.m

a. Beberapa gaya tolak menolaknya jika jaraknya 25 cm.

b. Berapa jarak antara kutub-kutub itu bila gaya tolak-menolaknya 10 N.

2. Sebuah kutub magnet mempunyai kekuatan 10-5 A.m

a. Berapa kuat medan di satu titik yang jaraknya 1 m.

b. Berapa induksi magnetik di tempat itu ?

c. Berapa kuat medan dan induksi magnetik pada jarak 0,25 m.

3. Kuat medan di titik dalam medan magnet 5 N/A.m

a. Berapa besar gaya yang bekerja pada magnet yang kekuatannya 10 A.m dititik itu ?

b. Berapa besar induksi magnetik di tempat itu ?

4. Berapa flux magnetik kutub magnet yang kekuatannya 10-2

5. Medan magnet yang serba sama mempunyai kuat medan sebesar 107 N/A.m

a. Berapa induksi magnetiknya ?

b. Berapa flux magnetik yang tegak lurus bidang seluas 2 m2

c. Jika bidang itu mengapit sudut 300 dengan medan magnet. Berapa flux magnetik yang menembus bidang itu ?

MEDAN MAGNET DI SEKITAR ARUS LISTRIK.

Percobaan OERSTED

Di atas jarum kompas yang seimbang dibentangkan seutas kawat, sehingga kawat itu sejajar dengan jarum kompas. jika kedalam kaewat dialiri arus listrik, ternyata jarum kompas berkisar dari keseimbangannya.

Kesimpulan : Disekitar arus listrik ada medan magnet.

Cara menentukan arah perkisaran jarum.

a. Bila arus listrik yang berada anatara telapak tangan kanan dan jarum magnet mengalir dengan arah dari pergelangan tangan menuju ujung-ujung jari, kutub utara jarum berkisar ke arah ibu jari.

b. Bila arus listrik arahnya dari pergelangan tangan kanan menuju ibu jari, arah melingkarnya jari tangan menyatakan perkisaran kutub Utara.

Pola garis-garis gaya di sekitar arus lurus.

Pada sebidang karton datar ditembuskan sepotong kawat tegak lurus, di atas karbon ditaburkan serbuk besi menempatkan diri berupa lingkaran-lingkaran yang titik pusatnya pada titik tembus kawat.

Kesimpulan : Garis-garis gaya di sekitar arus lurus berupa lingkaran-lingkaran yang berpusatkan pada arus tersebut.

Cara menentukan arah medan magnet

Bila arah dari pergelangan tangan menuju ibu jari, arah melingkar jari tangan menyatakan arah medan magnet.

HUKUM BIOT SAVART.

Definisi : Besar induksi magnetik di satu titik di sekitar elemen arus, sebanding dengan panjang elemen arus, besar kuat arus, sinus sudut yang diapit arah arus dengan jaraknya sampai titik tersebut dan berbanding terbalik dengan kwadrat jaraknya.

B = k .

k adalah tetapan, di dalam sistem Internasional

k = = 10-7

Vektor B tegak lurus pada l dan r, arahnya dapat ditentukan denagan tangan kanan. Jika l sangat kecil, dapat diganti dengan dl.

dB =

Persamaan ini disebut hukum Ampere.

INDUKSI MAGNETIK

Induksi magnetik di sekitar arus lurus.

Besar induksi magnetik di titik A yang jaraknya a dari kawat sebanding dengan kuat arus dalam kawat dan berbanding terbalik dengan jarak titik ke kawat.

B = .

B dalam W/m2

I dalam Ampere

a dalam meter

Kuat medan dititik H = = =

mr udara = 1

Jika kawat tidak panjang maka harus digunakan Rumus :

Induksi Induksi magnetik di pusat arus lingkaran.

Titik A berjarak x dari pusat kawat melingkar besarnya induksi magnetik di A dirumuskan :

Jika kawat itu terdiri atas N lilitan maka :

B = . atau B = .

Induksi magnetik di pusat lingkaran.

Dalam hal ini r = a dan a = 900

Besar induksi magnetik di pusat lingkaran.

B = .

B dalam W/m2.

I dalam ampere.

N jumlah lilitan.

a jari-jari lilitan dalam meter.

Arah medan magnetik dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan.

Jika arah arus sesuai dengan arah melingkar jari tangan kanan arah ibu jari menyatakan arah medan magnet.

Solenoide

Solenoide adalah gulungan kawat yang di gulung seperti spiral.

Bila kedalam solenoide dialirkan arus listrik, di dalam selenoide terjadi medan magnet dapat ditentukan dengan tangan.

Gambar :

Besar induksi magnetik dalam solenoide.

Jari-jari penampang solenoide a, banyaknya lilitan N dan panjang solenoide 1. Banyaknya lilitan pada dx adalah : atau n dx, n banyaknya lilitan tiap satuan panjang di titik P.

Bila 1 sangat besar dibandingkan dengan a, dan p berada di tengah-tengah maka a1= 0 0 dan a2 = 180 0

Induksi magnetik di tengah-tengah solenoide :

Bila p tepat di ujung-ujung solenoide a1= 0 0 dan a2 = 90 0

Toroida

Sebuah solenoide yanfg dilengkungkan sehingga sumbunya membentuk lingkaran di sebut Toroida.

Bila keliling sumbu toroida 1 dan lilitannya berdekatan, maka induksi magnetik pada sumbu toroida.

n dapat diganti dengan

N banyaknya lilitan dan R jari-jari toroida.

LATIHAN SOAL.

1. Pada jarak 1 cm dari kawat lurus yang panjang terdapat titik A. Di dalam kawat mengalir arus listrik sebesar 10 Ampere.

a. Berapa besar induksi magnetik di titik A.

b. Berapa besar gaya yang bekerja pada kutub magnet yang berkekuatan 6,28 Am di

titik A.

2. Di atas jarum Kompas yang seimbang di bentangkan kawat lurus yang panjang, sehingga kawat itu sejajar dengan jarum kompas. Jarak antara jarum kompas dengan kawat adalah 5 cm. Kedalam kawat dialirkan arus listrik sebesar 4,5 A. Berapa besar induksi magnetik pada jarak 5 cm dari kawat.

3. Dua kawat 1 dan m yang sejajar berada pada jarak 4 cm satu sama lain. di dalam kawat 1 mengalir arus listrik 15 A dan dalam, kawat m sebesar 10 A. Tentukan besar induksi magnetik di tengah-tengah antara 1 dan m.

a. Jika arusnya searah.

b. Jika arusnya berlawanan arah.

4. Besar induksi magnetik di pusat arus yang berbentuk lingkaran 2.10-6 W/m2 jari-jari lingkaran 15,7 cm. = 3,14

a. Berapa besar kuat arus

b. Berapa gaya yang dialami kuat medan magnet yang kekuatannya 3,14.10-2 di titik

pusatnya.

5. Sebuah gulungan kawat yang tipis terdiri atas 100 lilitan jari-jarinya 10 cm. Kedalam kawat dialirkan arus listrik sebesar 5 Ampere. Berapa besar induksi magnetik di titik pusatnya ?

6. Sebuah gulungan kawat tipis terdiri atas 100 lilitan berjari-jari 3 cm. Didalam gulungan kawat mengalir arus listrik sebesar 0,5 A.

a. Berapa besar induksi magnetik disatu titik yang berada pada garis tegak lurus

lingkaran yang melalui pusatnya dengan jarak 4 cm.

b. Berapa besar gaya pada kuat kutub yang berkekuatan 2.10-4 Am.

7. Kawat yang berbentuk lingkaran berjari-jari 15 cm, dialiri arus listrik sebesar 10 A.

a. Berapa induksi magnetik dipusat lingkaran ?

b. Berapa induksi magnetik di suatu titik pada garis sumbu 20 cm dari pusat

lingkaran.

8. Sebuah solenoida panjangnya 25 cm mempunyai 500 gulungan dialiri arus listrik 5 A.

a. Berapa induksi magnetik ditengah-tengah solenoide.

b. Berapa induksi magnetik pada ujung-ujung solenoida.

c. Berapa induksi magnetik jika intinya besi = 5500

d. Berapa flux magnetik pada soal a, b dan c jika penampang solenoida 25 cm2.

9. Sebuah solenoida mempunyai 1250 lilitan, panjangnya 98 cm dan jari-jari penampangnya 2 cm. Bila kedalam solenoida dialirkan arus 1,4 Ampere.

a. Berapa kuat medan magnet ditengah-tengah solenoida dan di ujung-ujungnya ?

b. Berapa flux magnetik pada ujung-ujung solenoide.

10. Sebuah toroida mempunyai 3000 lilitan. Diameter luar dan dalam masing-masing 26 cm dan 22 cm. Berapa induksi magnetik dalam toroida bila mengalir arus 5 A.

GAYA LORENTZ

Pada percobaan oersted telah dibuktikan pengaruh arus listrik terhadap kutub magnet, bagaimana pengaruh kutub magnet terhadap arus listrik akan dibuktikan dari percobaan berikut :

Seutas kawat PQ ditempatkan diantara kutub-kutub magnet ladam kedalam kawat dialirkan arus listrik ternyata kawat melengkung kekiri.

Gejala ini menunjukkan bahwa medan magnet mengerjakan gaya pada arus listrik, disebut Gaya Lorentz. Vektor gaya Lorentz tegak lurus pada I dan B. Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan tangan kanan. Bila arah melingkar jari-jari tangan kanan sesuai dengan putaran dari I ke B, maka arah ibu jari menyatakan arah gaya Lorents.

gambar :

Besar Gaya Lorentz.

Hasil-hasil yang diperoleh dari percobaan menyatakan bahwa besar gaya Lorentz dapat dirumuskan sebagai :

F = B I sin a

F = gaya Lorentz.

B = induksi magnetik medan magnet.

I = kuat arus.

= panjang kawat dalam medan magnet.

a = sudut yang diapit I dan B.

Satuan Kuat Arus.

Kedalam kawat P dan Q yang sejajar dialirkan arus listrik. Bila arah arus dalam kedua kawat sama, kawat itu saling menarik.

Penjelasannya sebagai berikut :

Dilihat dari atas arus listrik P menuju kita digambarkan sebagai arus listrik dalam kawat P menimbulkan medan magnet. Medan magnet ini mengerjakan gaya Lorentz pada arus Q arahnya seperti dinyatakan anak panah F. Dengan cara yang sama dapat dijelaskan gaya Lorentz yang bekerja pada arus listrik dalam kawat P.

Kesimpulan :

Arus listrik yang sejajar dan searah tarik-menarik dan yang berlawanan arah tolak- menolak.

Bila jarak kawat P dan Q adalah a, maka besar induksi magnetik arus P pada jarak a :

Besar gaya Lorentz pada arus dalam kawat Q

Besar gaya Lorentz tiap satuan panjang

F tiap satuan panjang dalam N/m.

Ip dan IQ dalam Ampere dan a dalam meter.

Bila kuat arus dikedua kawat sama besarnya, maka :

Untuk I = 1 Ampere dan a = 1 m maka F = 2.10-7 N/m

Kesimpulan :

1 Ampere adalah kuat arus dalam kawat sejajar yang jaraknya 1 meter dan menimbulkan gaya Lorentz sebesar 2.10-7 N tiap meter.

Gerak Partikel Bermuatan Dalam Medan Listrik.

Pertambahan energi kinetik.

Partikel A yang massanya m dan muatannya q berada dalam medan listrik serba sama, kuat medannya E arah vektor E kekanan. Pada partikel bekerja gaya sebasar F = qE, oleh sebab itu partikel memperoleh percepatan :

Usaha yang dilakukan gaya medan listrik setelah partikel berpindah d adalah :

W = F . d = q . E .d

Usaha yang dilakukan gaya sama dengan perubahan energi kinetik

Ek = q . E .d

v1 kecepatan awal partikel dan v2 kecepatannya setelah menempuh medan listrik sejauh d.

Lintasan partikel jika v tegak lurus E.

Didalam medan listrik serba sama yang kuat medannya E, bergerak partikel bermuatan positif dengan kecepatan vx.

Dalam hal ini partikel mengalami dua gerakan sekaligus, yakni gerak lurus beraturan sepanjang sumbu x dan gerak lurus berubah beraturan sepanjang sumbu y.

Oleh sebab itu lintasannya berupa parabola. Setelah melintasi medan listrik, lintasannya menyimpang dari lintasannya semula.

Kecepatan pada saat meninggalkan medan listrik.

Arah kecepatan dengan bidang horisontal q :

Gerak Partikel Bermuatan Dalam Medan Magnet

Besar gaya Lorentz pada partikel.

Pada arus listrik yang berada dalam medan magnet bekerja gaya Lorentz.

F = B . I . sin a

Arus listrik adalah gerakan partikel-partikel yang kecepatannya tertentu, oleh sebab itu rumus di atas dapat diubah menjadi :

F = B . . v . t sin a

F = B . q . v sin a

F adalah gaya Lorentz pada partikel yang muatannya q dan kecepatannya v, B besar induksi magnetik medan magnet, a sudut yang diapit vektor v dan B.

Lintasan partikel bermuatan dalam medan magnet.

Tanda x menyatakan titik tembus garis-garis gaya kemagnetan yang arah induksi magnetiknya ( B ) meninggalkan kita. Pada partikel yang kecepatannya v, bekerja gaya Lorentz.

F = B . q . v sin 900

F = B . q . v

Vektor F selalu tegak lurus pada v, akibatnya partikel bergerak didalam medan magnet dengan lintasan bentuk : LINGKARAN.

Gaya centripetalnya yang mengendalikan gerak ini adalah gaya Lorentz.

Fc = F Lorentz

= B . q . v

R =

R jari-jari lintasan partikel dalam magnet.

m massa partikel.

v kecepatan partikel.

q muatan partikel.

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan kadah tangan kanan bila tangan kanan di buka : Ibu jari menunjukkan ( v ), keempat jari menunjukkan ( B ) dan arah telapak tangan menunjukkan ( F )

Gelombang Bunyi

SUMBER-SUMBER BUNYI

GETARAN BUNYI

Sehelai dawai ditegangkan dengan beban variabel. Jika dawai dipetik di tengah-tengahnya, maka seluruh dawai akan bergetar membentuk setengah panjang gelombang.

Gelombang yang terjadi adalah gelombang stasioner, pada bagian ujung terjadi simpul dan di bagain tengah terjadi perut. jadi panjang kawat L = atau = lo = 2L. Nada yang ditimbulkan adalah nada dasar, Jika frekwensinya dilambangkan dengan fo maka :

fo . lo = fo . 2L = v fo =

Jika tepat ditengah dawai dijepit, kemudian senar digetarkan maka getaran yang terjadi dalam senar digambar sebagai berikut :

Senar digetarkan pada jarak L dari salah satu ujung senar. Gelombang yang terjadi menunjukkan bahwa pada seluruh panjang tali erjadi 1 gelombang. Jadi L = l1 dan nada yang ditimbulkannya merupakan nada atas pertama., dengan frekwensi f1.

Maka f1 . l1 = f1 . L = v f1 = =

Dawai juga dapat digetarkan sedemikian sehingga antara kedua ujungnya terdapat dua buah simpul, yaitu dengan cara pada jarak panjang dawai dari salah satu ujungnya dijepit dengan penumpu dan dawai digetarkan pada jarak L, maka pola gelombang yang terjadi dapat digambar sebagai berikut :

Seluruh panjang dawai akan menggetar dengan membentuk 1 gelombang.

Jadi L = 1 l2 Nada yang ditimbulkan adalah nada atas kedua dengan frekwensi f2.

Jadi :

L = l2 atau l2 = L

f2 . l2 = f2 . L = v

f2 =

dari data di atas dapat disimpulkan :

fo : f1 : f2 : . . . = 1 : 2 : 3 : . . .

Yang disebut nada selaras (nada harmonis) atau juga dinamakan nada flageolet.

Rumus umum dari pada frekwensi nada-nada tersebut di atas adalah :

karena v adalah kecepatan rambat gelombang transversal, maka

dari persamaan di atas dapat disimpulkan dalam hukum Mersenne berikut ini :

1. Frekwensi nada dasar dawai berbanding terbalik dengan panjang dawai.

2. Frekwensi nada dasar dawai berbanding lurus ( berbanding senilai ) dengan akar kuadrat tegangan tali.

3. Frekwensi nada dasar dawai berbanding terbalik dengan akar kudrat penampang dawai.

4. Frekwensi nada dasar dawai berbanding terbalik dengan akar kuadrat masa jenis bahan dawai.

Pada nada atas ke-n terdapat ( n+2 ) simpul dan ( n+1 ) perut.

GETARAN KOLOM UDARA

PIPA ORGANA TERBUKA.

Kolom udara dapat beresonansi, artinya dapat bergetar. Kenyataan ini digunakan pada alat musik yang dinamakan Organa, baik organa dengan pipa tertutup maupun pipa terbuka. Dibawah ini adalah gambar penampang pipa organa terbuka.

Jika Udara dihembuskan kuat-kuat melalui lobang A dan diarahkan ke celah C, sehingga menyebabkan bibir B bergetar, maka udarapun bergetar. Gelombang getaran udara merambat ke atas dan oleh lubang sebelah atas gelombang bunyi dipantulkan ke bawah dan bertemu dengan gelombang bunyi yang datang dari bawah berikutnya, sehingga terjadilah interferensi. Maka dalam kolom udara dalam pipa organa timbul pola gelombang longitudinal stasioner. Karena bagian atas pipa terbuka, demikian pula celah C, maka tekanan udara di empat tersebut tentulah sama dan sama dengan tekanan udara luar, jadi tekanan di tempat tersebut timbulah perut.

Pada gambar (b) di atas terlihat 1 simpul diantara 2 perut. Ini berarti pipa organa bergetar dengan nada terendah yang disebut nada dasar organa. Frekwensi nada dasar dilambangkan fo, jadi L = o atauo = 2L, sehingga fo= .

Pada gambar (c) memperlihatkan dua simpul dan satu perut diantara kedua perut, dikatakan udara dalam pipa organa bergetar dengan nada atas pertama dan dilambangkan dengan f1. Pada pola tersebut sepanjang kolom udara dalam pipa terjadi 1 gelombang.

Jadi :

1 = L

f1 . l1 = f1 . L = v

f1 = =

Pada gambar (d) memperlihatkan 3 simpul dan dua perut di antara kedua perut, dan bunyi yang ditimbulkan merupakan nada atas kedua dilambangkan f2. Pada pola tersebut dalam pipa organa terbuka tersebut terjadi 1gelombang,

jadi :

L = l2 atau l2 = L

f2 . l2 = f2 . L = v

f2 =

Secara berturut-turut peristiwa di atas dapat kita amati sebagai berikut :

( 2 perut dan 1 simpul )

( 3 perut dan 2 simpul )

( 4 perut dan 2 simpul )

( 5 perut dan 4 simpul )

Pada nada atas ke-n terdapat : ( n+2 ) perut dan ( n+1 ) simpul sehingga secara umum dapat dirumuskan sebagai :

Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa :

fo : f1 : f2 : f3 : . . . = 1 : 2 : 3 : 4 : . . .

Ungkapan tersebut dinamakan Hukum Bernoulli ke I, yaitu : Frekwensi nada-nada yang dihasilkan oleh pipa organa terbuka berbanding sebagai bilangan asli.

PIPA ORGANA TERTUTUP

Apabila pada ujung atas pipa organa tertutup, maka dinamakan pipa organa tertutup, sehingga gelombang longitudinal stasioner yang terjadi pada bagian ujung tertutup merupakan simpul dan pada bagian ujung terbuka terjadi perut.

Gambar berikut menunjukkan berbagi pola getaran yang terjadi pada pipa organa tertutup.

Pada (a) memberikan nada dasar dengan frekwensi fo. Pada panjang kolom udara L terjadi 1/4 gelombang, karena hanya terdapat 1 simpul dan 1 perut.

Jadi :

L = o ; o = 4L

f0 . l0 = f0. 4L = v

f0 =

Pada pola ( b ) memberikan nada atas pertama dengan Frekwensi f1. Sepanjang kolom udara pipa organa tertutup terjadi 2 simpul dan 2 perut, sehingga panjang pipa = panjang gelombang.

Jadi :

L =1 atau 1 = L

f1 . l1 = f1 . L = v

f1 =

Pada pola ( c ) memberikan nada atas kedua dengan dengan frekwensi f2 pada panjang kolom udara pipa organa tertutup terjadi 3 simpul dan 3 perut, sehinga panjang pipa = panjang gelombang.

Jadi :

L = l2 atau l2 = L

f2 . l2 = f2 . L = v

f2 =

Dari keterangan di atas dapat disimpulkan :

Pada nada atas ke-n terdapat ( n+1 ) simpul dan ( n+1 ) perut.

fo : f1 : f2 : f3 : . . . = 1 : 3 : 5 : 7 : . . .

Ungkapan ini dinamakan Hukum Bernoulli ke II : Frekwensi nada pipa organa tertutup berbanding sebagai bilangan-bilangan ganjil.

Secara umum dirumuskan :

Sehingga untuk panjang gelombangnya :


SETIAP GELOMBANG MERAMBATKAN ENERGI

Rambatan bunyi adalah ramabatan gelombang, sedangkan rambatan gelombang adalah salah satu bentuk rambatan energi. Makin besar energi bunyi yang diterima makin nyaring suara yang kita dengar.

INTENSITAS BUNYI.

Yang dimaksud dengan intensitas bunyi ialah : Besar energi bunyi tiap satuan waktu tiap satuan luas yang datang tegak lurus.

Dapat dirumuskan sebagai :

I = Intensitas bunyi dalam watt/m2 atau watt/cm2

A = Luas bidang bola dalam m2 atau cm2

P = Daya bunyi dalam J/det atau watt.

Bila S merupakan sumber bunyi yang berdaya P watt dan energi bunyi merambat ke segala arah sama rata, Intensitas bunyi di titik yang jaraknya R dari S adalah :

Kesimpulan : Intensitas bunyi berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.

TARAF INTENSITAS BUNYI. ( TI )

Intensitas bunyi terkecil yang masi merangsang pendengaran disebut harga ambang pendengaran, besarnya 10-12 watt/m2.

Intensitas bunyi terbesar yang masih dapat didengar tanpa menimbulkan rasa sakit pada telinga sebesar 1 watt/m2.

Logaritma perbandingan intensitas bunyi dengan harga ambang pendengaran disebut Taraf Intensitas Bunyi.

TI taraf intensitas bunyi dalam : Bel.

I adalah intensitas bunyi.

Io adalah harga ambang pendengaran.

Bila satuan TI dalam Decibel ( dB ) hubungan di atas menjadi :

1 Bel = 10 dB.

INTERFERENSI 2 GELOMBANG BERFREKWENSI BERBEDA SEDIKIT MENIMBULKAN LAYANGAN.

Sebuah titik P mulai bergetar karena mendapat usikan dari dua gelombang yang frekwensi f1 dan f2, dimana f1 - f2 = d ( d bilangan kecil ), Getaran yang dilakukan P oleh pengaruh gelombang-gelombang tersebut masing-masing mempunyai persamaan sebagai berikut :

Persamaan gelombang yang pertama : y1 = A1 sin 2 p f1 t

Persamaan gelombang yang kedua : y2 = A2 sin 2 p f2 t

Dalam hal ini A1 = A2 = A, sehingga superposisi kedua gelombang dinyatakan dengan :

y = y1 + y2

y = A sin 2 p f1 t + A sin 2 p f2 t

y = 2A sin 2 p (f1 + f2 ) t . cos 2 p(f1 - f2) t

y = 2 A sin t . cos t

Karena f1 - f2 = d, maka persamaan di atas menjadi :

y = 2A sin 2 p (f1 + f2 ) t . cos 2 pd t

Karena nilai d kecil, maka nilai (f1 + f2 ) t = ( f + f + d ) = f

Sehingga persamaan di atas dapat ditulis :

y = 2A cos p d t . sin 2 p f t

Persamaan di atas dapat dianggap sebagai persaman getaran selaras dengan frekwensi f dan amplitudo yang tergantung dari pada waktu, yaitu 2A cos p d t. Ini berarti amplitudo tersebut mempunyai frekwensi d dan periode detik. Ini berarti bahwa dalam selang waktu detik amplitudo mencapai harga nol - ekstrim - nol - ekstrim - nol.

Karena kuat bunyi (intensitas bunyi) berbanding lurus dengan kuadrat amplitudonya, maka makin besar amplitudonya, makin kuatlah bunyi tersebut, sehinga dalam interval detik tersebut juga akan terdengar bunyi lemah - kuat - lemah - kuat - lemah sesuai dengan pengertian satu layangan.

Layangan adalah interferensi dua getaran harmonis yang sama arah getarnya, tetapi mempunyai perbedaan frekwensi sedikit sekali. Misalnya dua getaran A dan N berturut-turut mempunyai frekwensi f1 = 4 Hz dan f2 = 6 Hz

Mula-mula kedua sumber getar bergetar dengan fase sama, jadi superposisi gelombang saling memperkuat atau terjadi penguatan. Setelah beberapa saat getaran B mendahului getaran dari pada A, sehingga fasenya berlawanan, jadi saat ini superposisi saling menghapus. Beberapa saat kemudian B bergetar satu getaran lebih dahulu dari A, maka saat ini fase A dan B sama lagi dan terjadi superposisi saling memperkuat lagi, artinya terjadi terjadi penguatan lagi dan seterusnya.

Dari grafik di atas terlihat bahwa amplitudo dari superposisi adalah y = y1 + y2 yang harganya bertambah besar dari nol sampai maksimum dan kemudian menjadi kecil lagi dari maksimum sampai nol.

Pada saat terjadi amplitudo maksimum, maka interferensi mencapai terkuat atau terjadi penguatan dan pada saat amplitudo minimum terjadi interferensi pelemahan. Yang dimaksud dengan satu layangan ialah bunyi yang terdengar keras- lemah - keras atau lemah - keras - lemah, seperti yang terlihat pada grafik.

Jika untuk terjadi satu layangan diperlukan waktu detik, maka dalam satu detik terjadi layangan. Bilangan ini ternyata sama dengan selisih frekwensi antara sumber bunyi yang menimbulkannya.

Jadi :

d = / f1 - f2 /

d = jumlah layangan.

f1 dan f2 adalah frekwensi-frekwensi yang menimbulkan layangan.

gelombang cahaya

gelombang cahaya
Cahaya memang menarik untuk dipelajari. Sejak berabad-abad yang lalu banyak ahli yang tertarik untuk meneliti cahaya. Sebagai contoh adalah Newton dan Maxwell. Teori Newton tentang cahaya terkenal dengan teori partikel cahaya sedangkan teori Maxwell terkenal dengan gelombang elektromagnetik. Fisikawan lain yang juga tertarik akan cahaya adalah Huygens, Thomas Young, dan Fresnell. Tokoh-tokoh fisika ini cukup banyak memberikan sumbangan terhadap perkembangan teori tentang cahaya. Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi mata manusia. Karena itu, cahaya selain memiliki sifat-sifat gelombang secara umum misal dispersi, interferensi, difraksi, dan polarisasi, juga memiliki sifat- sifat gelombang elektromagnetik, yaitu dapat merambat melalui ruang hampa.

Ada dua jenis cahaya, yaitu cahaya polikromatik dan cahaya monokromatik. Cahaya polikromatik adalah cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjang gelombang. Contoh cahaya polikromatik adalah cahaya putih. Adapun cahaya monokromatik adalah cahaya yang hanya terdiri atas satu warna dan satu panjang gelombang. Contoh cahaya monokromatik adalah cahaya merah dan ungu.
Dispersi Cahaya (Disperse Light Wave)

Pernahkah kamu mengamati pelangi? Mengapa pelangi terjadi pada saat gerimis atau setelah hujan turun dan matahari tetap bersinar? Peristiwa terjadinya pelangi merupakan gejala dispersi cahaya. Gejala dispersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik).

Di depan telah disinggung bahwa cahaya putih merupakan cahaya polikromatik, artinya cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjang gelombang. Jika cahaya putih diarahkan ke prisma maka

cahaya putih akan terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Cahaya-cahaya ini memiliki panjang gelombang yang berbeda. Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. Semakin kecil panjang gelombangnya semakin besar indeks biasnya. Indeks bias cahaya tersebut adalah ungu > nila > biru > hijau > kuning > jingga > merah. Perhatikan di samping! Seberkas cahaya polikromatik diarahkan ke prisma. Cahaya tersebut kemudian terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Tiap- tiap cahaya mempunyai sudut deviasi yang berbeda. Selisih antara sudut deviasi untuk cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi. Besar sudut dispersi dapat dituliskan sebagai berikut:
Keterangan:
Interferensi Cahaya (Interferensi Light Wave)

Cahaya merupakan gelombang yaitu gelombang elektromagnetik. Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu gelombang baru. Interferensi cahaya bisa terjadi jika ada dua atau lebih berkas sinar yang bergabung. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar maka interferensinya sulit diamati. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat berikut ini:

1. Kedua gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bahwa
kedua gelombang cahaya harus memiliki beda fase yang selalu
tetap, oleh sebab itu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama
2. Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitude yang hampir
sama.
Interferensi Celah Ganda (Interferensi by Two Tight Apertures)

Pada tahun 1804 seorang fisikawan bernama Thomas Young (1773- 1829) dapat mendemonstrasikan interferensi cahaya. Young melewatkan cahaya koheren (sinar-sinarnya sefase dan frekuensi sama) melalui dua celah sempit yang dikenal dengan celah ganda. Perhatikan Gambar (a), dua berkas cahaya koheren dilewatkan pada celah ganda kemudian dapat mengenai layar. Pada layar itulah tampak pola garisgaris terang seperti padaGa mba r(b). Pola garisgaris terang dan gelap inilah bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi.

Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya dari kedua celah tersebut. Berkas cahaya dari S1 dan S2 yang sampai pada layar terlihat berbeda lintasan sebesar ΔS = d sin θ. Perbedaan panjang lintasan inilah yang dapat menimbulkan fase antara dua berkas cahaya tersebut berbeda. Interferensi akan saling menguatkan jika berkas cahaya sefase dan saling melemahkan jika berlawanan fase. Sefase berarti berbeda sudut fase Δθ = 0, 2π, 4π,..... Sedangkan berlawanan fase berarti berbeda sudut fase Δθ = π, 3π, 5π, ... . Syarat ini dapat dituliskan dengan beda lintasan seperti persamaan berikut:
Interferensi maksimum (garis terang) : d sin θ = n λ
Interferensi minimum (garis gelap) : d sin θ = (n −1 /2 ) λ
Keterangan :
d = jarak antar celah (m),
θ = sudut yang dibentuk berkas cahaya dengan garis mendatar
n = pola interferensi (orde), garis terang n = 0, 1,2,3,....; garis gelap n
= 1,2,3,....
λ = panjang gelombang cahaya yang berinterferensi (m)

Perhatikan kembali Gambar(a ). Untuk sudut θ kecil ( θ ≤ 12o) akan berlaku: sin θ ≈ tg θ berarti selisih lintasannya memenuhi hubungan berikut:
lpdd=θsin
Interferensi pada Lapisan Tipis

Kalian tentu pernah main air sabun yang ditiup sehingga terjadi gelembung. Kemudian saat terkena sinar matahari akan terlihat warna-warni. Cahaya warna-warni inilah bukti adanya peristiwa interferensi cahaya pada lapisan tipis air sabun. Interferensi ini terjadi pada sinar yang dipantulkan langsung dan sinar yang dipantulkan setelah dibiaskan. Syarat terjadinya interferensi memenuhi persamaan berikut:

Interferensi maksimum : 2nd = (m + ) λ21
Interferensi minimum : 2nd = m . λ
Keterangan :

n = indeks bias lapisan
d = tebal lapisan (m)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
m = 0, 1, 2,3, 4,......

Difraksi cahaya (Light Diffraction)
Difraksi cahaya adalah peristiwa pelenturan cahaya yang akan terjadi jika cahaya melalui celah yang sangat sempit. Kita dapat melihat gejala ini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita arahkan pada sumber cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau dengan melihat melalui kisi tenun kain yang terkena sinar lampu yang cukup jauh.
Difraksi Celah Tunggal
Gambar di samping memperlihatkan gelombang cahaya yang datang
pada sebuah celah yang sangat sempit. Pola interferensi pada difraksi

celah tunggal ini terlihat adanya garis-garis gelap. Sedangkan pola terangnya lebar. Terang pusat akan melebar setengah bagian lebih lebar pada kedua sisi. Dari kejadian ini dapat dituliskan syarat-syarat interferensi sebagai berikut:
Difraksi maksimum : d sin θ = (m

+)λ21
Difraksi minimum : d sin θ = m λ
Keterangan :
d = lebar celah (m)
θ = sudut berkas sinar dengan arah

tegak lurus (derajat)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
m = 1, 2, 3, 4,....

Difraksi Celah Ganda (Kisi Difraksi)

Kisi difraksi merupakan piranti untuk menghasilkan spektrum dengan menggunakan difraksi dan interferensi, yang tersusun oleh celah sejajar dalam jumlah sangat banyak dan memiliki jarak yang sama (biasanya dalam orde 1.000 per mm). Dengan menggunakan banyak celah, garis-garis terang dan gelap yang dihasilkan pada layar menjadi lebih tajam. Bila banyaknya garis (celah) per satuan panjang, misalnya cm adalahN, maka tetapan kisid adalah:
d =1 /N
Bila cahaya dilewatkan pada kisi dan diarahkan ke layar, maka pada
layar akan terjadi hal-hal berikut ini: Garis terang (maksimum), bila:
d.sin θ = n.λ ; n = 0, 1, 2,........
Garis gelap (minimum), bila:
d.sin θ = (n+21)λ; n = 1, 2, 3,........

POLARISASI CAHAYA (Polarization of Light)
Pada pembahasan sebelumnya telah disebutkan bahwa cahaya
termasuk gelombang tranversal. Hal ini dibuktikan oleh peristiwa
polarisasi cahaya. Polarisasi cahaya adalah pembatasan atau
pengutuban dua arah getar menjadi satu arah getar.
Polarisasi cahaya dapat terjadi karena beberapa hal berikut:

a.pemantulan (Reflection)
b.pembiasan (Reflaction
c.absorpsi selektif(Selective Absorption)
d.hamburan (Scattering)

gelombang

GELOMBANG

Pernahkah anda bermain ke pantai ? wah… kalau yang tinggal di daerah yang jauh dari pantai kayanya belum neh… :) suatu pemandangan indah ketika kita berada di pantai adalah gulungan gelombang laut yang datang dari tengah dan akhirnya pecah di tepi pantai… indah sekali, apalagi ketika kita berada di pantai kuta, Bali…. Gelombang laut merupakan salah satu contoh gelombang yang sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Selain gelombang laut, masih terdapat banyak contoh lainnya. Ketika anda melempar sebuah batu kecil pada permukaan air yang tenang, akan muncul gelombang yang berbentuk lingkaran dan bergerak ke luar. Contoh lain adalah gelombang yang merambat sepanjang tali yang terentang lurus, ketika kita menggerakan tali naik turun. sebenarnya gelombang itu apa ? terus apa yang menjadi penyebab adanya gelombang ?

Ketika kita berbicara mengenai gelombang, kita tidak bisa mengabaikan getaran. Getaran dan gelombang mempunyai hubungan yang erat sekali. Pokok bahasan getaran telah anda pelajari di kelas XI, mudah-mudahan anda belum melupakannya. Sebaiknya klik link di atas dan segera meluncur ke TKP untuk mempelajarinya lagi, seandainya dirimu telah melupakannya. Kali ini gurumuda mencoba menyinggung kembali apa itu getaran (Cuma intisarinya) dan bagaimana kaitannya dengan gelombang.

Getaran alias osilasi merupakan gerak bolak balik suatu partikel secara periodik di sekitar titik kesetimbangannya (jangan pake hafal.. pahami saja). Terdapat dua contoh umum getaran yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, yakni getaran benda pada pegas dan getaran benda pada ayunan sederhana (contoh getaran benda pada ayunan sederhana adalah getaran bandul).

Getaran yang terjadi pada suatu benda disebabkan oleh adanya gangguan yang diberikan pada benda tersebut. Untuk kasus getaran bandul dan getaran benda pada pegas, gangguan tersebut disebabkan oleh adanya gaya luar (dalam hal ini kita yang menggerakan bandul atau benda pada pegas). Sebenarnya terdapat banyak contoh getaran yang dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Garputala bergetar ketika kita memberikan gangguan dengan cara memukul garputala tersebut. Kendaraan akan bergetar ketika mesinnya dinyalakan, dalam hal ini kendaraan tersebut diberi gangguan. Suara yang kita ucapkan tidak akan terdengar apabila pita suara kita tidak bergetar. Seindah apapun alunan musik, jika loudspeaker yang berfungsi sebagai sumber bunyi dan gendang telinga kita sebagai penerima tidak bergetar, maka dapat dipastikan kita tidak akan pernah mendengar musik tersebut.

Setiap gangguan yang diberikan kepada suatu benda akan menimbulkan getaran pada benda tersebut dan getaran ini akan merambat dari suatu tempat ke tampat lain melalui suatu medium tertentu (medium = perantara). Dalam hal ini, peristiwa perambatan getaran dari suatu tempat ke tempat lain melalui suatu medium tertentu disebut gelombang. Dengan kata lain, gelombang merupakan getaran yang merambat dan getaran sendiri merupakan sumber gelombang.

Ketika kita melempar batu ke dalam genangan air yang tenang, gangguan yang kita berikan menyebabkan partikel air bergetar alias berosilasi terhadap titik setimbangnya. Perambatan getaran pada air menyebabkan adanya gelombang pada genangan air tadi. Jika kita menggetarkan ujung tali yang terentang maka gelombang akan merambat sepanjang tali tersebut. Gelombang tali dan gelombang air adalah dua contoh umum gelombang yang dengan mudah kita saksikan dalam kehidupan sehari-hari.

Perlu anda ketahui bahwa ketika melihat gelombang pada genangan air, seolah-olah tampak bahwa gelombang tersebut membawa air keluar dari pusat lingkaran. Atau ketika menyaksikan gelombang laut bergerak ke pantai, mungkin anda berpikir bahwa gelombang membawa air laut menuju ke pantai. Kenyataannya bukan seperti itu. Sebenarnya yang anda saksikan adalah setiap partikel air tersebut berosilasi (bergerak naik turun) terhadap titik setimbangnya. Agar lebih memahami penjelasan gurumuda, alangkah baiknya jika dirimu melakukan percobaan kecil-kecilan. Coba letakan benda yang bisa terapung di atas air yang bergelombang. Dirimu akan mengamati benda tersebut bergerak naik turun pada tempat yang sama. Hal ini menujukkan bahwa gelombang tidak memindahkan air tersebut. Kalau gelombang memindahkan air, maka benda yang terapung juga ikut bepindah. Jadi air hanya berfungsi sebagai medium bagi gelombang untuk merambat. Paham khan ?

Oya, apakah dirimu pernah mandi di laut ? yang gurumuda maksudkan adalah ketika air laut sedang bergelombang. Seandainya pernah, dirimu pasti merasa terhempas ketika diterpa gelombang laut… gurumuda termasuk anak pantai, sehingga sering merasakan hempasan gelombang ketika mandi di laut. Mengapa tubuh kita terhempas ketika diterpa gelombang laut ? Apabila dirimu tinggal di kota dan sering mandi di kolam renang, coba lakukan percobaan berikut. Guncangkan tangan anda di dalam air kolam sampai air kolam tersebut bergelombang. Ketika air kolam menjadi bergelombang, apakah dirimu merasakan dorongan yang ditimbulkan air tersebut ? walaupun efeknya kecil, gurumuda yakin anda pasti merasakan dorongan air kolam… bagi yang alergi air alias tidak pernah mandi di laut atau kolam renang, coba lakukan percobaan berikut… cari sebuah tali yang agak panjang… jika anda tidak punya koleksi tali, silahkan pinjam di toko terdekat :) minta bantuan seorang teman untuk menggerakan salah satu ujung tali naik turun, sehingga tali tersebut bergelombang… nah, dirimu berdiri di ujung tali yang lain. Usahakan agar anda berdiri tepat pada ujung tali (talinya jangan dipegang, dibiarkan saja di lantai atau tanah). Ketika temanmu menggerakan tali dengan kuat, pasti akan terasa sakit jika salah satu ujung tali mengenai tubuh anda… mengapa demikian ? penjelasan panjang lebar ini hanya mau menunjukkan kepada anda bahwa setiap gelombang selalu membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Ketika mandi di laut, tubuh kita terhempas ketika diterpa gelombang laut karena terdapat energi pada gelombang laut. Energi yang terdapat pada gelombang laut bisa bersumber dari angin dkk. Ketika anda mengguncangkan tangan di dalam air kolam, sebenarnya anda sedang memindahkan energi pada air. Demikian juga ketika teman anda menggerakan tali, pada saat itu juga terjadi perpindahan energi dari tangan ke tali, yang kemudian membawanya sepanjang tali tersebut. Sakit yang dirasakan ketika salah satu ujung tali mengenai tubuh anda, disebabkan karena energi pada tali dipindahkan pada bagian tubuh yang bersentuhan dengan tali.

JENIS-JENIS GELOMBANG

Pada penjelasan di atas, gurumuda telah menyebutkan beberapa contoh gelombang yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Itu baru beberapa contoh… masih banyak contoh lain yang belum disebutkan. Walaupun terdapat banyak contoh gelombang dalam kehidupan kita, secara umum hanya terdapat dua jenis gelombang saja, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Pembagian jenis gelombang ini didasarkan pada medium perambatan gelombang.

Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik merupakan gelombang yang membutuhkan medium untuk berpindah tempat. Gelombang laut, gelombang tali atau gelombang bunyi termasuk dalam gelombang mekanik. Kita dapat menyaksikan gulungan gelombang laut karena gelombang menggunakan laut sebagai perantara. Kita bisa mendengarkan musik karena gelombang bunyi merambat melalui udara hingga sampai ke telinga kita. Tanpa udara kita tidak akan mendengarkan bunyi. Dalam hal ini udara berperan sebagai medium perambatan bagi gelombang bunyi.

Gelombang mekanik terdiri dari dua jenis, yakni gelombang transversal (transverse wave) dan gelombang longitudinal (longitudinal wave). Silahkan nonton video di bawah…

Gelombang Transversal

Suatu gelombang dapat dikelompokkan menjadi gelombang trasnversal jika partikel-partikel mediumnya bergetar ke atas dan ke bawah dalam arah tegak lurus terhadap gerak gelombang. Contoh gelombang transversal adalah gelombang tali. Ketika kita menggerakan tali naik turun, tampak bahwa tali bergerak naik turun dalam arah tegak lurus dengan arah gerak gelombang.

Berdasarkan gambar di atas, tampak bahwa gelombang merambat ke kanan pada bidang horisontal, sedangkan arah getaran naik-turun pada bidang vertikal. Garis putus-putus yang digambarkan di tengah sepanjang arah rambat gelombang menyatakan posisi setimbang medium (misalnya tali atau air). Titik tertinggi gelombang disebut puncak sedangkan titik terendah disebut lembah. Amplitudo adalah ketinggian maksimum puncak atau kedalaman maksimum lembah, diukur dari posisi setimbang. Jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada gelombang disebut panjang gelombang (disebut lambda – huruf yunani). Panjang gelombang juga bisa juga dianggap sebagai jarak dari puncak ke puncak atau jarak dari lembah ke lembah.

Gelombang Longitudinal

Selain gelombang transversal, terdapat juga gelombang longitudinal. Jika pada gelombang transversal arah getaran medium tegak lurus arah rambatan, maka pada gelombang longitudinal, arah getaran medium sejajar dengan arah rambat gelombang. Jika dirimu bingung dengan penjelasan ini, bayangkanlah getaran sebuah pegas.

Pada gambar di atas tampak bahwa arah getaran sejajar dengan arah rambatan gelombang. Serangkaian rapatan dan regangan merambat sepanjang pegas. Rapatan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling mendekat, sedangkan regangan merupakan daerah di mana kumparan pegas saling menjahui. Jika gelombang tranversal memiliki pola berupa puncak dan lembah, maka gelombang longitudinal terdiri dari pola rapatan dan regangan. Panjang gelombang adalah jarak antara rapatan yang berurutan atau regangan yang berurutan. Yang dimaksudkan di sini adalah jarak dari dua titik yang sama dan berurutan pada rapatan atau regangan (lihat contoh pada gambar di atas).

Salah satu contoh gelombang logitudinal adalah gelombang suara di udara. Udara sebagai medium perambatan gelombang suara, merapat dan meregang sepanjang arah rambat gelombang udara. Berbeda dengan gelombang air atau gelombang tali, gelombang bunyi tidak bisa kita lihat menggunakan mata. Dirimu suka denger musik khan ? nah, coba sentuh loudspeaker ketika dirimu sedang memutar lagu. Semakin besar volume lagu yang diputar, semakin keras loudspeaker bergetar. Kalau diperhatikan secara seksama, loudspeaker tersebut bergetar maju mundur. Dalam hal ini loudspeaker berfungsi sebagai sumber gelombang bunyi dan memancarkan gelombang bunyi (gelombang longitudinal) melalui medium udara. Mengenai gelombang bunyi selengkapnya akan dipelajari pada pokok bahasan tersendiri.

Pada pembahasan di atas, sudah gurumuda jelaskan bahwa gelombang tali merupakan contoh gelombang transversal, sedangkan contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi. Lalu bagaimana dengan gelombang air ? gelombang air bukan sepenuhnya gelombang transversal atau gelombang longitudinal. Gelombang air merupakan gabungan antara gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

Dari penjelasan panjang lebar dan bertele-tele sebelumnya ;) , kita bisa menyimpulkan beberapa hal penting berkaitan dengan gelombang mekanik :

Pertama, gelombang merupakan getaran yang merambat dengan laju tertentu melalui medium tertentu. Medium yang dimaksudkan di sini bisa berupa tali, air, pegas, tanah dan sebagainya. Laju getaran yang merambat dikenal dengan julukan laju perambatan alias laju gelombang (v). Laju gelombang ditentukan oleh sifat-sifat medium yang dilalui oleh gelombang. Btw, jangan kacaukan laju gelombang dengan laju medium yang dilalui oleh gelombang.

Kedua, medium yang dilalui oleh gelombang hanya bergerak bolak balik pada posisi setimbangnya, medium tidak merambat seperti gelombang.

Ketiga, gelombang bisa terjadi jika suatu medium bergetar atau berosilasi. Suatu medium bisa bergetar atau berosilasi jika dilakukan usaha alias kerja pada medium tersebut. Dalam hal ini, ketika usaha atau kerja dilakukan pada suatu medium maka energi dipindahkan pada medium tersebut. Nah, ketika getaran merambat (getaran yang merambat disebut gelombang), energi dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain melalui medium tersebut. Gelombang tidak memindahkan materi atau medium yang dilaluinya, gelombang hanya memindahkan energi… perhatikan bahwa pembahasan kita sebelumnya berkaitan dengan gelombang mekanik. Karenanya jika disebutkan gelombang maka yang saya maksudkan adalah gelombang mekanik.

Gelombang Elektromagnet

Sebelumnya kita sudah mengobok2 gelombang mekanik. Nah, kalau gelombang mekanik membutuhkan medium untuk berpindah tempat alias bergentayangan dari satu tempat ke tempat lain, bagaimana dengan gelombang elektromagnet ? Untuk bergentanyangan dari satu tempat ke tempat lain, gelombang elektromagnet tidak membutuhkan medium… kok bisa ? yupz… mengenai gelombang elektromagnetik selengkapnya kita obok2 pada pembahasan mengenai gelombang elektromagnet.

Sebelumnya kita sudah mengelompokkan gelombang berdasarkan medium perambatan. Btw, gelombang juga bisa dikelompokkan berdasarkan banyaknya dimensi yang dilalui gelombang ketika bergentanyangan dari suatu tempat ke tempat lain. Berdasarkan banyaknya dimensi, gelombang bisa dikelompokkan menjadi gelombang berdimensi satu, gelombang berdimensi dua, gelombang berdimensi tiga. Gelombang tali dan gelombang pegas merupakan contoh gelombang berdimensi satu… riak air termasuk gelombang berdimensi dua. Sebaliknya gelombang bunyi dan gelombang elektromagnetik termasuk gelombang berdimensi tiga