(a) Dispersi Gelombang
Ketika Anda menyentakkan ujung tali
naik-turun (setengah getaran), sebuah pulsa transversal merambat melalui
tali (tali sebagai medium). Sesungguhnya bentuk pulsa berubah ketika
pulsa merambat sepanjang tali, pulsa tersebar atau mengalami dispersi
(perhatikan Gambar 1.16). Jadi, dispersi gelombang adalah perubahan
bentuk gelombang ketika gelombang merambat suatu medium.
Gambar 1.16. Dalam suatu medium
dispersi, bentuk gelombang
Berubah begitu
gelombang merambat
Kebanyakan
medium nyata di mana gelombang merambat dapat kita dekati sebagai medium
non dispersi. Dalam medium non dispersi, gelombang dapat
mempertahankan bentuknya. Sebagai contoh medium non dispersi adalah
udara sebagai medium perambatan dari gelombang bunyi..
Gelombang-gelombang cahaya dalam vakum
adalah nondispersi secara sempurna. Untuk cahaya putih (polikromatik)
yang dilewatkan pada prisma kaca mengalami dispersi sehngga membentuk
spektrum warna-warna pelangi. Apakah yang bertanggungjawab terhadap
dispersi gelombang cahaya ini? Tentu saja dispersi gelombang terjadi
dalam prisma kaca karena kaca termasuk medium dispersi untuk gelombang
cahaya.
(b) Pemantulan gelombang lingkaran oleh bidang
datar
Bagaimanakah jika yang mengenai bidang
datar adalah muka gelombang lingkaran? Gambar 1.17 menunjukkan
pemantulan gelombang lingkaran sewaktu mengenai batang datar yang
merintanginya. Gambar 1.18 adalah adalah analisis dari Gambar 1.17.
Sumber gelombang datang adalah titik O.
Dengan menggunakan hukum pemantulan, yaitu sudut datang =sudut pantul,
kita peroleh bayangan O adalah I. Titik I
merupakan sumber gelombang pantul sehingga muka gelombang pantul adalah
lingkaran-lingkaran yang berpusat di I, seperti ditunjukkan
pada gambar 1.18.
 |
Gambar 1.17 Pemantulan gelombang Lingkaran oleh bidang datar |
Gambar 1.18 Bayangan sumber gelombang datang O adalah I
(sumber gelombang pantul) |
Contoh:
Sebuah pembangkit bola digetarkan naik dan turun pada permukaan air
dalam tangki riak dengan frekuensi tertentu, menghasilkan gelombang
lingkaran seperti pada Gambar 1.36. Suatu keping logam
RQS
bertindak sebagai perintang gelombang. Semua muka gelombang pada Gambar
1.36 dihasilkan oleh pembangkit bola dalam waktu 0,6 s. Perintang keping
logam berjarak 0,015m dari sumber gelombang
P. Hitung (a)
panjang gelombang, (b) frekuensi, dan (c) cepat rambat
gelombang.Pembahasan:
(a) Jarak dua muka gelombang yang berdekatan = 1λ.
Dengan demikian, jarak
PQ = 3(1λ)
0,015 m = 3λ
λ = 0,005 m
(b) Selang waktu yang diperlukan untuk menempuh dua muka gelombang
yang berdekatan =1/T, dengan
T adalah periode gelombang.
Gelombang datang (garis utuh) dari P ke Q menempuh 3T, sedangkan
gelombang pantul (garis putus-putus) dari Q ke P menempu waktu 3T.
Jadi, selang waktu total = 3T + 3T
0,6 s = 6T
T = 0,1 s.
Frekuensi
f adalah kebalikan periode, sehingga:
f =
1/(0,1s) = 10 Hz.
(c) Cepat rambat
v = λ
f = (0,005m)(10 Hz) = 0, 05 m/s.
(c) Pembiasan Gelombang
Pada umumnya cepat rambat
gelombang dalam satu medium tetap. Oleh karena frekuensi gelombang
selalu tetap, maka panjang gelombang (λ=v/f) juga tetap untuk
gelombang yang menjalar dalam satu medium. Apabila gelombang menjalar
pada dua medium yang jenisnya berbeda, misalnya gelombang cahaya dapat
merambat dari udara ke air. Di sini , cepat rambat cahaya berbeda. Cepat
rambat cahaya di udara lebih besar daripada cepat rambat cahaya di
dalam air. Oleh karena (λ=v/f), maka panjang gelombang
cahaya di udara juga lebih besar daripada panjang gelombang cahaya di
dalam air. Perhatikan λ sebanding dengan v. Makin besar
nilai v, maka makin besar nilai λ, demikian juga
sebaliknya.
Perubahan
panjang gelombang dapat juga diamati di dalam tangki riak dengan cara
memasang keping gelas tebal pada dasar tangki sehingga tangki
riak memiliki dua kedalaman air yang berbeda, dalam dan dangkal, seperti
ditunjukkan pada Gambar 1.19. Pada gambar tampak bahwa panjang
gelombang di tempat yang dalam lebih besar daripada panjang gelombang di
tempat yang dangkal (λ1 > λ2).
Oleh karena v=λf, maka cepat rambat gelombang di
tempat yang dalam lebih besar daripada di tempat yang dangkal (v1
> v2).
Gambar 1.19. Panjang gelombang di
tempat yang dalam lebih besar daripada panjang gelombang di tempat yang
dangkal (λ1 > λ2)
Perubahan panjang gelombang menyebabkan pembelokan gelombang seperti
diperlihatkan pada foto pembiasan gelombang lurus sewaktu gelombang
lurus mengenai bidang batas antara tempat yang dalam ke tempat yang
dangkal dalam suatu tangki riak Pembelokan gelombang dinamakan
pembiasan.
Diagram pembiasan ditunjukkan pada Gambar 1.20. Mula-mula, muka
gelombang datang dan muka gelombang bias dilukis sesuai dengan foto.
Kemudian sinar datang dan sinar bias dilukis sebagai garis yang
tegaklurus muka gelombang datang dan bias.
Gambar 1.20. Diagram pembiasan
Selanjutnya, garis normal dilukis. Sudut antara sinar bias dan
garis normal disebut sudut bias (diberi lambang
r). Pada Gambar
1.20 tampak bahwa sudut bias di tempat yang dangkal lebih kecil daripada
sudut datang di tempat yang dalam (
r < i). Dapat disimpulkan
bahwa sinar datang dari tempat yang dalam ke tempat yang dangkal sinar
dibiaskan mendekati garis normal (
r < i). Sebaliknya, sinar
datang dari tempat yang dangkal ke tempat yang dalam dibiaskan menjauhi
garis normal (
r>i).
(d) Difraksi Gelombang
Di dalam suatu medium yang sama,
gelombang merambat lurus. Oleh karena itu, gelombang lurus akan merambat
ke seluruh medium dalam bentuk gelombang lurus juga. Hal ini tidak
berlaku bila pada medium diberi penghalang atau rintangan berupa celah.
Untuk ukuran celah yang tepat, gelombang yang datang dapat melentur
setelah melalui celah tersebut. Lenturan gelombang yang disebabkan oleh
adanya penghalang berupa celah dinamakan difraksi gelombang.
Jika penghalang celah yang
diberikan oleh lebar, maka difraksi tidak begitu jelas terlihat. Muka
gelombang yang melalui celah hanya melentur di bagian tepi celah,
seperti ditunjukkan pada gambar 1.22. Jika penghalang celah sempit,
yaitu berukuran dekat dengan orde panjang gelombang, maka difraksi
gelombang sangat jelas. Celah bertindak sebagai sumber gelombang berupa
titik, dan muka gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk
lingkaran-lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya seperti
ditunjukkan pada gambar 1.23.
Fungsi gelombang pertama kali diciptakan oleh fisikawan Austria Erwin
Schrodinger, untuk menangani salah satu fenomena dunia kuantum dualisme gelombang partikel.
Namun, fungsi gelombang itu sendiri tidak memberikan gambaran fisik apa
pun sampai Max Born mengusulkan untuk mengkuadratkan nilai mutlaknya.
Selanjutnya, amplitudo fungsi gelombang yang telah dikuadratkan itu
ditafsirkan sebagai kemungkinan menemukan partikel berada pada tempat
dan saat tertentu. Bersamaan dengan itu, Born juga memperkenalkan metode
pengukuran di bawah aturan-aturan yang ditetapkannya.
Dalam perkembangan selanjutnya para ahli menggunakan metode pengukuran
tak langsung yang dikenal dengan tomografi
kuantum.
Dengan estimasi bahwa fungsi gelombang konsisten terhadap berbagai
kumpulan hasil pengukuran, mereka melakukan banyak pengukuran, mencatat
hasilnya dalam tabel yang nantinya digunakan untuk memprediksikan
nilai-nilai pada kolom yang kosong. Jeff Lunden, seorang peneliti dalam
bidang terkait mengibaratkan metode ini seperti meneliti sebuah
gelombang air dengan cara menyinarinya dengan cahaya yang
digerak-gerakkan lalu mengukur bayangannya di dasar kolam. Namun metode
pengukuran tak langsung ini hanya melipat-gandakan masalah dalam
menentukan fungsi gelombang. Lagipula fungsi gelombang terlalu rapuh,
seperti gelembung sabun yang mudah pecah ketika disentuh untuk diteliti.
Fisikawan Sanford, Onur Hosten bahkan menyatakan bahwa mengukur fungsi
gelombang itu saja nyaris tidak mungkin dilakukan.

Tetapi kini tim fisika Kanada yang dikepalai oleh Jeff Lundeen berhasil
menemukan cara baru untuk
mengukur
fungsi gelombang,
bahkan secara langsung. Mereka menggabungkan sistem pengukuran kuat
yang memberikan kepastian yang mantap tetapi menghancurkan fungsi
gelombang, dan pengukuran lemah yang memberikan informasi yang kurang
pasti namun hanya merusak sebagian kecil darinya.
Lundeen dkk. mendemonstrasikan hasil kerja mereka dengan bantuan
banyak foton-tuggal sebagai partikel uji. Foton-foton itu ditransmisikan
melalui serat optik dengan tujuan agar mereka mempunyai fungsi
gelombang yang sama. Setelah ditembakkan, lalu foton itu dipolarisasikan
sehingga mereka mendapat dua variabel dari satu keadaan foton untuk
diukur. Pertama mereka mengukur lokasinya secara kasar, hal ini
mengakibatkan fungsi gelombang itu tetap stabil. Kemudian sisa foton
digunakan untuk mengukur momentumnya secara akurat dan akhirnya
memetakan fungsi gelombangnya. Intinya, pengukuran pertama dikerjakan
dengan cara halus sehingga tidak membatalkan hasil dari pengukuran
kedua. Sayangnya, metode ini hanya berlaku jika telah diketahui secara
pasti bahwa foton-foton uji itu memiliki keadaan kuantum yang sama.
Dengan demikian, tim tersebut tidak hendak menggugurkan mekanika
kuantum. Nyatanya, prinsip ketidakpastian Heinsenberg masih berlaku.
Mereka tidak memperkenalkan metode yang lebih baik untuk menjelaskan
fenomena kuantum, mereka hanya memperkenalkan “metode lain” semata.
Selain itu, untuk sementara partikel tunggal yang diuji baru foton.
Meskipun begitu ini bukan berarti sebuah kegagalan, justru temuan tim
Lundeen ini merupakan kemajuan. Ia memprediksikan, dalam waktu dekat
metodenya juga dapat disesuaikan untuk mengukur fungsi gelombang
partikel-partikel lain seperti ion, molekul dan elektron.
Sumber :
http://www.nature.com/nature/journal/v474/n7350/full/nature10120.html
http://www.sciencenews.org/view/generic/id/330958/title/Wave_function_directly_measured_
Macam-Macam
Gelombang
-
Berdasarkan arah getar:
1. Gelombang transversal Þ
arah getarnya tegak lurus arah rambatnya.
2. Gelombang longitudinal Þ
arah getarnya searah dengan arah
rambatnya.
- Berdasarkan cara rambat dan medium yang dilalui :
1. Gelombang mekanik Þ
yang dirambatkan adalah gelombang mekanik dan untuk
perambatannya
diperlukan medium.
2. Celombang elektromagnetik Þyang
dirambatkan adalah medan listrik magnet, dan tidak
diperlukan
medium.
- Berdasarkan amplitudonya:
1.
Gelombang berjalan Þ
gelombang
yang amplitudonya tetap pada titik yang dilewatinya.
2. Gelombang stasioner Þ
gelombang
yang amplitudonya tidak tetap pada titik yang
dilewatinya, yang
terbentuk dari interferensi dua buah gelombang datang
dan pantul
yang masing-masing memiliki frekuensi dan amplitudo sama
tetapi
fasenya berlawanan.