Definisi Gelombang Elektromagnetik SMA

Fisika Kelas X: Definisi Gelombang Elektromagnetik

Belajar Fisika Yuk- Pada kesempatan ini kita akan belajar tentang apa yang dinamakan gelombang elektromagnetik. Sepertinya bahasan yang sangat sulit ya. Gelombang elektromagnetik sangatlah penting dalam kehidupan kita, karena fungsinya yang sangat luar biasa. Gelombang elektromagnetik sering kita gunakan dalam kehidupan kita sehari-hari. Prinsip penglihatan kita pun menggunakan prinsip gelombang elektromagnetik. Apakah kalian memiliki televisi, radio, handphone, atau handphone yang memiliki fitur televisi dan radio? Alat-alat tersebut menggunakan prinsip dari gelombang elektromagnetik. Apalagi peralatan komunikasi yang lebih canggih lagi, seperti handphone dalam bentuk jam tangan remote control dan banyak peralatan lagi yang menggunakan prinsip dari gelombang elektromagnetik. Mari kita mulai pembahasannya…

Pengantar

Tentunya sebelumnya kalian pernah belajar mengenai gelombang mekanik. Hayoo, masih ingat tidak? Cuma sebagai pengingat saja, gelombang mekanik adalah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium sebagai penghantar atau medium seperti gelombang pada tali, gelombang pada permukaan air, gelombang bunyi dan bahkan gelombang pada gempa. Pada kesempatan ini, kita akan mempelajari konsep dari gelombang elektromagnetik. Gelmbang elektromagnetik merupakan gelomabng yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium sebagai perantara. Hal tersebut berarti gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa. Ruang hampa adalah ruang tanpa zat apapun termasu udara. Seorang fisikawan asal Skotlandia yang bernama James Clerk Maxwell (1831 s.d. 1879) memprediksikan teori mengenai gelombang elektromagnetik. Teori yang disusun oleh Maxwell merupakan teori yang menggabungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.

Perubahan Medan Listrik Menimbulkan Medan magnet

Teori elektromsgnetik diawali oleh Oersted dan Ampere pada abad ke-19. Teori yang mereka susun sebenarnya tidak dalam medan listrik dan medan magnet. Gagasan tentang medan kemagnetan dalam terori elektromagnet dikemukakan oleh Faraday tetapi tidak digunakan secara umum. Pada akhirnya, Maxwell lah yang menunjukkan menunjukkan bahwa fenomena listrik dan magnet secara bersamaan dapat digambarkan dengan menggunakan persamaan yang melibatkan medan listrik dan medan magnet.. Persamaan tersebut kemudian dinamakan dengan persamaan Maxwell. Persamaan Mazxwell merupakan persamaan dasar untuk elektromagnet.

Hipotesis yang dikemukakan oleh Maxwell, sebenarnya mengacu pada tiga aturan dasar listrik-magnet. Aturan tersebut adalah sebagai berikut:

1. Muatan listrik dapat menghasilkan medan listrik di sekitarnya (Hukum Coulomb).
2. Arus listrik atau muatan listrik yang mengalir dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya (Hukum Biot-Savart).
3. Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik (Hukum Faraday).

Berdasarkan ketiga aturan tersebut, Maxwell kemudian mengemukakan sebuah hipotesis sebagai berikut: “Karena perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik, maka perubahan medan listrik pun akan dapat menimbulkan perubahan medan magnet”. Hipotesis inilah yang kemudian mendasari eksperimen yang dilakukannya dengan tujuan untuk menerangkan fenomena antara medan listrik dan medan magnet. Maxwell melakukan eksperimen dengan menggunakan dua buah isolator dimana, masing-masing dari isolator tersebut diikat pada ujung pegas. Kedua isolator tersebut diberi muatan yang berbeda (positif dan negatif ). Setelah itu, pegas digetarkan sehingga jarak antara kedua muatan tersebut berubah-ubah. Kalian masih ingat jika medan listrik oleh muatan listrik dipengaruhi oleh jarak suatu titik dari pusat atau dari muatan sumber. Dalam hal ini, perubahan jarak antar kedua muatan mengakibatkan medan listrik oleh dua muatan yang berubah-ubah. Perubahan medan listrik tersebut menimbulkan medan magnet yang berubah-ubah pula. Perubahan medan magnet yang ditimbulkan oleh medan listrik, akan menimbulkan kembali medan listrik yang besarnya berubah-ubah pula. Peristiwa munculnya medan listrik dan medan magnet ini terus terjadi dan tidak terputus sepanjang pegas begertar. Perambatan medan listrik E dan medan magnet B tegak lurus satu sama lain secara bersamaan disebut gelombang elektromagnet. 

Dengan eksperimen yang lain dengan prinsip yang hampir serupa, kita dapat menghasilkan gelombang elektromagnet. Perharikanlah eksperimen berikut!

Kita akan menggunakan 2 batang penghantar. Dua penghantar ini kita hubungkan dengan perantara yaitu sebuah baterai dan saklar dan kita susun secara vertikal sesuai dengan gambar (a). Ketika kita menutup saklarnya maka pada penghantar bagian yang bawah akan memiliki muatan negatif dan penghantar yang atas akan memiliki muatan positif. Rangkaian ini menghasilkan medan magnet (biot savart). Kita dapat mengetahui arah medan magnet dari kawat bermuatan tersebut dengan mengguakan aturan tangan kanan, sehingga diperoleh arah medan magnet seperti yang diilustrasikan pada gambar (b). Lingkaran-lingkaran kecil yang berisi tanda titik dan tanda silang adalah simbol untuk menggambarkan arah medan magnet sedangkan arah medan listrik diilustrasikan dengan menggunakan garis-garis dengan anak panah. Medan magnet dan medan listrik terbentuk sepanjang penghantar yang bermuatan. Medan magnet pada bagian kanan penghantar memiliki arah masuk ke bidang baca sedangkan bagian yang kiri memiliki arah ke luar bidang baca dan mendekati pengamat. Medan listrik memiliki arah dari muatan positif menuju muatan negatif. Apa yang terjadi jika kita membalik kutub baterainya? Tentunya arah medan listrik dan magnetnya akan berubah arah kea rah yang sebaliknya.

Medan listrik: dari bawah (positif) ke atas (negatif)

Medan Magnet: bagian kanan keluar bidang baca (mendekati pengamat) dan bagian kiri akan menjauhi pengamat.Bagaimana?dugaannya benar tidak?

Nah, selanjutnya, kita coba mengganti baterai yang arusnya searah dengan menggunakan generator AC, tampak seperti pada ilustrasi dalam gambar (c). Pada saat penghantar bermuatan positif maka arah medan magnet dan medan listrik akan seperti ketika dihubungkan baterai dengan kutub positif yang ada di atas. Akan tetapi keetika bagian bawah berubah menjadi kutub positif maka arah medan listrik dan medan magnetnya akan seperti pada saat penghantar bawah bermuatan positif. Oleh karena itu, pada peristiwa dengan menggunakan generator AC akan muncul peristiwa gelombang elektromagnet karena (1) terjadi perubahan medan listrik dan medan magnet secara terus menerus, (2) arah medan listrik dan medan magnet yang selalu tegak lurus. Radiasi elektromagnet mengalami pengurangan dengan perbandingan terbalik terhadap jaraknya suatu titik dari sumber atau dapat dituliskan dengan 1/r. Dalam pihak yang lain energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnet seperti gelombang pada umumnya sebanding dengan kuadrat dari besarnya amplitude medan magnet dan medan listriknya. Oleh karena itu, intensitas gelombang elektromagnet berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya atau dapat dituliskan menjadi 1/(r^2). Bila ggl sumber berubah secara sinusoidal (seperti fungsi sinus) maka kuat medan listrik dan medan magnet pada medan radiasi juga akan berubah secara sinusoidal. Sifat sinusoidal gelombang elektromagnetik diilustrasikan pada gambar (e), yang menunjukkan kuat medan yang digambarkan sebagai fungsi posisi dan menyebar ke segala arah (sferis). Konsep dalam eksperimen tersebut digunakan dalam rangkaian pemancar untuk komunikasi, yaitu antenna. Dimana kedua batang penghantar sebagai antena.

Kecepatan dan Jenis Gelombang

Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal. Gelombang ini dihasilkan oleh muatan listrik yang berosilasi (bergetar terhadap titik setimbangnya), yang mengalami percepatan. Secara umum dapat dikatakan bahwa muatan listrik yang dipercepat dapat menimbulkan gelombang elektromagnetik. Kecepatan atau cepat rambat gelombang elektromagnetik di udara atau ruang hampa dirumuskan:

v = 1/(√e0 x µ0)

Persamaan di atas, diturunkan sendiri oleh Maxwell, kemudian dengan memasukkan nilai dari permitivitas ruang hampa, e0=8,85*(10^-12) (C^2) / (N*m^2) dan permeabilitas ruang hampa, µ0=4*pi*(10^-7) N*(s^2) / (C^2) didapatkan nilai kecepatan dari gelombang elektromagnet yaitu sebesar v = 1/(√e0 x µ0)=2,99792458*(10^8) m/s. Nilai kecepatan ini mendekati nilai dari kecepatan cahaya dan dengan pembulatan nilai di atas menjadi v ≈ 3,00*pi*(10^8) m/s.

Penutup

Sekian pembahasan mengenai topik gelombang elektromagnetik, semoga dapat membantu teman-teman dalam belajar dan memahminya. Terima kasih telah berkunjung, jangan lupa di like ya…

Teknologi Nuklir Lengkap Docx

Pada tahun 1939 diketemukan reaksi pembelahan inti (reaksi fisi). Tiga tahun kemudian (pada tahun 1942) ENRICO FERMI berhasil membuat reaksi fisi berantai yang dikendalikan. Berdasarkan hasil tersebut terciptalah reaktor nuklir, yaitu suatu alat untuk menimbulkan reaksi berantai yang terkendali.

Neutron-neutron yang terjadi pada reaksi fisi dikendalikan jumlahnya, sehingga energi yang timbul juga dapat dikendalikan. Energi yang ditimbulkan pada reaktor nuklir itu dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan kesejahteraan umat manusia.

Perbedaan diantara reaktor atom dengan bom atom, adalah dalam hal laju pembebasan energinya. Pada sebuah bom atom, faktor multiplikasi neutronnya lebih besar dari 1; sehingga reaksi berantai yang terjadi dengan sangat cepat dan timbul ledakan. Pada reaktor atom faktor multiplikasi neutronnya dijaga sangat dekat dengan 1,0 sehingga reaktor tetap tepat sedikit diatas batas “kritis”nya dan energi yang dibebaskan dengan lambat. Reaksi berantainya tetap dan terkontrol sehingga secara rata-rata, hanya satu neutron dari setiap fisi yang menghasilkan fisi selanjutnya.

Banyak persoalan, yang berhubungan dengan reaktor atom; dimulai dari masalah keselamatan hingga pengotoran lingkungan.

-     Masalah keselamatan adanya salah fungsi, dalam hal ini bagian-bagian fisi yang berkadar radioaktif tinggi akan terlepas ke atmosfer. Efeknya terhadap kehidupan manusia, dapat sangat serius sekali dan ini bergantung kepada banyaknya radioaktif yang terlepas itu.(Contoh kecelakaan reaktor di “Three mile island” (1979)  dan “Chernobil” (1988)).

-     Masalah serius lainnya adalah “sisa” bahan bakarnya yang mengandung pecahan-pecahan fisi dengan kadar radioaktivitas tinggi yang dibuang sebagai “sampah” kebocoran “sampah radioaktif”, mungkin saja terjadi dan telah pernah terjadi. Sesungguhnya, suatu cara pembuangan radioaktif yang memuaskan belum ditemukan. Bumi kita yang terbatas ukurannya, tak akan mampu menyimpan semua sampah radioaktif dengan aman.

-     Persoalan lain lagi dari pusat pembangkit daya bertenaga nuklir, adalah karena ia memerlukan air pendingin yang akan dibuang pada suhu yang jauh lebih tinggi dari suhu normal, biasanya, dibuang ke laut, sungai atau ke udara. Polusi termal, dapat memusnahkan ekologi air di sekitarnya, atau mempengaruhi cuaca, apabila menggunakan menara pendingin di udara terbuka.

Energi nuklir menjanjikan keuntungan bila dibandingkan energi dari bahan bakar fosil yang konvensional (biasanya, menimbulkan sedikit polusi udara) dan dalam menghadapi krisis persediaan bahan bakar fosil, energi nuklir merupakan sumber energi alternatif. Namun demikian, persediaan uranium yang dapat mengalami proses fisi, juga terbatas. Suatu breeder reactor (reaktor yang dapat memperkaya bahan bakar nuklir) menolong mengatasinya. Suatu breeder reactor adalah suatu reaktor yang memanfaatkan sebagian neutron hasil  ²³⁵U₉₂  untuk diserap  ²³⁸U₉₂  dan diperoleh  ²³⁹PU₉₄  melalui sederetan reaksi.

Berdasarkan fungsinya, reaktor nuklir dibedakan sebagai berikut :

a.   Reaktor penelitian, yaitu reaktor yang dipergunakan untuk penelitian di bidang fisika, kimia, biologi, pertanian, industri, kedokteran, dan di bidang teknologi lainnya.

b.   Reaktor daya, yaitu reaktor yang dapat menghasilkan tenaga listrik (PLTN).

c.   Reaktor produksi isiotop, yaitu reaktor yang dipergunakan untuk memproduksi radioisiotop, yang akan dipergunakan dalam bidang kedokteran, pertanian, industri dan sebagainya.

Indonesia kini telah memiliki tiga reaktor nuklir untuk penelitian dan untuk memprodiksi radioisiotop. Tiga reaktor itu adalah :

a.   Reaktor Triga Mark II di Bandung dengan daya 1 mega watt (Triga singkatan dari Training Research and Isotop Production by General Atomic).Reaktor ini berfungsi untuk penelitian dan untuk memproduksi radioisotop.

b.   Reaktor Kartini di Jogyakarta. Reaktor dengan daya operasi maksimal 250 kilowatt, juga merupakan reaktor penelitian dan produksi radioisotop.

c.   Reaktor serba guna di Serpong, dengan nama MPR 30 (Multi Purpose Reactor) dengan daya operasi 30 megawatt. Reaktor ini berfungsi untuk latihan, penelitian dan memproduksi radioisotop.

Menurut jenis pendingin yang dipergunakan, reaktor dibedakan sebagai berikut:

a.  Reaktor pendingin air ringan (H₂O). Ada dua macam, yaitu reaktor air tekan (PWR = Pressurized Water Reactor) dan reaktor air didih (BWR = Boiling Water Reactor).

b.  Reaktor pendingin air berat (D₂O).

c.  Reaktor pendingin gas

d.  Reaktor pendingin logam cair (Sodium).

Reaktor atom yang dibicarakan diatas disebut THERMAL REACTOR(reaktor panas) sebab proses fisinya disebabkan oleh neutron lambat dengan energi panas; yaitu energi yang sama dengan energi kinetik rata-rata dari atom-atom yang melingkunginya.

Bahan bakar.

Bahan bakar sebagai sumber energi terdapat di dalam teras reaktor, yaitu berupa Uranium-235. Uranium dibungkus dalam klongsong agar hasil radioaktif dari reaksi fisi tetap terselubung (tidak terpancar keluar).

Moderator.

Moderator berfungsi untuk menurunkan energi neutron dari energi tinggi ke energi thermal (rendah) melalui tumbukan. Pada reaksi fisi, neutron yang dihasilkan memiliki energi tinggi, sedangkan untuk menghasilkan reaksi fisi diperlukan neutron yang memiliki energi thermal (rendah) yaitu kurang lebih 0,025 eV. Dengan demikian, syarat yang harus dipenuhi sebagai bahan moderator adalah setiap neutron yang menumbuknya akan kehilangan energi sebesar mungkin.

Biasanya bahan moderator yang dipilih adalah unsur-unsur yang nomor massanya kecil, misalnya H₂O (air ringan), D₂O (air berat) dan grafit, sekaligus sebagai pendingin primer.

Batang Kendali (pengontrol).

Batang kendali terbuat dari bahan yang mempunyai kemampuan menyerap neutron sangat besar. Alat ini berfungsi untuk mengendalikan jumlah populasi neutron yang terdapat di dalam teras reaktor, yang berarti pula mengendalikan reaksi fisi dan energi yang terjadi. Bahan batang kendali yang biasa dipergunakan adalah Kadmium, boron, dan hafnium.

Perisai radiasi (Shielding)/ dinding pelindung.

Perisai radiasi berfungsi untuk menahan radiasi yang dihasilkan proses pembelahan inti. Hal ini bertujuan supaya para pekerja dapat bekerja dengan aman di sekitar reaktor.

Pendingin sekunder atau pemindahan panas.

Alat ini berfungsi untuk memindahkan panas dari pendingin primer. Panas dapat dipindahkan dengan mengalirkan air ke tempat pemindah panas, kemudian keluar reaktor untuk didinginkan.

  

RADIOISOTOP.

Radioisotop yang dipergunakan di berbagai bidang seperti pertanian, kedokteran dan industri, tidak terdapat di alam. Oleh karena itu harus dibuat darinuklida stabil dalam reaktor.

Unsur radioaktif buatan yang pertama, dihasilkan oleh Irene Joliot – Currie (anak perempuan penemu radium – Marie Currie) dan suaminya. Mereka “menembaki” alumunium dengan partikel-partikel dan sebagai hasil dari reaksi inti yang terjadi, diperoleh isotop fosfor yang tidak stabil :

²⁷Al₁₃  +   ⁴He₂                 ³⁰P₁₅   +   ¹n₀

atau

²⁷Al₁₃  ( a, n )  ³⁰P₁₅

Semenjak itu, radioisotop buatan (= isotop sesuatu unsur yang bersifat radioaktif) dari setiap unsur, telah dihasilkan dan pada masa sekarang, telah dikenal sekitar 1500 unsur. 

Radioisotop, dibuat dengan cara “menembaki” suatu unsur yang stabil dengan neutron di dalam reaktor atom, atau dengan partikel-partikel bermuatan di dalam suatu “accelerator partikel”. Contoh radioisotop yang telah dibuat BATAN, yaitu Na²⁴, P³², Cr⁵¹, I¹³¹.

KEGUNAAN RADIOISOTOP.

A.Bidang kedokteran

Dengan menggunakan detektor, radioisotop di dalam tubuh manusia dapat di deteksi :

Adapun fungsi radioisotop adalah untuk :'

1. Mengetahui keefektifan kerja jantung dengan menggunakan Sodium – 24.

2. Menentukan lokasi tumor otak, mendekati tumor kelenjar gondok, dipergunakan Yodium – 131.

3. Penanganan penderita Leukimia, dengan Phosporus – 32.

4. Penyembuhan kanker dan tumor dengan cara penyinaran, seperti sinar x dan untuk steril alat-alat

kedokteran.

Bidang industri.

Dengan menggunakan sinar gamma, dapat diketahui suatu pipa logam dalam keadaan bocor atau tidak. Sinar gamma dapat dipancarkan dari radioisotop Cobalt – 60 dan Iridium – 192 yang dilewatkan pada bagian logam yang diperiksa. Sinar gamma dapat dideteksi dengan menggunakan detektor. Dengan detektor ini dapat diketahui keadaan logam bocor atau tidak.

Bidang hidrologi.

Salah satu kegunaan radioisotop di bidang hidrologi adalah untuk mengukur kecepatan aliran atau debit aliran. Dalam hal ini sebagai perunut, diukur dari perubahan intensitas pancaran di dalam aliran untuk jangka waktu yang sama.

Bidang pertanian.

Dengan radiasi sinar gamma dari Co-60 akan didapatkan mutasi sel tumbuhan hingga dapat menimbulkan generasi yang lebih baik dan mendapatkan bibit yang lebih unggul daripada induknya.

Bidang industri.

Contoh, kaos lampu petromaks menggunakan larutan radioisotop thorium dalam batas yang diperkenankan, agar nyalanya lebih terang.

By : Dede Taufiq

Teori Lengkap Relativitas Khusus Docx

Teori gelombang Huygens telah membuat masalah yang harus memperoleh penyelesaian, yakni tentang medium yang merambatkan cahaya. Lazim disebut eter.

Pada tahun 1887 Michelson dan Morley mengadakan percobaan-percobaan yang sangat cermat, hasilnya sangat mengejutkan, karena adanya eter tidak dapat dibuktikan dengan percobaan.

Hasil percobaan Michelson dan Morley mencakup dua hal yang penting.

1. Hipotesa tentang medium eter tidak dapat diterima sebagai teori yang benar, sebab medium eter tidak lulus dari ujian pengamatan. 
2. Kecepatan cahaya adalah sama dalam segala arah, tidak bergantung kepada gerak bumi.

AZAS RELATIVITAS EINSTEIN.

Di atas telah dibahas bahwa kecepatan cahaya ke segala arah adalah sama, tidak bergantung pada gerak bumi. Tetapi bumi bukanlah satu-satunya planet yang ada dalam jagad raya ini. Kalau begitu bagaimana kecepatan cahaya itu ditinjau dari planet lain yang geraknya berbeda dengan gerakan bumi. 

Pada tahun 1905, Einstein mengusulkan bahwa kecepatan cahaya yang besarnya sama ke segala arah itu berlaku ditempat-tempat lain dalam alam semesta ini. Tegasnya kecepatan cahaya adalah sama, tidak bergantung kepada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya. 

Teori Einstein membawa akibat-akibat yang sangat luas dirasakan agak menyimpang dari pengalaman-pengalaman yang kita peroleh sehari-hari. 

a. Relativitas penjumlahan kecepatan. 

Bila v₁ adalah laju kereta api terhadap tanah, dan v₂ adalah laju orang terhadap kereta api, maka laju orang terhadap tanah :

c adalah kecepatan cahaya

b. Dilatasi waktu (Perpanjangan waktu)

Waktu yang diamati oleh pengamat yang diam (t₀) dengan waktu yang diamati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v adalah berbeda.

Hubungannya :

dengan t9 adalah waktu yang tercatat menurut pengamatan pengamat yang bergerak dengan kecepatan v

c. Kontraksi Lorentz.

Benda yang panjangnya L, oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang benda dan dengan kecepatan v, panjangnya akan teramati sebagai L9.

d. Massa dan Energi.

Massa benda yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda, berbeda dengan massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap benda.

m9 adalah massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap tanah dan m₀ massa yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda.

Didalam mekanika yang disempurnakan, lazimnya disebut mekanika relativistik, energi benda yang kecepatannya v dan massanya m (dalam keadaan diam), bukan 1/2m.v², melainkan 

Besaran energi kinetik menunjukkan dua besaran, yaitu :

Einstein menginterpretasikan bahwa  sebagai energi total benda yang bermassa m dan kecepatan v, sedangkan mc² energi total ketika diam

E Total = E diam + Ek
Akibat interpretasi ini, benda yang bermassa m memiliki energi sebesar E = mc².
Dengan perkataan lain massa setara dengan energi.

LATIHAN SOAL RELATIVITAS KHUSUS

1.      Sebuah pesawat angkasa bergerak dengan kecepatan 0,5 c terhadap pengamat yang diam. Pesawat angkasa ke-dua bergerak dengan kecepatan 0,5 c relatif terhadap pesawat yang pertama. Berapa kecepatan pesawat ke-dua menurut pengamat yang diam ?

2.  Seseorang yang bergerak dengan laju 0,8 c melihat orang yang memungut sebuah jam. Menurut pengamatannya orang itu memungut jam dalam tempo 10 detik. Berapa lama waktu itu dirasakan oleh orang yang memungut jam ?

3.  A dan B berumur 25 tahun. Pada usia tersebut A berkelana dengan pesawat antariksa ke suatu planet diluar tata surya kita. A kembali ke bumi tepat ketika B berusia 35 tahun. Jika kecepatan pesawat antariksa 0,98 c, berapakah umur B menurut pengamatan A ?

4.  Sebuah benda dalam keadaan diam massanya 1 kg. Berapakah massa benda itu jika bergerak dengan kecepatan 0,4 c ?

5.    Berapa Joule dan berapa eV sesuai dengan massa :

1. 1 gram
2. 1 satuan massa atom.

6.  Benda yang panjangnya 100 m diamati oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang kawat dan dengan laju 2.10⁵ km/s. Berapakah panjang benda itu menurut pengamatan orang yang bergerak ?

7.   Seorang antariksawan dari dalam pesawatnya melihat pesawat lain bergerak dengan kecepatan 0,4 c mendekati pesawatnya. Pesawat itu dilihat dari bumi bergerak dengan kecepatan 0,5 c. Menurut Eisntein berapa kecepatan pesawat yang dinaiki antariksawan tersebut bila diamati dari bumi.

8.   Hitunglah kecepatan sebuah partikel yang mempunyai energi kinetik 5/3 energi diamnya.

By : Dede Taufiq

Dualisme Gelombang Partikel Lengkap Docx

Gejala Foto Listrik.

Yang dimaksud dengan gejala foto listrik adalah emisi (pancaran) elektron dari logam sebagai akibat penyinaran gelombang elektromagnetik (cahaya) pada logam tersebut.

Cahaya biasa mampu melepaskan elektron dari logam-logam alkali.

Hasil-hasil percobaan yang seksama menunjukkan bahwa :

• Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.
• Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.
• Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama.

Peristiwa-peristiwa di atas tidak dapat diungkap dengan teori cahaya Huygens.

Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton. Besar paket energi tiap foton dirumuskan sebagai :

E = Energi tiap foton dalam Joule.

f = Frekwensi cahaya.

h = Tetapan Planck yang besarnya ( 6,625 .10 –34 J.det)

Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.

Tiap foton yang datang pada logam, sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron sebesar a dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka dapat ditulis persamaan :

Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekwensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron.

Bila frekuensi cahaya sedemikian sehingga h.f = a, maka foton itu hanya mampu melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. Penyinaran dengan cahaya yang frekuensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.

Sifat Kembar Cahaya

Gejala-gejala interferensi dan difraksi memperlihatkan sifat gelombang yang dimiliki cahaya, dilain pihak cahaya memperlihatkan sifat sebagai paket-paket energi (foton). 

Timbul suatu gagasan apakah foton itu dapat diartikan sebagai partikel-partikel. 

Untuk menjawab pertanyaan ini A.H. Compton mempelajari tumbukan-tumbukan antara foton dengan elektron. 

Kesimpulan yang diperolehnya menunjukkan bahwa foton dapat berlaku sebagai partikel dengan momentum.

Tidak ada keraguan lagi bahwa cahaya memiliki sifat kembar, sebagai gelombang dan sebagai partikel.

Hipotesa De Broglie

Jika cahaya yang memiliki sifat gelombang, memiliki sifat partikel, maka wajarlah bila partikel-partikel seperti elektron memiliki sifat gelombang, demikian hipotesa yang dikerjakan oleh de Broglie (tahun 1892). 

Panjang gelombang cahaya dengan frekuensi dan kecepatannya mempunyai hubungan sebagai berikut :

Menuurut Compton

Hubungan ini berlaku pula bagi partikel, demikian usul de Broglie. Menurut de Broglie, jika ada partikel yang momentumnya p, maka partikel itu dapat bersifat sebagai gelombang dengan panjang gelombang :

Percobaan Davisson dan Germer

Jika partikel berlaku sebagai gelombang, harus dapat ditunjukkan bahwa partikel dapat menimbulkan pola-pola difraksi seperti halnya pola-pola difraksi pada gelombang. 

Pada tahun 1927 Davisson dan Germer memilih elektron sebagai partikel untuk menguji hipotesa de Broglie. Elektron-elektron diperoleh dari filamen yang dipijarkan, kemudian elektron-elektron itu dipercepat dalam medan listrik yang tegangannya 54 Volt. Setelah dipercepat elektron-elektron memiliki energi kinetik.

Ek = 54 eV = 54 . 1,6 .10 ^–19 Joule

Momentum elektron

p = mv = 4 .10 ^–24 kg m/det

Menurut de Broglie, panjang gelombang elektron

Untuk memperoleh pola difraksi diperlukan kisi-kisi yang lebar celahnya kira-kira sama dengan panjang gelombang yang akan diuji. Sebab jika celah terlampau lebar, tidak menimbulkan gangguan pada gelombang, dan jika kisi terlampau sempit, pola-pola difraksi sukar teramati.

Kisi-kisi yang tepat untuk memperoleh pola difraksi gelombang elektron adalah kisi yang terjadi secara alamiah yakni celah-celah yang berada antara deretan atom-atom kristal bahan padat, dalam hal ini dipergunakan kisi kristal nikel.

Hasil percobaan Davisson dan Germer menunjukkan bahwa elektron-elektron dapat menimbulkan pola-pola difraksi.

Kini tidak disangsikan lagi bahwa apa yang kita kenal sebagai materi dapat pula menunjukkan sifat gelombang, tepat seperti yang diramalkan oleh de Broglie.

Usaha dan Energi Lengkap Docx

Usaha adalah hasil kali komponen gaya dalam arah perpindahan dengan perpindahannya 

Jika suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh x, maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu

W = usaha

F = gaya

x = perpindahan

a = sudut antara gaya dan perpindahan

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Usaha (W)	joule	Erg
Gaya (F)	newton	Dyne
Perpindahan ( x)	meter	Cm

1 joule = 10⁷ erg

Catatan : Usaha (work) disimbolkan dengan huruf besar  W

               Berat  (weight) disimbolkan dengan huruf kecil w

Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka usaha total yang dilakukan terhadap benda tersebut sebesar :

Jumlah usaha yang dilakukan tiap gaya,  atau Usaha yang dilakukan oleh gaya resultan.

DAYA
Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu.

P = daya

W = usaha

t = waktu

Daya termasuk besaran skalar yang dalam satuan MKS  mempunyai satuan watt atau J/s

Satuan lain adalah :

1 HP = 1 DK = 1 PK = 746 watt    

HP = Horse power

DK = Daya kuda

PK = Paarden Kracht

1 Kwh adalah satuan energi besarnya = 3,6 .10⁶watt.detik = 3,6 . 10⁶ joule

KONSEP ENERGI

Suatu sistem dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika sistem tersebut mempunyai kemampuan  untuk melakukan usaha. Besarnya energi suatu sistem sama dengan besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh sistem tersebut. Oleh karena itu, satuan energi sama dengan satuan usaha dan energi juga merupakan besaran skalar.

Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam antara lain :

Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) , energi panas , energi listrik, energi kimia, energi nuklir, energi cahaya, energi suara, dan sebagainya.

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun.

ENERGI KINETIK

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya.

Ek : Energi kinetik

m  : massa benda

v   : kecepatan benda

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Energi kinetik (Ek)	Joule	erg
Massa (m)	Kg	gr
Kecepatan (v)	m/det	cm/det

Usaha = perubahan energi kinetik

ENERGI POTENSIAL GRAVITASI

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Energi potensial ini juga disebut energi diam, karena benda yang diam-pun dapat memiliki tenaga potensial.

Sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini

Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, benda akan jatuh.

Maka benda melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w) yang menempuh jarak h.

Besarnya Energi potensial benda sama dengan usaha yang sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak h.

Ep = Energi potensial

w = berat benda

m = massa benda

g = percepatan grafitasi

h = tinggi benda

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Energi Potensial (Ep)	joule	erg
Berat benda (w)	newton	dyne
Massa benda (m)	Kg	gr
Percepatan grafitasi (g)	m/det2	cm/det2
Tinggi benda (h)	m	cm

Energi potensial gravitasi tergantung dari :

• percepatan gravitasi bumi
• kedudukan benda
• massa benda

ENERGI POTENSIAL PEGAS.

Energi potensial yang dimiliki benda karena elastik pegas.

                       Gaya pegas (F)  = k . x

                       Ep Pegas     (Ep) = ½ k. x²

 

k = konstanta gaya pegas

x = regangan

Hubungan usaha dengan Energi Potensial :

                                        W = DEp = Ep₁ – Ep₂

ENERGI MEKANIK
Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda.

                                          Em = Ek + Ep

HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK.
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.
Jadi energi itu adalah KEKAL.

                                     Em₁   =    Em₂

                           Ek₁ + Ep₁  =  Ek₂ + Ep₂

_{LATIHAN SOAL USAHA DAN ENERGI}

*  Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m, mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar 180 newton. berapa besarnya usaha dilakukan oleh benda tersebut ?.

*  Gaya besarnya 60 newton bekerja pada sebuah gaya. Arah gaya membentuk sudut 30^odengan bidang horizontal. Jika benda berpindah sejauh 50 m. Berapa besarnya usaha ?

*  Gaya besarnya 60 newton menyebabkan benda yang massanya 15 kg (g = 10 m/s²) berpindah horizontal sejauh 10 m. Berapa besarnya usaha dan besarnya perubahan energi potensial ?

*  Berapa besar usaha jika sebuah  elevator yang beratnya 2000 N dinaikkan setinggi 80 m ? Berapa besar energi potensial elevator setelah dinaikkan ?

*  Berapa besar usaha untuk menaikkan 2 kg setinggi 1,5 m di atas lantai ? Berapa besar energi potensial benda pada kedudukan yang baru ? (g = 10 m/s²)

*  Berapa besar gaya diperlukan untuk menahan 2 kg benda, tetap 1,5 m di atas lantai dan berapa besar usaha untuk menhan benda tersebut selama 5 detik

     ( g = 9,8 m/s²)

*  Untuk menaikkan kedudukan benda yang massanya 200 kg ke tempat x meter lebih tinggi, diperlukan kerja sebesar 10.000 joule. Berapa x ? (g = 9,8 m/s²)

*  Gaya besarnya 300 newton dapat menggerakkan benda dengan daya 1 HP. Berapa besarnya kecepatan benda.

*  Berapa besar energi kinetik suatu benda yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s, jika massa benda 1000 kg ?

*  Benda massanya 1 kg mempunyai energi kinetik besarnya 1 joule berapa kecepatan benda ?

*  Benda yang massanya 2 kg (g = 9,8 m/s²) jatuh dari ketinggian 4 m di ats tanah. Hitung besar energi potensial benda dalam joule dan dalam erg.

*  Benda massanya 5 kg, jatuh dari ketinggian 3 m di atas tanah ( g = 9,8 m/s²) Berapa energi kinetik benda pada saat mencapai tanah ?

*  Benda massanya m kg bergerak di atas papan kasar dengan kecepatan 10 m/s. Jika besarnya koefisien gesekan 0,25. Hitunglah waktu dan jarak yang ditempuh benda setelah benda berhenti (g = 10 m/s²)

*  Sebuah bom yang massanya m kg ditembakkan dengan kecepatan 600 m/s oleh meriam yang panjangnya 6 m. Berapa besar gaya yang diperlukan untuk menembakkan bom tersebut ?

*  Gaya besarnya 80 newton bekerja pada benda massanya 50 kg. Arah gaya membentuk sudut 30^o dengan horizontal. Hitung kecepatan benda setelah berpindah sejauh 10 m.

*  Benda beratnya w Newton (g = 9,8 m/s²) mula-mula dalam keadaan diam. Gaya besarnya 10 newton bekerja pada benda selama 5 detik. Jika gaya telah melakukan usaha sebesar 2500 joule, berapa w dan berapa besarnya daya dalam watt dan HP.

*  Benda yang massanya 2 kg sedang bergerak. Berapa besar usaha untuk :

menaikkan kecepatan benda dari 2 m/s menjadi 5 m/s

Menghentikan gerak benda yang kecepatannya 8 m/s  (g = 9,8 m/s²)

*  Kereta api beratnya 196.000 newton bergerak dengan kecepatan 54 km/jam. Kereta api itu dihentikan oleh rem yang menghasilkan gaya gesek besarnya 6000 newton. Berapa besar usaha gaya gesek dan berapa jarak ditempuh kereta api selama rem, bekerja (g = 9,8 m/s²)

*  Sebuah batu massanya 0,2 kg ( g = 9,8 m/s2) dilemparkan vertical ke bawah dari ketinggian 25 m dan dengan kecepatan awal 15 m/s. Berapa energi kinetik dan energi potensial 1 detik setelah bergerak ?

*  Di dalam suatu senapan angin terdapat sebuah pegas dengan konstanta pegas 25.000 dyne/cm. Ketika peluru dimasukkan, per memendek sebanyak 2 cm. Hitunglah berapa kecepatan peluru ketika keluar  dari senapan itu. Gesekan peluru dengan dinding senapan diabaikan, massa peluru 5 gram.

*  Sebuah benda dijatuhkan bebas dari ketinggian 200 m jika grafitasi setempat 10 m/s² maka hitunglah kecepatan dan ketinggian benda saat Ek = 4 Ep

*  Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian 78,4 m (g = 9,8 m/s²) Hitunglah keceptan benda waktu tiba di tanah ?

*  Sebuah peluru massa 10 gram mengenai paha dan menembus sedalam 3 cm dengan kecepatan 600 m/s. Hitunglah gaya yang diderita paha tersebut.

<sub>Sekian, semoga bermanfaat

By Dede Taufiq</sub>

Pembiasan, Pemantulan, Dispersi Cahaya dan Spektrum Gelombang Elektromagnetik Lengkap

Indeks Bias Cahaya

Pembiasan cahaya dapat terjadi karena terdapat perbedaan laju cahaya pada kedua medium. Laju cahaya pada medium yang rapat lebih kecil dibandingkan dengan laju cahaya pada medium yang kurang rapat. 

Menurut Christian Huygens (1629-1695): “Perbandingan laju cahaya dalam ruang hampa dengan laju cahaya dalam suatu zat dinamakan indeks bias.”

Pembiasan Cahaya Pada Prisma

Bahan bening yang dibatas oleh dua bidang permukaan yang bersudut disebut prisma. Tetesan air hujan merupakan salah satu benda yang dihasilkan oleh alam, namun memiliki sifat seperti prisma. Maksudnya jika sebuah cahaya menembus tetesan air, maka cahaya tersebut akan dibiaskan. 

1. Pemantulan Cahaya

Cahaya sebagai gelombang dapat memantul bila mengenai permukaan suatu benda. Pemantulan cahaya dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu pemantulan sempurna dan pemantulan baur. 

Pemantulan sempurna terjadi jika cahaya mengenai permukaan yang mengkilap, seperti cermin. Saat cahaya mengenai permukaan cermin, kita dapat memprediksi arah pemantulannya.

Sedangkan Pemantulan baur dapat terjadi jika cahaya mengenai permukaan yang tidak rata, seperti kertas atau batu. Pemantulan sinar adalah peristiwa terjadinya perubahan arah rambat cahaya ke sisi yang berbeda. Hal yang menarik dan harus dicatat bahwa pembiasan dan pemantulan merupakan manifestasi dari satu hukum yang disebut Fermat's Principle, yang menyatakan cahaya mencapai yang sampai ke mata telah diteruskan jauh dari sumbernya.

2. Dispersi Cahaya

Dispersi cahaya merupakan gejala penyebaran gelombang ketika menjalar melalui celah sempit atau tepi tajam suatu benda. Seberkas cahaya polikromatik jika melalui prisma akan mengalami proses penguraian warna cahaya menjadi warna-warna monokromatik. Dispersi cahaya terjadi jika ukuran celah lebih kecil dari panjang gelombang yang melaluinya.

Gejala Dispersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik). 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. Disperi pada prisma terjadi karena adanya perbedaan indeks bias kaca setiap warna cahaya. Perhatikan Gambar dibawah ini !

Gambar Dispersi cahaya pada Prisma

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:

Φ = δ_u - δ_m = (n_u– n_m)β

Keterangan:
Φ  : sudut dispersi
n_u  : indeks bias sinar ungu
n_m : indeks bias sinar merah
δ_u  : deviasi sinar ungu δm=deviasi sinar merah

δ_{m : deviasi sinar merah}

3. Hukum Snellius 

Pada sekitar tahun 1621, ilmuan Belanda bernama Willebrord Snell melakukan eksperimen untuk mencari hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. 

a. Hukum Snellius terhadap Pemantulan Cahaya 

1. Sinar datang, sinar pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar Sudut datang sama dengan sudut pantul

2. Sudut datang sama dengan sudut pantul

b. Hukum Snellius terhadap Pembiasan Cahaya

Jika cahaya merambat dari medium yang kerapatannya rendah menuju medium yang kerapatannya tinggi, maka cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal.Jika cahaya merambat dari medium yang kerapatannya tinggi menuju medium yang kerapatannya rendah, maka cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal.

Selanjutnya kita dapat menghitung sudut datang dan sudut bias berdasarkan Hukum Snellius:

Besar ukuran sudut bias dan sudut pelangi masing-masing warna pelangi dipengaruhi oleh panjang gelombang dan indeks bias masing-masing gelombang warna. Berikut ini merupakan data panjang gelombang dan indeks bias warna pelangi.

Tabel 1. Data Panjang Gelombang dan Indeks Bias Warna Pelangi

Warna-warna seperti pada tabel diatas merupakan komponen dari cahaya putih yang disebut cahaya tampak (visible light) atau gelombang tampak. Komponen lainnya adalah cahaya yang tak tampak (invisible light), seperti inframerah (di sebelah kanan warna merah) dan ultraviolet (di sebelah kiri jingga).

Sinar putih yang biasa dilihat (disebut juga cahaya tampak atau visible light) terdiri dari semua komponen warna dalam spektrum di atas - tentu saja ada komponen lain yang tidak terlihat, disebut invisible light. Alat paling sederhana yang sering dipakai untuk menguraikan warna putih adalah prisma kaca. Sebuah prisma kaca menguraikan cahaya putih yang datang menjadi komponen-komponen cahayanya.

Sekian, semoga bermanfaat.