Fisika Sekolah 3 Page 1 Mata Pelajaran : fisika Satuan Pendidikan : SMA/MA Kelas/Semester : XII/1 Standar Kompetensi: 1. Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikan masalah. Kompetensi Dasar : 1.3 menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan cahaya dalam teknologi Indikator Menerapkan konsep gelombang bunyi dalam prinsip kerja kaca mata tunanetra Menentukan kedalaman laut dengan konsep gelombang bunyi Menjelaskan aplikasi konsep gelombang bunyi dalam menentukan retak- retak pada struktur logam Menggunakan prinsip gelombang bunyi unruk mencuci benda dengan gelombang ultrasonic Menentukan survey geofisika dengan prinsip gelombang bunyi Menerapkan konsep gelombang bunyi untuk proses ultrasonografi Menjelaskan aplikasi konsep gelombang bunyi untuk mmengukur laju aliran darah Menunjukan aplikasi konsep gelombang cahaya pada LCD Menggunakan prinsip gelombang cahaya pada kaca mata polarisasi Menerapakn konsep gelombang cahaya pada mesin foto copy Menjelaskan aplikasi konsep gelombang cahaya pada CD dan DVD Menunjukan aplikasi konsep gelombang cahaya pada scanner Menggunakan prinsip gelombang bunyi pada laser Materi Pokok Aplikasi gelombang bunyi dan cahaya
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Fisika Sekolah 3 Page 1
Mata Pelajaran : fisika
Satuan Pendidikan : SMA/MA
Kelas/Semester : XII/1
Standar Kompetensi: 1. Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang
dalam menyelesaikan masalah.
Kompetensi Dasar: 1.3 menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan
cahaya dalam teknologi
Indikator
Menerapkan konsep gelombang bunyi dalam prinsip kerja kaca mata
tunanetra
Menentukan kedalaman laut dengan konsep gelombang bunyi
Menjelaskan aplikasi konsep gelombang bunyi dalam menentukan retak-
retak pada struktur logam
Menggunakan prinsip gelombang bunyi unruk mencuci benda dengan
gelombang ultrasonic
Menentukan survey geofisika dengan prinsip gelombang bunyi
Menerapkan konsep gelombang bunyi untuk proses ultrasonografi
Menjelaskan aplikasi konsep gelombang bunyi untuk mmengukur laju
aliran darah
Menunjukan aplikasi konsep gelombang cahaya pada LCD
Menggunakan prinsip gelombang cahaya pada kaca mata polarisasi
Menerapakn konsep gelombang cahaya pada mesin foto copy
Menjelaskan aplikasi konsep gelombang cahaya pada CD dan DVD
Menunjukan aplikasi konsep gelombang cahaya pada scanner
Menggunakan prinsip gelombang bunyi pada laser
Materi Pokok
Aplikasi gelombang bunyi dan cahaya
Fisika Sekolah 3 Page 2
Konsep prasyarat
Gelombang bunyi
Gelombang elektromagnetik
Optic geometris
Konsep esensial
Aplikasi gelombang bunyi dalam teknologi
Aplikasi gelombag cahaya dalam teknologi
Bagan Materi
Gelombang
Mekanik
Kedokteran Industri
Elektromagnetik
Teknologi
o Kaca mata
tunanetra
o Mengukur
kedalamn laut
o Mendeteksi
retak-retak pada
struktur logam
o Mencuci benda
dengan
Ultrasonik
o Survei Geofisika
o Ultrasonogra
fi
o Mengukur laju
aliran darah
o LCD
o Kaca mata
polarisasi
o Mesin photo
copy
o Compact Disc
dan Digital
Vidio Disc
o Scaner
o Laser
Fisika Sekolah 3 Page 3
Uraian Materi
A. Penerapan Gelombang Bunyi dalam Teknologi
Anda telah mengetahui bahwa teknik pantulan bunyi ultrasonik yang
dikirim oleh kelelawar digunakan kelelawar untuk menentukan navigasi di sekitar
kegelapan goa tempat tinggalnya dengan menggunakan gema ( bunyi pantul )
ultrasonik. Pantulan bunyi untuk navigasi ini dikenal dengan istilah SONAR (
sound navigation and ranging ). Teknik SONAR inilah yang banyak digunakan
dalam bidang industry.
Prinsip kerja SONAR berdasarkan prinsip pemantulan gelombang
ultrasonik. Alat ini diperkenalkan pertama kali oleh Paul Langenvin, seorang
ilmuan prancis pada tahun 1914. Pada saat itu Paul dan pembantunya membuat
alat yang dapat mengirim pancaran kuat gelombang bunyi berfrekuensi tinggi
(ultrasonik) melalui air. Pada dasarnya SONAR memiliki dua bagian alat yang
memancarkan gelombang ultrasonik yang disebut transmitter dan alat yang dapat
mendeteksi datangnya gelombang pantul ( gema ) yang disebut sensor ( receiver).
Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmitter ( pemancar ) yang
diarahkan ke sasaran, kemudian akan dipantulkan kembali dan ditangkap oleh
pesawat penerima ( receiver ). Dengan mengukur waktu yang diperlukan dari
gelombang dipancarkan sampai gelombang diterima lagi, maka dapat diketahui
jarak yang ditentukan.
Fisika Sekolah 3 Page 4
A.1 Aplikasi dalam bidang Industri
1. Kaca mata tunanetra
Terdiri dari tiga komponen
utama, yaitu sensor infra
merah(infrared) yang terletak di
kacamata, komponen pengontrol,
dan keluaran suara dari earphone.
Cara kerjanya sangat
sederhana. Sinar infra merah yang
dipancarkan akan memantul
kembali bila mengenai halangan. Pantulan itu akan diterima oleh komponen dioda
peka cahaya(photodioda). Pantulan akan meningkatkan tegangan yang kemudian
dikirimkan ke mikrokontroler dalam bentuk pulsa. Berdasarkan pulsa itu,
mikrokontroler akan mengaktifkan data suara berupa saran arah yang telah
disimpan sebelumnya.
2. Mengukur kedalaman laut
Untuk mengukur kedalaman laut,
SONAR diletakkan di bawah kapal. Dengan
pancaran ultrasonik diarahkan lurus ke dasar
laut, dalamnya air dapat dihitung dari
panjang waktu antara pancaran yang turun
dan naik setelah digemakan. Apabila cepat
rambat gelombang bunyi di udara
selang
waktu antara gelombang dipancarkan
dengan gelombang pantul datang adalah
,
indeks bias air
dan kedalaman laut adalah
maka kedalaman lau tersebut dapat
dicari dengan persamaan :
Dengan :
Fisika Sekolah 3 Page 5
= Jarak yang diukur ( m )
= waktu yang diperlukan gelombang dari dipancarkan sampai diterima kembali
( s )
= kecepatan rambat gelombang ultrasonik ( m/s )
= indeks bias medium
3. Mendeteksi retak-retak pada struktur logam
Untuk mendeteksi retak dalam struktur logam atau beton digunakan scanning
ultrasonik. Teknik scaning ultrasonik inilah yang digunakan untuk memeriksa
retak-retak tersembunyi pada bagian-bagian pesawat terbang, yang dapat
membahayakan penerbangan pesawat. Dalam pemeriksaan rutin, bagian-bagian
penting dari pesawat discanning secara ultrasonik. Jika ada retakan dalam logam,
pantulan ultrasonik dari retakan akan dapat dideteksi. Retakan ini kemudian
diperiksa dan segera diatasi sebelum pesawat diperkenankan terbang.
Perusahaan kereta api Inggris juga menggunakan scanning ultrasonik untuk
memeriksa ada tidaknya retakan pada rel yang akan dilintasi kereta.
4. Mencuci benda dengan ultrasonik
Beberapa benda seperti berlian dan
bagian-bagian mesin sangat sukar
dibersihkan menggunakan spon kasaar atau
detergen keras. Mungkin kita heran bahwa
getaran-getaran frekuensi tinggi dari
ultrasonik dapat dimanfaatkan untuk
merontokkan kotoran-kotoran dari suatu objek. Suatu objek (berlian, komponen-
komponen elektronik atau bagian-bagian mesin) dicelupkan dalam suatu cairan.
Gelombang ultrasonik kemudian dikirim melalui cairan, menyebabkan cairan
bergetar dengan sangat kuat. Getaran cairan akan merontokkan kotoran yang
menempel pada objek tanpa harus menggosok kotoran itu dengan keras.
5. Survey geofisika
Fisika Sekolah 3 Page 6
Suatu gempa atau ledakan dahsyat membangkitkan gelombang-gelombang
bunyi yang dapat menempuh perjalanan yang sangat jauh melalui bumi. Jika
getaran-getaran ini dicatat oleh seismograf di berbagai tempat di permukaan bumi,
catatan-catatan ini dapat digunakan untuk mendeteksi, menentukan lokasi dan
mengklasifikasikan gangguan-gangguan atau untuk memberikan informasi
tentang struktur bumi. Pemantulan gelombang-gelombang bunyi ketika melalui
lapisan-lapisan batuan bumi dapat digunakan oleh ahli geofisika bersama ahli
geologi untuk mendeteksi lapisan-lapisan batuan yang mengandung endapan-
endapan minyak atau mineral-mineral berharga.
Pergeseran tiba-tiba segmen-segmen kerak bumi yang dibatasi zona patahan
dapat menghasilkan gelombang seismic. 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
seismic, yaitu gelombang badan P, gelombang badan S, gelombang permukaan
love dan gelombang permukaan Reyleigh. Alat yang digunakan untuk mendeteksi
gelombang-gelombang ini disebut seismograf, yang biasanya digunakan untuk
mendeteksi adanya gempa bumi. Seperti semua gelombang, laju gelombang
seismic bergantung pada sifat medium, rigiditas, ketegaran, dan kerapatan
medium. Grafik waktu perjalanan dapat digunakan untuk menentukan jarak
stasiun seismograf dan episenter gempa bumi.
A.2 Aplikasi dalam bidang kedokteran
Ketika pulsa-pulsa ultrasonik menumbuk sebuah dinding, pulsa-pulsa tersebut
sebagian dipantulkan dan sebagian lagi diteruskan. Pulsa-pulsa dipantulkan ketika
mengenai suatu perbedaan massa jenis, yaitu pada bidang batas antara udara dan
dinding.
Dalam tubuh manusia, pulsa-pulsa ultrasonik dipantulkan oleh jaringan-
jaringan, tulang dan cairan tubuh dengan massa jenis berbeda. Membaliknya
pulsa-pulsa ultrasonik yang dipancarkan dapat menghasilkan gambar-gambar
Fisika Sekolah 3 Page 7
bagian dalam tubuh yang dijumpai oleh pulsa-pulsa ultrasonik pada layar
osiloskop.
a. ultrasonografi
Pemeriksaan untuk melihat bagian
dalam tubuh manusia dengan
menggunakan pulsa-pulsa ultrsonik
dinamakan pemeriksaan USG (
ultrasonografi ). Sebagai contoh,
scanning ultrasonik dilakukan dengan
menggerak-gerakan probe di sekitar
kulit perut ibu hamil akan
menampilkan gambar sebuah janin di layar monitor. Dengan mengamati gambar
janin, dokter dapat memonitor pertumbuhan, perkembangan dan kesehatan janin.
Tidak seperti pemeriksaan dengan sinar-X, pemeriksaan ultrasonik adalah aman
baik bagi ibu maupun janinnya karena pemeriksaan atau pengujian dengan
ultrasonik tidak merusak material yang dilewati, maka isebutlah pengujian
ultrasonik adalah pengujian tak merusak ( non destructive testing, disingkat NDT
). Teknik scanning ultrasonik juga digunakan untuk memeriksa hati ( ada tidaknya
indikasi kanker hati atau tidak ) dan otak.
Ultrasonik terutama berguna dalam diagnosis kedokteran karena beberapa
hal, yaitu :
1) Ultrasonik jauh lebih aman daripada sinar-X, yang dikenal dapat merusak
sel karena ionisasi. Ultrasonik lebih aman digunakan untuk melihat janin
dalam perut ibu daripada sinar-X.
2) Ultrasonik dapat digunakan teru menerus untuk melihat pergerakan
sebuah janin atau lever sesorang, tanpa melukai atau menimbulkan resiko
terhadap pasien.
3) Ultrasonik dapat mengukur kedalaman suatu benda dibawah permukaan
kulit dari selang waktu pulsa-pergi, sementara gambar yang dihasilkan
senar-X adalah datar tanpa ada petunjuk tentang kedalamanya.
Fisika Sekolah 3 Page 8
b. Mengukur laju aliran darah
Efek Doppler telah digunakan cukup sukses untuk memonitor aliran darah
melalui suatu pembuluh nadi utama. Gelombang-gelombang ultrasonic frekuensi
5 – 10 MHz diarahkan menuju ke pembuluh nadi dan suatu penerima R akan
mendeteksi sinyal hamburan pantul. Frekuensi tampak dari sinyal pantul yang
diterima bergantung pada kecepatan aliran darah.
Pengukuran laju aliran darah dengan metode efek Doppler ini terutama efektif
untuk mendeteksi trombosit ( penyempitan pembuluh darah ) karena trombosit
akan menyebabkan perubahan yang cukup signifikan dalam laju aliran darah.
Keunggulan metode ini dibandingkan dengan metode konvensional adalah lebih
murah dan hanya memberikan sedikit ketidaksenangan pada pasien.
B. Penerapan gelombang cahaya
Aplikasi dalam bidang Industri
1. LCD ( Liquid Crystal Displays )
Apakah yang dimaksud dengan LCD? Istilah
ini sering muncul dalam bidang elektronika. Liquid
crystal diterjemahkan sebagai Kristal cair. Mengapa
nama ini digunaka? Padat dan cair merupakan dua
sifat benda yang berbeda. Molekul – molekul zat
padat tersebar secara teratur dan posisinya tetap, sedangkan molekul-molekul zat
cair letaknya tidak teratur dandapat bebas bergerak ke segala arah. Pada tahun
1888 seorang ahli botani yaitu Friedrich Reinitzer menemukan fase antara fase zat
padat dan zat cair. Fase ini mempunyai sifat padat dan cair bersama-sama.
Molekul-molekulnya seperti benda padat tetapi dapat bergerak bebas seperti zat
cair. Selanjutnya, fase ini dinamakan Kristal cair. Fase ini lebih dekat dengan fase
cair karena dengan sedikit pemanasan, fasenya langsung berubah menjadi cair.
Fisika Sekolah 3 Page 9
Jadi kristal cair sangat sensitif terhadap perubahan suhu. Sifat inilah yang menjadi
dasar pemanfaatan teknologi kristal cair.
Jenis kristal cair yang digunakan dalam pengembangan teknologi LCD
adalah tipe nematic ( molekul-molekul yang mempunyai pola tertentu dengan arah
tertentu ). Tipe yang paling sederhana adalah twised nematic (TN) yang memiliki
struktur molekul terpilin secara alamiah sebesar 90˚. Struktur TN ini dapat dilepas
pilinannya dengan menggunakan arus listrik.
Beberapa peralatan yang memanfaatkan teknologi di antaranya adalah
layar computer ( layar datar ), kalkulator dan arloji digital.
2. Kaca mata polarisasi
Sekarang ini ada beberapa
tayangan di televise yang gambarnya
3D atau tiga dimensi. Untuk
menonton tayangan 3D kita harus
menggunakan kaca mata khusus.
Perhatikan kaca mata 3D
yang dijual di tok-toko. Warna lensa
kiri berbeda dengan warna lenda kanan. Lensa untuk mata kanan berwarna merah
sedangkan untuk mata kiri berwarna biru.
Ketika kaca mata digunakan, bayangan merah terlihat oleh lensa biru dan
bayangan biru terlihat oleh lensa merah. Jadi, masing-masing mata melihat
dengan cara yang berbeda. Mengapa warna merah dan biru yang dipilih? Pilihan
ini ada hubungannya dengan panjang gelombang cahaya. Dalam tayangan 3D,
akan membuat benda kelihatan di depan, sedangkan warna biru akan membuat
benda kelihatan di belakang. Dimensi kedalaman diperoleh dengan memainkan
kedua warna ini pada proses pembuatan film.
Melihat tayangan 3D dengan kaca mata dua warna
ternyata membuat gambarnya menjadi kurang menarik.
Mengapa demikian?kita tahu bahwa cahaya bergetar ke
Fisika Sekolah 3 Page 10
segala arah. Polarisasi akan menyebabkan cahaya hanya bergetar ke salah satu
arah saja. Agar terpolarisasi, cahaya itu dilewatkan melalui polarisator cahaya.
Polarisator/filter ini dipasang pada lensa kaca mata. Supaya mata kiri dan mata
kanan melihat benda yang agak berbeda, lensa mata kanan dipasangi filter yang
akan menyerap(menahan ) gelombang cahaya vertical sedangkan lensa mata kiri
dipasangi filter yang akan menahan gelombang cahaya horizontal. Dengan
menggunakan kaca mata ini warna gambar tayangan 3D menjadi legih indah.
Sayangnya lensa dengan polarisator sangat mahal. Sebagai pengganti, lensa mata
kanan dibuat berwarna merah sedangkan lensa mata kiri dibuat berwarna biru
seperti yang ada di pasaran.
3. Photo Copy
Mesin fotokopi adalah peralatan kantor yang
membuat salinan ke atas kertas dari dokumen, buku,
maupun sumber lain. Mesin fotokopi zaman sekarang
menggunakan xerografi, proses kering yang bekerja
dengan bantuan listrik maupun panas. Mesin fotokopi
lainnya dapat menggunakan tinta.
Pencahayaan, cahaya yang sangat terang yang dihasilkan dari lampu
expose yang menyinari dokumen yang sudah diletakkan di atas kaca dengan posisi
terbalik ke bawah pada kaca, gambar pada dokumen kemudian akan dipantulkan
melalui lensa, kemudian lensa akan mengarahkan gambar tersebut ke arah tabung
drum. Tabung drum adalah silinder dari bahan aluminium yang dilapisisi dengan
selenium yang sangat sensitif terhadap cahaya.
Gambar yang lebih terang pada permukaan drum akan mengakibatkan
elektron-elektron muncul dan menetralkan ion-ion positif yang dihasilkan oleh
kawat pijar ( corona wire ) sebelah atas drum ( kawat 1 ), sehingga pada
permukaan yang terang tidak ada elektron yang yang bermuatan, sedangkan pada
cahaya yang yang lebih gelap akan menghasilkan tidak terjadi perubahan muatan,