1. Uraian Materi
A. Gelombang mekanik dan elektromagnetik.
Saat kita kecil, kita mungkin sering memandang ke arah bintang-
bintang ketika malam hari. Kita pun sering menunjuk-nunjuk bintang yang
terlihat paling terang. Lalu kita belajar bahwa bintang memancarkan cahaya.
Tapi saat kita kecil dulu kita tidak pernah berfikir bagaimana cahaya bintang
itu bisa sampai ke mata kita, padahal bintang berada di ruang angkasa yang
hampa udara. Lalu bagaimana cahaya dari bintang-bintang itu bisa merambat
hingga mengenai mata kita, dan dikesani oleh retina sebagai rangsangan
cahaya? Jawabannya baru kita temukan saat ini, setelah kita mengetahui
bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang tidak memerlukan
medium untuk merambat.
Fenomena gelombang jenis lain pun telah kita temukan sejak lahir.
Ketika pertama kali terlahir ke bumi, biasanya orangtua kita langsung
mengazani telinga kanan kita. Saat itu kita belum bisa berfikir, bagaimana
suara ayah kita bisa tertangkap oleh gendang telinga dan dikesani sebagai
rangsangan bunyi. Lalu kita mengenal bahwa daerah di sekeliling kita
dipenuhi udara yang terdiri dari molekul-molekul yang dapat bergerak.
Akhirnya kita mengetahui bahwa bunyi merupakan gelombang mekanik yang
merambat karena adanya medium.
Dari fenomena-fenomena fisis yang nyata terjadi di sekitar kita itu,
maka dilihat dari kebutuhannya terhadap medium untuk merambat,
gelombang dibedakan atas dua kelompok, yaitu gelombang mekanik dan
gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik yaitu gelombang yang
dalam perambatannya memerlukan medium, sedangkan gelombang
elektromagnetik dalam perambatannya tidak memerlukan medium.

2. Yang termasuk ke dalam kelompok gelombang mekanik diantaranya
gelombang tali, gelombang permukaan air, dan gelombang bunyi. Yang
termasuk ke dalam kelompok gelombang elektromagnetik diantaranya
gelombang cahaya.
B. Sifat dan ciri gelombang bunyi dan cahaya
Fenomena fisis yang menyangkut gelombang sangat mudah dijumpai,
bahkan kita bisa merencanakan untuk membuktikannya. Seperti saat kita kecil
dulu menyukai permainan ular-ularan dengan tali. Jika tali itu digoyangkan ke
atas dan ke bawah atau ke kanan dan ke kiri secara terus-menerus, kita dapat
mengamati bahwa dari tali terbentuk suatu pola bukit dan lembah yang
kontinyu. Itulah kemudian yang kita kenal sebagai gelombang transversal,
karena arah rambatannya tegak lurus dengan arah getarnya.
Lalu bagaimana jika arah rambatnya sejajar dengan arah getarnya? Hal
ini bisa kita jumpai pada pegas. Saat kita menarik suatu pegas lalu
melepasnya kembali, maka akan kita dapati bahwa pegas membentuk pola
rapat-renggang yang kontinyu. Inilah kemudian yang kita kenal sebagai
gelombang longitudinal. Kembali lagi kita menyadari bahwa ilmu fisika
merupakan refleksi dari kehidupan nyata yang kemudian diimplementasikan
dalam sebuah konsep ilmu pengetahuan.
Pada dasarnya, pengelompokkan bunyi ke dalam gelombang mekanik,
dan cahaya ke dalam gelombang elektromagnetik didasarkan pada sifat-sifat
khas yang dimiliki oleh kelompok-kelompok gelombang tersebut. Bunyi
memiliki sifat yang dimiliki gelombang mekanik, sedangkan cahaya memiliki
sifat gelombang elektromagnetik.
Gelombang bunyi yang termasuk gelombang mekanik, memiliki
beberapa sifat/ciri gelombang mekanik, seperti :
1. Memerlukan medium untuk merambat (air, udara, zat padat).

3. Bunyi selalu kita temukan dimana pun, asalkan di tempat itu
terdapat udara, air atau benda padat. Tapi saat kita mengamati
sumber bunyi yang bergetar di ruang angkasa yang hampa udara,
maka kita tidak akan mendengar bunyi seperti yang kita dengar di
bumi.
2. Merupakan gelombang longitudinal.
Gelombang mekanik ada yang berbentuk longitudinal, contohnya
bunyi. Namun ada juga yang berbentuk transversal, contohnya
gelombang pada tali.
3. Dihasilkan oleh gangguan berupa getaran alat musik, ataupun
benda bergetar lainnya.
Setiap benda bergetar pasti menghasilkan bunyi. Namun tidak
semuanya dapat terdengar oleh telinga kita, tergantung frekuensi,
energi gelombang dan jarak sumber bunyi tersebut dari kita.
4. Tidak dapat mengalami difraksi, polarisasi, pembiasan, dan gejala
lainnya yang hanya dialami gelombang transversal.
Sedangkan, gelombang cahaya yang termasuk gelombang
elektromagnetik, memiliki ciri/sifat gelombang elektromagnetik, seperti :
1. Tidak memerlukan medium untuk merambat (dapat merambat,
baik di tempat berpartikel/medium, maupun tempat tidak
berpartikel/ruang hampa).
Cahaya tetap dapat terlihat meskipun di luar angkasa, seperti yang
kita amati dari bintang.
2. Merupakan gelombang transversal.
Semua gelombang elektromagnetik merupakan gelombang
transversal.
3. Dihasilkan oleh perubahan medan listrik dan medan magnet yang
memiliki laju yang sama.

4. 4. Dapat mengalami semua gejala yang ada pada gelombang
transversal : interferensi, difraksi, polarisasi, pemantulan, dan
pembiasan.
Dari sifat dan ciri-ciri diatas, kita dapat mengambil kesimpulan bahwa
gelombang elektromagnetik merambat lebih cepat daripada gelombang
mekanik, karena tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Hal itu
dapat kita amati juga pada fenomena petir. Cahaya kilat selalu kita lihat lebih
dulu daripada suara gunturnya, meskipun keduanya datang bersamaan.
C. Gelombang bunyi.
Bunyi tidak selalu dapat didengar oleh telinga manusia. Bunyi suara
kelelawar saat berkomunikasi misalnya, hal itu tidak mampu ditangkap oleh
telinga manusia karena frekuensinya yang sangat besar. Bunyi senar gitar
yang dipetik di Jakarta tidak dapat ditangkap oleh orang yang ada di Bandung,
karena jaraknya terlalu jauh sekalipun frekuensinya sesuai dengan frekuensi
dengar telinga manusia. Selain itu, bunyi kedipan mata manusia pun tidak
mampu kita dengar karena energinya yang terlalu kecil. Oleh karenanya, ada
beberapa syarat agar bunyi dapat didengar oleh telinga manusia, yaitu :
 Memiliki frekuensi alamiah yang sesuai ambang batas pendengaran
manusia
 Berada pada jarak yang dapat didengar.
 Memiliki energi yang cukup untuk sampai ke gendang telinga
manusia.
Sekarang, kita hanya akan membatasi pembahasan kita pada bunyi
yang mampu didengar telinga manusia. Pada gelombang bunyi yang
merupakan gelombang longitudinal, bunyi merambat dalam arah sejajar

5. dengan getaran mediumnya. Umumnya gejala gelombang bunyi lebih sering
kita amati dalam medium udara, karena lebih mudah diamati.
Seperti yang kita bahas diatas mengenai sifat/ciri gelombang bunyi,
ternyata bunyi dihasilkan oleh gangguan pada benda bergetar, terutama alat-
alat musik, seperti gitar, suling, dll. Lalu bagaimana dengan suara manusia?
Apakah itu termasuk gelombang bunyi? Ternyata suara manusia pun termasuk
gelombang bunyi, yang timbul akibat getaran pada pita suara manusia, dan
merambat melalui medium udara sehinggan suara itu dapat sampai ke telinga
kita.
Bunyi termasuk gelombang longitudinal karena daerah di sekitar
rambatan bunyi itu mengalami rapatan dan renggangan. Contohnya adalah
fenomena bergetarnya garpu tala. Gerakan gigi garpu tala masuk dan keluar
menimbulkan perbedaan tekanan udara disekitarnya. Daerah-daerah
bertekanan rendah di sekitar sumber bunyi itulah yang kita kenal dengan
renggangan, dan daerah bertekanan tinggi-lah yang kita kenal dengan rapatan.
Gelombang bunyi dapat kita kenali melalui gejala-gejala yang
ditimbulkannya, diantaranya resonansi, pelayangan, dan efek Doppler. Kita
akan membahasnya satu per satu.
D. Resonansi
Semua benda ketika bergetar/digetarkan pasti akan menimbulkan
bunyi, walaupun terkadang bunyi itu tidak terdengar jelas pada benda-benda
yang bergetar dengan intensitas yang kecil. Oleh karenanya setiap benda
memiliki frekuensi alamiahnya masing-masing, yaitu suatu set frekuensi yang
timbul ketika suatu benda bergetar.
Bila ada sebuah benda bergetar dan terhubung dengan benda lain yang
memiliki frekuensi alamiah yang sama, maka hal itu akan memaksa benda

6. kedua ikut bergetar. Seperti saat kita menggetarkan sebuah garpu tala, maka
garpu tala lain di dekatnya akan ikut bergetar. Hal inilah yang kita kenal
dengan resonansi. Peristiwa resonansi ini umumnya terjadi pada beberapa
komponen alat musik, diantaranya senar dan pipa organa.
1. Senar
Pada seutas senar yang kedua ujungnya terikat, seperti yang ada
pada alat musik gitar, biola dan kecapi, ketika dipetik maka pada
senar akan terbentuk gelombang transversal yang berinterferensi
sehingga menghasilkan gelombang stasioner. Gelombang stasioner
itu merambat di udara secara longitudinal sebagai gelombang
bunyi hingga sampai di telinga kita.
Gelombang transversal ini membentuk pola-pola berulang pada
setiap tahapan harmoniknya, yang digambarkan dibawah :
fo = , λo = 2l
f1 = , λ1 = l
pola tersebut selalu berulang hingga ditemukan perbandingan
antara frekuensi nada dasar : nada atas pertama : nada atas
kedua : ... adalah 1 : 2 : 3 : 4 : ...
persamaan untuk mencari frekuensi pada senar adalah
( )
fn = =
2. Pipa Organa (terbuka dan tertutup).
Pipa organa merupakan alat yang menggunakan kolom udara
sebagai sumber bunyi. Beberapa alat yang memiliki prinsip seperti
pipa organa ini diantaranya seruling, saxophone, dll.

7. Ada dua jenis pipa organa, yaitu pipa organa terbuka dan pipa
organa tertutup.
Pada pipa organa terbuka, ujung pipa organa selalu terbentuk perut.
Gambar pola-pola gelombang transversal pada pipa organa terbuka
diantaranya :
λo = 2l, fo =
λ1 = l, f1 =
Seperti pada senar, pola ini pun berulang dengan perbandingan
frekuensi nada dasar : frekuensi nada atas pertama : frekuensi nada
atas kedua :.... adalah 1 : 2 : 3 : ...
Persamaan untuk mengetahui frekuensi nada tertentu dari pipa
organa terbuka adalah :
( )
fn = =
Pada pipa organa tertutup, ujung pipa yang tertutup selalu terjadi
simpul. Gambar pola-pola gelombang transversal pada pipa organa
tertutup diantaranya :
λo = 4l, fo =
λ1 = ¾ l, f1 =

8. Pola perbandingan frekuensi pada pipa organa tertutup adalah fo :
f1 : f2 : ... adalah 1 : 3 : 5 : ...
Persamaan untuk mengetahui frekuensi nada tertentu pada pipa ini
adalah :
( )
fn = =
Peristiwa resonansi terakhir adalah peristiwa resonansi di kolom
udara. Pada kolom udara ini, di beberapa tempat terjadi resonansi
yang dibuktikan dengan bunyi yang nyaring. Formulasi untuk
menghitung letak resonansi tersebut adalah :
l1+ c = ¼ λ
l2 + c = 3/4λ
l2 – l1 = ½ λ = ½
E. Interferensi dan Pelayangan bunyi.
Pernahkah anda berteriak di gua/tebing yang tinggi? Jika pernah, anda
pasti pernah mengalami hal ini. Saat kita berteriak, seolah-olah ada yang
menjawab teriakan kita. Jika jawaban itu datang setelah teriakan kita selesai,
itulah yang kita kenal sebagai gema. Sedangkan bila bunyi jawaban datang
menyusul teriakan kita, itulah yang kita kenal sebagai gaung.
Dua peristiwa di atas adalah contoh fenomena interferensi yang terjadi
pada bunyi. Pada saat interferensi konstruktif, amplitudo gelombang bunyi
maksimum. Sedangkan pada saat interferensi destruktif, amplitudo gelombang
bunyi minimum. Peristiwa interferensi ini terjadi secara periodik, sehingga
dihasilkan bunyi keras-lemah secara bergantian.

9. Selain itu, gejala lain yang terjadi pada bunyi diantaranya adalah
pelayangan bunyi. Pelayangan dapat terjadi apabila ada dua atau lebih sumber
bunyi yang nilai frekuensinya sangat dekat. Perbedaan frekuensi yang kecil
inilah yang kita kenal dengan layangan.
F. Efek Doppler
Ketika kita berdiri di pinggir jalan dan mengamati kendaraan-
kendaraan yang lewat, kita dapat mendengar perbedaan bunyi dari kendaraan
saat mendekat dan menjauh dari kita. Saat kendaraan itu mendekat, kita
mendengar bunyi yang lebih keras daripada ketika kendaraan tersebut berada
jauh/menjauhi kita. Fenomena inilah yang disebut dengan efek Doppler.
Efek Doppler adalah suatu fenomena perbedaan frekuensi yang
terdengar oleh pengamat dari sebuah sumber bunyi akibat adanya kecepatan
relatif antara pengamat dengan sumber. Karena itulah kita dapat mendengar
bunyi kendaraan yang lebih nyaring ketika kendaraan itu bergerak mendekati
kita. Besarnya perubahan frekuensi yang terdengar tergantung pada gerak
relatifnya, dengan formulasi sebagai berikut :
fp =
Tanda positif atau negatif ditentukan berdasarkan ketentuan sebagai
berikut :
 Vp positif apabila pengamat bergerak mendekati sumber, dan negatif
apabila pengamat bergerak menjauhi sumber.
 Vs positif apabila sumber bergerak menjauhi pengamat, dan negatif
apabila sumber bergerak mendekati pengamat.
G. Gelombang cahaya

10. Gelombang yang termasuk kelompok gelombang elektromagnetik
adalah gelombang cahaya. Mengapa disebut elektromagnetik? Karena
gelombang ini dihasilkan oleh interferensi antara medan listrik dan medan
magnet yang lajunya berubah terhadap waktu.
Menurut Maxwell, medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat
menimbulkan medan listrik yang tegak lurus terhadapnya. Lama kelamaan
kedua medan memiliki laju yang sama. Ketika kedua medan ini merambat
dengan laju yang sama dan terus dipercepat, maka terbentuklah gelombang
elektromagnetik.
Menurut percobaan Maxwell terhadap gelombang ini, ternyata cahaya
termasuk ke dalamnya. Laju cahaya telah ditemukan sebagai sebuah konstanta
yang nilainya selalu sama di semua tempat (karena gelombang ini
perambatannya tidak dipengaruhi medium). Laju ini telah kita kenal sebagai c.
Yang besarnya adalah 3x108 m/s.
Karena bentuknya yang merupakan gelombang transversal, maka
gelombang cahaya ini dapat mengalami fenomena yang dialami gelombang
transversal, yaitu interferensi, difraksi, polarisasi, juga pemantulan dan
pembiasan.
H. Pemantulan dan Pembiasan cahaya.
Saat kita bercermin, kita dapat melihat tubuh kita dalam cermin. Hal
ini terjadi karena adanya pemantulan cahaya yang mengenai tubuh kita dan
melewati cermin. Hal ini telah kita pelajari ketika SMP melalui sebuah
fenomena fisis yang disebut pemantulan dan pembiasan cahaya, yang
memenuhi hukum Snellius.
Hukum Snellius tentang pemantulan cahaya : “Sinar datang, garis
normal, dan sinar pantul berada dalam satu bidang datar.” Sinar datang
adalah sinar yang datang dari sumber cahaya. Garis normal adalah garis tegak
lurus bidang pemantulan. Sedangkan sinar pantul adalah sinar yang keluar

11. dari bidang sebagai pantulan sinar datang. Gambar dari sebuah pemantulan
cahaya contohnya sebagai berikut.
ϴi adalah sudut datang, dan ϴr
ϴr
ϴi adalah sudut pantul. Dimana
Sinar pantul besarnya ϴi =ϴr.
Sinar datang
Seperti halnya dalam pemantulan, peristiwa pembiasan pun dijelaskan
Snellius dalam hukumnya yang berbunyi. “Seberkas cahaya yang dilewatkan
pada 2 medium berbeda akan mengalami pembelokan/perubahan arah sesuai
indeks biasnya”. Gambar yang menunjukkan peristiwa pembiasan contohnya
sebagai berikut.
ϴi adalah sudut datang. Dan ϴr adalah
sudut bias. Besarnya berbeda tergantung
ϴi indeks bias kedua medium. Apabila
n1 medium kedua indeks biasnya lebih besar
dari indeks bias medium pertama (lebih
n2 renggang), maka ϴr > ϴi. Sedangkan
apabila indeks bias medium kedua lebih
ϴr kecil dari indeks bias medium pertama
(lebih rapat), maka ϴr < ϴi.
I. Interferensi gelombang cahaya
Interferensi merupakan fenomena yang pasti dialami semua jenis
gelombang. Untuk mencapai keadaan interferensi ini diperlukan dua buah
gelombang cahaya yang koheren (memiliki beda fase tetap). Interferensi
maksimum pada gelombang cahaya menghasilkan daerah terang, sedangkan
interferensi minimum pada gelombang cahaya menghasilkan daerah gelap.
Interferensi ini dapat dihasilkan ketika seberkas cahaya dilewatkan
pada celah sempit. Ketika cahaya tersebut melewati celah sempit, cahaya
terdifraksi (terbaur) dan menyebar di belakang celah, apabila baurannya

12. ditangkap oleh layar maka akan didapatkan pola gelap-terang yang bergantian,
dengan pola pusatnya adalah pola terang pusat (po).
Ketika terjadi interferensi pada satu celah sempit ini, kita dapat pula
menghitung letak pola gelap yang terbentuk dengan formulasi :
Dengan k adalah pola gelap ke- .0,1,2,3...
d sin ϴ = kλ
Sedangkan pola terang dapat kita hitung dengan formulasi :
d sin ϴ = (k + ½ ) λ Dengan k adalah pola terang ke- .0,1,2,3,...
Setelah kita mempelajari pola interferensi pada satu celah sempit, kita
juga dapat mengembangkannya hingga pola interferensi pada dua celah
sempit. Sama halnya dengan interferensi pada satu celah sempit, interferensi
maksimum pada dua celah sempit pun menghasilkan pita terang, sedangkan
interferensi minimum menghasilkan pita gelap. Dan pita pusat sebagai hasil
interferensi paling maksimum adalah pita terang pusat. (po).
Formulasi yang digunakan dalam menghitung pita terang dan pita
gelap pada peristiwa interferensi ini terbalik dengan yang ada di interferensi
satu celah sempit. Pita terang dihitung dengan formulasi :
d sin ϴ = k λ Dengan k adalah pita terang ke-.0,1,2,3,...
Sedangkan untuk pita gelap, formulasinya adalah :
d sin ϴ = (k + ½ ) λ Dengan k adalah pita gelap ke- .0,1,2,3,...
J. Difraksi pada kisi.
Interferensi pada celah sempit yang telah dibahas sebenarnya adalah
fenomena difraksi cahaya. Tapi difraksi bukan hanya terjadi pada satu atau

13. dua celah sempit, tapi dapat juga terjadi pada kisi, yaitu celah-celah sejajar
dengan lebar yang sama dan berjarak teratur.
Pertama kali percobaan ini dilakukan oleh Joseph Fraunhover, dengan
kisi dari kawat-kawat berdiameter 0,04 mm – 0,6 mm dengan jarak antara
0,0528 mm – 0,6866 mm.
Ketika seberkas cahaya dilewatkan pada kisi, setiap celah kisi menjadi
sumber cahaya yang baru. Cahaya-cahaya tersebut mengalami difraksi dan
mengalami interferensi pada jarak tertentu pada kisi.
Dari setiap celah, terdapat berkas-berkas cahaya yang berbeda, hasil
interferensinya membentuk pita-pita terang saat formulasi dibawah terpenuhi :
Dengan k adalah pita terang ke- .0,1,2,3,...
d sin ϴ = k λ
atau
Dengan Y = jarak pita terang ke-k dari pita terang
d =kλ
pusat, dan L = jarak celah dengan layar.
K. Polarisasi gelombang cahaya.
Dulu kita pernah melakukan percobaan mengenai efek tyndall yang
terjadi ketika seberkas cahaya dilewatkan pada suatu larutan koloid, misalnya
larutan susu. Saat kita menyorotkan lampu pada gelas berisi larutan susu,
maka cahaya tersebut tidak akan terlewatkan seluruhnya hingga tertangkap di
layar, namun akan diserap sebagian oleh larutan koloid tersebut. Gejala inilah
yang disebut polarisasi, yang juga membuktikan bahwa cahaya adalah
gelombang transversal.
Polarisasi adalah peristiwa terserapnya sebagian intensitas suatu
berkas cahaya oleh suatu bahan. Cahaya terpolarisasi dapat dibentuk melaui
proses polarisasi yang terjadi secara linier, eliptik, dan lingkaran. Namun yang
sering dibahas dalam pelajaran di SMA adalah cahaya terpolarisasi linier

14. karena absorpsi selektif, pemantulan, pembiasan rangkap, hamburan, dan
pemutaran bidang polarisasi.
Contoh peristiwa polarisasi akibat absorpsi selektif, digambarkan
sebagai berikut.
Cahaya tak Cahaya
terpolarisasi terpolarisasi
polarizer
Jika cahaya yang telah terpolarisasi diatas jika dilewatkan lagi ke
polarizer kedua (analyzer), maka cahaya yang keluar selanjutnya akan
mengalami perubahan intensitas, tergantung dari sudut orientasi antara
polarizer pertama dengan polarizer kedua.
Cahaya yang keluar dari polarizer kedua akan memiliki amplitudo
yang baru (misal Am), dan Intensitasnya Im, maka intensitas cahaya yang
diteruskan berubah terhadap ϴ menurut persamaan :
I = Im cos2 ϴ
Intensitas maksimum akan didapat ketika ϴ = 0o, atau ϴ = 180o
Peristiwa selanjutnya yang dapat menyebabkan polarisasi adalah
pemantulan dan pembiasan. Ketika sebuah cahaya tak terpolarisasi jatuh pada
permukaan gelas, maka untuk sudut datang tertentu (ϴp), seluruh cahaya yang
dipantulkan adalah cahaya terpolarisasi. Sudut ϴp ini adalah sudut
pemolarisasi yang harganya berbeda untuk setiap bahan.

15. ϴp
udara
gelas
ϴr
Berdasarkan hasil eksperimen, diperoleh bahwa sinar yang
dipantulkan oleh permukaan benda tegak lurus dengan sinar yang dibiaskan
oleh bahan.
ϴp + ϴr = 90o
Dengan n1.sin ϴp = n2. Sin ϴr.
n1.sin ϴp = n2. Sin (90- ϴp)
n1. Sin ϴp = n2. Cos ϴp
tan ϴp =
karena sama dengan n (indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1), maka
tan ϴp = n
Selain itu polarisasi dapat juga terjadi akibat pembiasan ganda.
Peristiwa polarisasi ini terjadi apabila seberkas cahaya jatuh pada permukaan
kalsit, mika, gula, kristal, es, prisma nikel, dll.
Polarisasi akibat hamburan terjadi salahsatunya pada fenomena warna
langit. Warna langit biru cerah terjadi karena cahaya matahari dihamburkan

16. oleh gas-gas dalam atmosfer, dan cahaya yang paling banyak menghambur
dan mengalami polarisasi adalah warna biru.
Pada polarisasi yang disebabkan oleh pemutaran bidang polarisasi, hal
ini disebabkan karena cahaya terpolarisasi dilewatkan pada zat optik aktif,
yaitu zat yang dapat memutar bidang polarisasi. Contohnya yang terjadi pada
larutan gula dibawah, cahaya terpolarisasi yang keluar dari larutan gula
menjadi lebih gelap.