LAPORAN PRAKTIKUM GELOMBANG DAN OPTIKPEMBIASAN, DIFRAKSI DAN
INTERFERENSI PADA GELOMBANG PERMUKAAN
Untuk memenuhi tugas matakuliah Praktikum Gelombang dan Optik
yang dibimbing oleh Ibu Chusnana Insyaf Yogihati
Hari dan Tanggal Praktikum: Kamis, 6 Februari 2014Kelompok:
2Anggota Kelompok: Ria Lifatul Jannah Hari Agung
UNIVERSITAS NEGERI MALANGFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAMPRODI PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAMFebruari
2014
A. Judul Praktikum : Pembiasan, Difraksi dan Interferensi pada
Gelombang PermukaanB. Tujuan PraktikumSetelah melakukan percobaan
ini, mahasiswa diharapkan memahami penyebab terjadinya pembiasan
pada gelombang, lenturan (difraksi), dan akibat interferensi antara
dua gelombang koheren.C. Dasar TeoriGelombang merupakan gejala
gangguan dari suatu sumber yang merambat ke ruang sekitarnya,
dengan sumber gangguannya berupa sistem yang berosilasi(Ramalis,
2003). Macam-macam gelombang dapat dibedakan antara lain menurut
medium perambatannya dan arah perambatannya.1. Menurut medium
perambatannya gelombang dibedakan menjadi gelombang mekanik dan
gelombang elektromagnetik. a. Gelombang Mekanik Gelombang mekanik
adalah gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya.
contohnya adalah gelombang tali, gelombang air, gelombang bunyi,
gelombang pada pegas atau per (slinky). b. Gelombang
Elektromagnetik Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang
energi dan momentumnya dibawa oleh medan listrik (E) dan medan
magnet (B) yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Sumber
gelombang elektromagnetik adalah sinar-x, gelombang radio, sinar
matahari menghasilkan infra merah, lampu merkuri menghasilkan ultra
violet dan lain-lain. 2. Menurut arah perambatannya gelombang
dibagi kedalam gelombang longitudinal dan gelombang transversal
yaitu : a. Gelombang Longitudinal Gelombang longitudinal adalah
gelombang dengan arah gangguan sejajar dengan arah perambatannya.
Contohnya adalah gelombang bunyi, gelombang bunyi ini analog dengan
pulsa longitudinal dalam suatu pegas vertikal di bawah tegangan
dibuat berosilasi ke atas dan ke bawah di sebuah ujung, maka sebuah
gelombang longitudinal berjalan sepanjang pegas tersebut, koil koil
pada pegas tersebut bergetar bolak balik di dalam arah di mana
gangguan berjalan sepanjang pegas.
b. Gelombang Transversal Gelombang transversal adalah gelombang
dengan arah rambatnya tegak lurus dengan penjalarannya. Misalnya
gelombang cahaya di mana gelombang listrik dan gelombang medan
magnetnya tegak lurus kepada arah penjalarannya.
Persamaan cepat rambat gelombang adalah : = .f Keterangan : v =
cepat rambat gelombang (m/s) = panjang gelombang (m) f = frekuensi
(Hz)
Gelombang memiliki beberapa sifat yaitu pemantulan (refleksi),
pembiasan (refraksi), pelenturan (difraksi), perpaduan
(interferensi), dispersi dan polarisasi.a. Pemantulan Gelombang
(Refleksi Gelombang)Pemantulan gelombang pada tangki riak, pada
pemantulan ini diperoleh gelombang lingkaran yang pusatnya adalah
sumber gelombang S. Gelombang pantul yang dihasilkan oleh bidang
lurus juga berupa gelombang lingkaran S sebagai pusat lingkaran.
Jarak S ke bidang pantul sama dengan jarak s ke bidang pantul.
Menurut Hukum Snellius, gelombang datang, gelombang pantul, dan
garis normal berada pada satu bidang dan sudut dating akan sama
dengan sudut pantul, seperti tampak pada gambar berikut:Untuk
gelombang dua atau tiga dimensi seperti gelombang air, kita
mengenal dengan istilah sinar gelombang dan muka gelombang.Muka
Gelombang
Muka gelombang (Front wave) didefinisikan sebagai tempat
kedududkan titik titik yang memiliki fase yang sama pada gelombang,
pada gambar di samping ini menunjukkan lingkaran lingkaran tersebut
merupakan muka gelombang. Jarak antara muka gelombang yang
berdekatan sama dengan satu gelombang (). Sinar gelombang adalah
garis yang ditarik dengan arah tegak lurus terhadap muka
gelombang
Bila gelombang melingkar merambat terus kesegala arah maka pada
jarak yang jauh dari sumber gelombang, kita akan melihat muka
gelombang yang hamper lurus, seperti halnya gelombang air laut yang
sampai dipantai. Muka gelombang yang seperti ini disebut sebagai
muka gelombang bidang.b. Pembiasan Gelombang (Refraksi
Gelombang)Pada pembiasan, gelombang yang mengenai bidang batas
antara dua medium, sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan
diteruskan atau dibiaskan. Gelombang yang dibiaskan ini akan
mengalami pembelokan arah dari arah semula tergantung pada
mediumnya. Pada medium kedua, cepat rambat gelombang mengalami
perubahan dan perubahan ini pun tergantung pada mediumnya. Dengan
kata lain, pembiasan gelombang adalah pembelokan arah lintasan
gelombang setelah melewati bidang batas antara dua medium yang
berbeda.
Gambar pembiasan sinar dari udara ke air
Pada gambar diatas diperlihatkan pembiasan cahaya dari medium
udara dengan indeks bias n, ke medium air yang memiliki indeks bias
n2.
Gambar (a) menunjukkan gelombang air merambat dari satu medium
menuju ke medium lain setelah melewati bidang batas antara kedua
medium, gelombang tersebut mengalami pembelokan. Pada peristiwa
tersebut terjadi perubahan arah rambat gelombang dan panjang
gelombang 2 lebih pendek dari pada 1.
Gambar (b) menunjukkan adanya perubahan kecepatan gelombang.
Gelombang merambat dari medium yang memiliki indeks bias n1 ke
medium lain dengan indeks bias n2.Dari kedua gambar tersebut
diturunkan persamaan pembiasan gelombang sebagai berikut:sini/sinr
= v1/v2 = (f1)/(f2 )= 1/2 Dari satu medium ke medium lainnya,
frekuensi gelombang tetap. Jadi yang mengalami perubahan adalah
kecepatan dan panjang gelombangc. Interferensi Gelombang
Keterangan:(a) Dua Gelombang Sefase(b) Dua gelombang berlawanan
faseDua gelombang disebut .sefase. jika kedua gelombang tersebut
memiliki frekuensi sama dan pada setiap saat yang sama memiliki
arah simpangan yang sama pula. Adapun dua gelombang disebut
berlawanan fase, jika kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi
sama, dan pada setiap seal yang sama memiliki arah simpangan yang
berlawanan.Untuk mengamati interterensi dari dua buah gelombang
dapat digunakan sebuah tangki rink (ripple tank). Pertemuan kedua
gelombang akan mengalami interferensi..lika pertemunan kedua
gelombang saling menguatkan, disebut interf reusi maksimum atau
interferensi konstruktif. Peristiwa ini terjadi jika pada titik
pertemuan tersebut kedua gelombang sefase. Akan tetapi, jika
pertemuan gelombang saling melemahkan, disebut interferensi minimum
atau interferensi destruktif. Peristiwa ini terjadi jika pada titik
pertemuan tersebut kedua gelombangnya berlawanan fase. Jika dua
gelombang sefase dan dua gelombang berlawanan fase mengalami
interferensi, akan didapatkan seperti gambar dibawah ini:
Keterangan:(a) Interferensi maksimum dua gelombang sefase(b)
Interferensi minimum dua gelombang berlawanan fased.Difraksi
GelombangPeristiwa difraksi atau lenturan dapat terjadi jika sebuah
gelombang melewati sebuah penghalang atau melewati sebuah celah
sempit. Pada suatu medium yang serba sama, gelombang akan merambat
lurus. Akan tetapi, jika pada medium tersebut gelomhang terhalangi,
bentuk dan arah perambatannya dapat berubah.
Perhatikan Gambar diatas. Sebuah gelombang pada permukaan air
merambat lurus. Kernudian, gelombang tersebut terhalang oleh sebuah
penghalang yang memiliki sebuah celah sempit. Gelombang akan
merambat melewati celah sempit tersebut. Celah sempit seolah-olah
merupakan sumber gelomhang baru. Oleh karena itu. setelah melewati
celah sempit gelombang akan merambat membentuk Imgkaran-lingkaran
dengan celah sempit tersebut sebagai pusatnya.e. Dispersi
Gelombang
Perubahan bentuk gelombang ketika melewati suatu medium disebut
disperse gelombang. Gelombang longitudinal, seperti gelombang
bunyi, kecil sekali mengalami disperse atau bahkan tidak sama
sekali. Sifat inilah yang digunakan dalam pencitraan dengan
mengunakan USG (Ultra Sonografi). Gelombang cahaya mengalami
disperse. Dengan sifat disperse gelombang cahaya pada prisma, kita
dapat menentukan lebar spektrum matahari. Misalkan cahaya
polikromatik (cahaya matahari) dilewatkan pada prisma dengan indeks
bias n2 dalam medium berindeks bias n1, dan sudut pembias .f.
Polarisasi GelombangGelombang yang hanya merambat pada satu bidang
disebut gelombang terpolarisasi linier, sedangkan gelombang yang
merambat tidak pada satu bidang disebut gelombang
takterpolarisasi.
D. Alat dan Bahan1 catu-daya1 set tangki riak1 kabel penghubung
merah1 kabel penghubung hitam
E. Prosedur Praktikum Pembiasan Gelombang1. Menyiapkan alat dan
bahan 2. Meletakkan sepotong balok kaca (balok pembias) di bawah
permukaan air di dalam tangki. Salah satu sisi balok diatur sejajar
dengan pembangkit riak datar. Keberadaan balok ini menyebabkan
sebagian kedalaman (ketebalan) air berkurang. Air di atas balok
menjadi dangkal.3. Membangkitkan gelombang datar pada permukaan
air. Gelombang mula-mula melewati air yang dalam kemudian air yang
dangkal.4. Mengamati gelombang yang terjadi, terutama ada atau
tidaknya perubahan panjang gelombang.5. Membuat sketsa muka-muka
gelombang yang terjadi6. Memutar balok pembias sehingga satu
sisinya miring (tidak tegak lurus) terhadap arah datangnya
gelombang7. Mengamati gelombang yang terjadi, terutama arah dan
panjang gelombang-gelombang di tempat yang dalam (panjang gelombang
dan arah rambatan)8. Membuat sketsa muka-muka gelombang yang
terjadi di kedua kedalaman air dan arah rambatan gelombang dating
dan gelombang pantul.
Lenturan (Pelengkungan) atau Difraksi Gelombang1. Menghalangi
perambatan gelombang datar menggunakan penghalang lurus2. Mengamati
dengan teliti yang terjadi pada muka-muka gelombang setelah
melewati penghalang. Lalu membuat sketsa kasar mengenai bentuk
muka-muka gelombang setelah melewati penghalang3. Gelombang datar
dilewatkan melalui celah yang agak lebar (5 cm)4. Mengamati dengan
teliti yang terjadi pada muka-muka gelombang setelah gelombang
melewati penghlang. Lalu membuat sketsa kasar mengenai bentuk
muka-muka gelombang setelah melewati penghalang5. Mempersempit
celah menjadi kira-kira 1 cm6. Mengamati dengan teliti yang terjadi
pada muka-muka gelombang melewati penghalang. Lalu membuat sketsa
kasar mengenai bentuk muka-muka gelombang setelah melewati
penghalang
Interferensi Dua Sumber Gelombang Koheren1. Memasang pembangkit
riak lingkaran ganda. Kedua pembangkit itu dipasang pada suatu
sumber getaran. Dengan cara ini getaran kedua pembangkit riak ada
dalam keadaan koheren: frekuensi dan fase keduanya selalu sama.2.
Mengamati saling pengaruhi (interferensi) antara kedua gelombang
itu.3. Mengenali daerah yang tampak tenamg, tidak beriak. Di sini
interferensi saling melemahkan, atau saling meniadakan.4. Mengenali
daerah yang tampak beriak. Di sini interferensi saling
menguatkan.
F. Data PengamatanLampiran G. Analisis dan PembahasanPada
percobaan kali ini dilakukan pengamatan terhadap sifat-sifat
gelombang yaitu pembiasan, pelenturan (difraksi) dan interferensi.
Percobaan yang pertama dilakukan yaitu pembiasan gelombang. Pada
percobaan ini, diletakkan sepotong balok kaca (balok pembias) di
bawah permukaan air di dalam tangki dengan salah satu sisi balok
diatur sejajar dengan pembangkit riak datar sehingga sebagian
kedalaman air berkurang. Setelah membangkitkan gelombang datar pada
permukaan air terjadi perbedaan panjang gelombang antara gelombang
yang melewati air yang dalam dengan gelombang yang melewati air
yang dangkal. Hal ini ditunjukkan dengan jarak muka-muka gelombang
yang melewati air yang dalam memiliki panjang gelombang lebih besar
bila dibandingkan dengan jarak muka-muka gelombang yang melewati
air yang dangkal. Selanjutnya, balok pembias diputar sehingga satu
sisinya miring (tidak tegak lurus) terhadap arah datangnya
gelombang. Setelah membangkitkan gelombang datar pada permukaan air
terjadi perubahan panjang gelombang antara gelombang yang melewati
air yang dalam dengan gelombang yang melewati air yang dangkal.
Selain itu, juga terjadi perubahan arah gelombang yang tadinya (air
dalam) tegak lurus setelah melintasi perbatasan menjadi menyudut
mengikuti bentuk balok pembias yang menghadap arah datangnya
gelombang. Hal ini karena arah gelombang datang yang tidak tegak
lurus terhadap bidang batas, maka gelombang akan mengalami
pembelokan.Cepat rambat gelombang dalam satu medium pada dasarnya
tetap. Hal ini karena frekuensi gelombang selalu tetap, sehingga
panjang gelombang juga tetap untuk gelombang yang menjalar dalam
satu medium. Apabila gelombang menjalar pada dua medium yang
jenisnya berbeda, maka cepat rambat gelombang pada dua medium
tersebut berbeda. Cepat rambat gelombang di medium yang rapat lebih
besar daripada cepat rambat gelombang di medium yang renggang(v1
> v2).. Dan dalam percobaan kali ini air yang dalam sebagai
medium rapat sedangkan air yang dangkal sebagai medium renggang.
Oleh karena =v/f, maka panjang gelombang di medium yang rapat juga
lebih besar daripada panjang gelombang di medium yang renggang(1
> 2). Makin besar nilai v, maka makin besar nilai , demikian
pula sebaliknya. Gelombang datang yang arahnya tidak tegak lurus
terhadap bidang pembatas antara medium satu dengan medium yang lain
akan mengalami pembelokan. Hal ini sesuai dengan hukum Snelius yang
dirumuskan sebagai berikut.
Dengan adalah indeks bias medium pertama, adalah indeks bias
medium kedua,i adalah sudut datang, dan r adalah sudut bias. Jika
gelombang melewati medium lebih rapat daripada medium sebelumnya,
maka gelombang akan dibiaskan mendekati garis normal dengan sudut
bias lebih kecil dari sudut dating. Begitu pula sebaliknya, jika
gelombang melewati medium yang lebih renggang daripada medium
sebelumnya, maka gelombang akan dibiaskan menjauhi garis normal
dengan sudut bias lebih besar dari sudut dating. Jadi dari hasil
pengamatan gelombang di atas dapat diketahui bahwa gelombang
memiliki sifat refraksi (pembiasan) yaitu perubahan kecepatan
gelombang karena perbedaan medium perambatan.Percobaan kedua yaitu
lenturan (pelengkungan) atau difraksi gelombang. Pada percobaan ini
dipasang sebuah penghalang lurus di salah satu sisi. Dengan adanya
penghalang tersebut perambatan gelombang datar terhambat yang
menyebabkan ada sebagian gelombang yang dipantulkan penghalang dan
sebagian lagi diteruskan. Muka-muka gelombang yang dipantulkan
maupun muka-muka gelombang yang diteruskan sama-sama berbentuk
lurus, namun dengan arah yang berbeda. Selanjutnya menambah satu
penghalang lagi di sisi lainnya sehingga terdapat celah 5 cm di
antara 2 penghalang. Setelah membangkitkan gelombang datar pada
permukaan air terjadi pemantulan pada gelombang yang merambat tepat
di depan penghalang, sedangkan gelombang yang merambat tepat di
depan celah terus merambat dengan bentuk muka-muka gelombang lurus.
Kemudian mempersempit celah menjadi kira-kira 1 cm. Setelah
membangkitkan gelombang datar pada permukaan air terjadi perubahan
bentuk muka-muka gelombang sebelum melewati celah sempit dan
setelah melewati celah sempit. Muka-muka gelombang yang semula
berbentuk lurus setelah melewati celah sempit menjadi berbentuk
lingkaran-lingkaran dengan celah sempit tersebut sebagai pusatnya.
Dari hasil pengamatan gelombang tersebut, diperoleh hasil bahwa
gelombang datang yang dihalang dengan celah yang lebar akan
membentuk gelombang berbentuk lurus sama seperti bentuk gelombang
awal, sebelum melewati penghalang. Akan tetapi, jika gelombang
dihalangi dengan penghalang bercelah sempit, maka gelombang yang
melewati penghalang akan membentuk gelombang lingkaran dengan celah
sempit sebagai pusatnya. Dengan demikian dapat diketahui bahwa
gelombang memiliki sifat difraksi (lenturan) yaitu pembelokan
gelombang bila gelombang melewati celah sempit. Celah sempit adalah
celah yang memiliki lebar jauh lebih kecil dari panjang gelombang.
Difraksi tidak terjadi bila celah yang dilewati gelombang lebar,
seperti yang teramati pada tangki riak dengan pemberian penghalang
pada salah satu sisinya dan tangki riak dengan celah selebar 5 cm.
Dalam hal ini celah sempit berfungsi sebagai sumber baru gelombang.
Celah dapat dianggap sebagai sumber titik, karena itulah muka
gelombang yang keluar dari celah berbentuk lingkaran-lingkaran
dengan celah sempit sebagai pusatnya. Percobaan ketiga yaitu
interferensi dua sumber gelombang koheren. Percobaan ini dilakukan
dengan memasang pembangkit riak lingkaran ganda. Ketika pembangkit
riak lingkaran ganda digetarkan timbul gelombang secara bersamaan
sehingga terjadi pertemuan antar gelombang yang berasal dari 2
sumber. Dari pertemuan gelombang tersebut teramati muka-muka
gelombang yang terbentuk seperti sarang laba-laba. Hal ini karena
terjadinya interferensi gelombang yaitu peristiwa perpaduan
duagelombang yang koheren. Maksud dari gelombang koheren sendiri
merupakan dua gelombang yangmemiliki frekuensi dan selisih fase
tetap. Terdapat dua macam interferensi, yaitu interferensi yang
bersifat penguatan dan interferensi yang bersifat pelemahan.
Terjadi interferensi penguatan apabila gelombang yang berpadu
memiliki fase yang sama. Sebaliknya, terjadi interferensi pelemahan
apabila kedua gelombang yang berpadu memiliki fase yang berlawanan.
Interferensi yang bersifat penguatan sering juga disebut sebagai
interferensi konstruktif, sedangkan interferensi yang bersifat
pelemahan sering disebut sebagai interferensi destruktif. H.
Kesimpulandari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa:1. Pembiasan
terjadi karena gelombang melewati dua medium yang memiliki
kerapatan yang berbeda. Apabila gelombang melewati medium yang
lebih rapat dari medium sebelumnya maka gelombang dibiaskan dengan
arahnya mendekati garis normal. Sebaliknya, apabila gelombang
melewati medium yang lebih renggang dari medium sebelumnya maka
gelombang akan dibiaskan dengan arah menjauhi garis normal. 2.
Pelenturan (difraksi) gelombang terjadi jika gelombang melewati
celah sempit. Dalam hal ini celah sempit berfungsi sebagai sumber
baru gelombang. Celah dapat dianggap sebagai sumber titik, karena
itulah muka gelombang yang keluar dari celah berbentuk
lingkaran-lingkaran dengan celah sempit sebagai pusatnya. 3.
Interferensi gelombang menyebabkan perpaduan gelombang yang saling
menguatkan melemahkan. Terjadi interferensi penguatan apabila
gelombang yang berpadu memiliki fase yang sama. Sebaliknya, terjadi
interferensi pelemahan apabila kedua gelombang yang berpadu
memiliki fase yang berlawanan.
I. Daftar PustakaRamalis, Taufik Ramlan.2003.Gelombang dan
Optik.Bandung:Indonesia.Sarojo, Ganijanti Aby.2011.Gelombang dan
Optika.Jakarta:Salemba Teknik. Young, Hugh D & Freedman, Roger
A.2003.Fisika Universitas.Jakarta: Erlangga.