USAHA, DAYA DAN ENERGI MATERI SMA KELAS XI

Pengertian Energi

Setiap saat manusia memerlukan energi yang sangat besar untuk menjalankan kegiatanya sehari hari, baik untuk kegiatan jasmani maupun rohani. Berpikir, bekerja, belajar dan bernyanyi memerlukan energi yang besar. Kamu membutuhkan berjuta juta kalori setiap harinya untuk melakukan kegiatan dalam kehidupan sehari hari. Oleh karena itu, disarankan setiap pagi sebelum berangkat sekolah, kamu harus makan terlebih dahulu. Dengan demikian , tubuhmu cukup energi untuk melakukan kegiatan kegiatan di sekolah dan untuk menjaga keehatanmu .

Dari sekilas penjelasan diatas dapat kita simpulkan bahwa energi adalah kemampuan untuk melakukan sesuatu/ usaha. Dalm satuan energi dalam sistem international adalah joule.

1 joule = 0,24 kalori.

1 kalori = 4,2 joule

Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam

antara lain :

a. Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial)

b. Energi panas

c. Energi listrik

d. Energi kimia

e. Energi nuklir

f. Energi cahaya

g. Energi suara

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang

terjadi hanyalah perubahan suatu bentuk energi ke

bentuk lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah menjadi

energi listrik pada air terjun.

Bentuk bentuk energi

Energi yang paling terbesar dibumi adalah matahari. Tuhan telah menciptakan matahari khusus untuk mensejahterahkan umat manusia. Jarak matahari kebumi yang telah diatur 149.600 juta kilometer memungkinkan energi panas yang diterima manusia di Bumi tidak membahayakan. Energi panas dari sinar matahari sangat bermanfaat bumi dan dapat menghasilkan energi energi yang lain dimuka bumi. Caranya adalah dengan mengubah energi matahari menjadi energi yang lain, seperti energi kimia, energi listrik, energi bunyi, dan energi gerak.

Energi Kimia

Energi Kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia. Makan banyak mengandung energi kimia yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia. Energi kimia pun terkandung dalam bahan minyak bumi yang sangat bermanfaat untuk bahan bakar. Baik energi kimia dalam makanan maupun energi maupun energi kimia dalam minyak bumi berasal dari energi matahari.

Energi cahaya matahari sangat diperlukan untuk proses fotosintesis pada tumbuhan sehingga mengandung energi kimia. Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga mereka akn memiliki energi tersebut. Tumbuhan dan hewan yang mati milyaran tahun yang lalu menghasilkan minyak bumi. Energi kimia dalam minyak bumi sangat bermanfaat untuk menggerakkan kendaraan, alat alat pabrik, ataupun kegiatan memasak.

Energi Listrik

Energi listrik merupakan salah satu energi yang paling banyak digunakan. Energi ini dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang disebut arus listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain seperti energi gerak, energi cahaya, energi panas, atau energi bunyi.

Sebaliknya, energi listrik dapat berupa hasil perubahan energi yang lain, misalnya dari energi matahari, energi gerak, energi potensial air, energi kimia gas alam, energi uap.

Energi panas

Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari matahari. Sinar matahai dengan panasnya yang tepat dapat membantu manusia dan makluk hidup lainya untuk hidup dan berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasil perubahan energi yang lain, seperti energi listrik, energi gerak, dan energi kimia. Energi panas dimanfaatkan untuk membantu manusia melakukan usaha seperti menyetrika, pakaian, memasak, dan mendiddikan air. Energi panas merupakan energi yang menghasilkan panas.

Energi mekanik.

Ketika kamu memerhatikan sebuah mangga yang bergantung di pohonya, mungkin kamu mengharapkan buah mangga tersebut jatuh dari pohonya. Mengapa buah mangga itu dapat jatuh dari pohonya? Untuk melakukan kerja supaya dapat jatuh dari pohonya, buah mangga harus memiliki energi. Energi apakah itu? Ketika buah mangga jatuh, dia bergerak ke bawah sampai mencapai tanah. Energi apakah yang terkandung ketika buah mangga bergerak jatuh?

Dalam peristiwa tersebut terdapat dua buah jenis energi yang saling mempengaruhi, yaitu energi yang diakibatkan oleh ketinggian dan energi karena benda bergerak. Energi akibat perbedaan ketinggian disebut energi potensial gravitasi, sedangkan energi gerak di sebut energi kinetik.

Energi mekanik adalah penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik. Secara matematis persamaan energi mekanik dapat dituliskan sebagai berikut :

Em = Ep + Ek

dengan

Em = Energi mekanik (J)

Ep = Energi Potensial ( J)

Ek = Energi Kinetik (J)

Energi potensial

Tahukah kamu ketahui bahwa energi potensial gravitasi adlah energi akibat perbedaan ketinggian. Apakah energi ini akibat oleh ketinggian saja ?.

Contoh :

Buah kelapa yang bergantung dipohonya menyimpan suatu energi yang disebut energi potensial. Energi potensial yang dimiliki buah kelapa di akibatkan oleh adanya gaya tarik bumi sehingga jatuhnya selalu kepusat bumi. Energi potensial potensial akibat gravitasi bumi disebut energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi pun bisa diakibatkan oleh tarikan benda benda lain seperti tarikan antarplanet. Adapun energi potensial yang dimiliki suatu benda akibat pegas atau karet yang kamu regangkan disebut energi potensial pegas. Energi potensial gravitasi dimiliki oleh benda yang berada pada ketinggian tertentu dari permukaan bumi. Energi potensial pegas pegas muncul akibat adanya perbedaan kedudukan dari titik keseimbangan. Titik keseimbangan adalah titik keadaan awal sebelum benda ditarik.Energi potensial gravitasi dipengaruhi oleh percepatan gravitasi sebagai berikut :

Ep = m.g.h

Dengan

Ep = energi potensial (J)

m = massa benda (kg)

g = konstanta gravitasi (m/s.s)

h = ketinggian (m)

Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda

yang bergerak. Suatu ketika ada seseorang pelaut malang yang terdampar dipulau kecil. Dia berpikir hanya dengan tiga cara dia dapat mencari bantuan. Pertama, dia dapt menerbagkan laying laying dan berharap ada kapal yang melihat laying laying tersebut. Kedua dia menyimpan pesan dalam boltol dan membiarkanya mengapung diatas air sampai ada orang yang menemukanya. Ketiga, dia membuat rakit untuk mencoba pergi dari pulau itu.

Gagasan pelaut itu bergantung pada satu jenis energi yang bekerja, yaitu energi akibat gerakan angina yang akan membuat layangan mengapung, botol dapat bergerak dibawa ombak, dan rakit dapat melaju. Sesuatu yang bergerak, misalnya angina dan air, memiliki kemampuan yang dapat digunakan untuk menarik / mendorong sesuatu. Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut energi kinetik. Kamu pun memiliki energi kinetik bila bergerak. Kesimpulan dari diatas adalah bahwa energi kinetik bergantung pada massa benda dan kecepan benda tersbut. Secara matematis, energi kinetik suatu benda dapat ditulis :

Ek = m.v.v

dengan,

Ek = Energi kinetik (joule)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan benda (m/s)

Usaha

Dalam kehidupan sehari-hari kata usaha mempunyai arti sangat

luas, misalnya: usaha seorang anak untuk menjadi pandai, usaha seorang pedagang untuk memperoleh laba yang banyak, usaha seorang

montir untuk memperbaiki mesin dan sebagainya. Jadi dapat

disimpulkan usaha adalah segala kegiatan yang dilakukan untuk

mencapai tujuan.

Dalam ilmu fisika, usaha mempunyai arti, jika sebuah benda

berpindah tempat sejauh d karena pengaruh F yang searah dengan

perpindahannya 4.1), maka usaha yang dilakukan sama

dengan hasil kali antara gaya dan perpindahannya, secara matematis

dapat ditulis sebagai berikut:

W = F.d

Jika gaya yang bekerja membuat sudut terhadap perpindahannya

usaha yang dilakukan adalah hasil kali komponen gaya

yang searah dengan perpindahan (Fcos alfa) dikalikan dengan

perpindahannya (d). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

W = F cos α.d

dengan:

W = usaha (joule)

F = gaya (N)

d = perpindahan (m)

= sudut antara gaya dan perpindahan

Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu,

secara matematis didefinisikan sebagai berikut:

P = w/t

dengan:

P = daya (watt)

W = usaha (joule)

t = waktu (s)

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 yang setara dengan = 3,6 .106 watt.detik =

3,6 . 106 joule

SUMBER : http://fisikakelasmultimedia3.blogspot.com/2010/05/usaha-daya-dan-energi.html

Read more »

GERAK MELINGKAR BERATURAN (GMB) MATERI SMA

Setelah mempelajari materi pembelajaran ini, diharapkan anda dapat :

• mendefinisikan besaran-besaran fisika dalam gerak melingkar.
• memformulasikan hubungan antara besaran fisika dalam gerak melingkar dan gerak lurus.

Dalam bagian percepatan kita telah melihat bahwa percepatan timbul dari perubahan kecepatan. Pada contoh gerak jatuh bebas, perubahan kecepatan yang terjadi hanya menyangkut besarnya saja, sedangkan arahnya tidak. Untuk partikel yang bergerak melingkar dengan laju konstan, arah vektor kecepatan berubah terus menerus, tetapi besarnya tidak. Gerak ini disebut gerak melingkar beraturan (GMB)
Dalam gerak lurus anda mengenal besaran perpindahan (linear) dan kecepatan (linear), keduanya termasuk besaran vektor. Dalam gerak melingkar anda akan mengenal juga besaran yang mirip dengan itu, yaitu perpindahan sudut dan kecepatan sudut, keduanya juga termasuk besaran vektor.
Besaran fisis pada GMB
a. Besaran Sudut (Ø)

Besar sudut Ø dinyatakan dalam derajat tetapi pada gerak melingkar beraturan ini dinyatakan dalam radian. Satu radian (rad) adalah sudut dimana panjang busur lingkaran sama dengan jari-jari lingkaran tersebut (r). Jika s = r, Ø bernilai 1 rad.

Secara umum besaran sudut Ø dituliskan :
Ø = s / r
dimana s = 2∏ r , sehingga Ø = 2∏ rad
b. Kecepatan dan kelajuan Sudut (ω)

Pada gerak melingkar, besaran yang menyatakan seberapa jauh benda berpindah (s) dalam selang waktu tertentu (t) disebut kecepatan anguler atau kecepatan sudut (ω). Kecepatan sudut ini terbagi atas kecepatan sudut rata-rata dan kecepatan sudut sesaat.

Kecepatan sudut rata-rata dituliskan sebagai : ω = ΔØ / Δt
Kecepatan sudut sesaat dinyatakan sebagai ω = lim ΔØ / Δt
Satuan kecepatan sudut adalah rad/s. Selain satuan ini, satuan kecepatan sudut dapat pula ditulis dalam rpm (rotation per minutes) dimana 1 rpm = 2Π rad/menit = Π/30 rad/s.
Sedangkan nilai atau besarnya kecepatan sudut disebut kelajuan sudut.
c. Periode (T)
Waktu yang dibutuhkan oleh suatu benda untuk bergerak satu putaran disebut periode (T). Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu putaran dinyatakan oleh :
T = perpindahan sudut / kecepatan sudut
T = 2Π / ω dimana 2Π = perpindahan sudut (anguler) untuk satu putaran.
Jika jumlah putaran benda dalam satu sekon dinyatakan sebagai frekuensi (f) maka diperoleh hubungan :
T = 1 / f dimana f = frekuensi dengan satuan 1/s atau Hertz (Hz).
d. Kecepatan dan kelajuan linear (v)

Kecepatan linear didefinisikan sebagai hasil bagi panjang lintasan linear yang ditempuh dengan selang waktu tempuhnya. Panjang lintasan dalam gerak melingkar yaitu keliling lingkaran 2Π.r
Jika selang waktu yang diperlukan untuk menempuh satu putaran adalah 1 periode (T), maka :
Kecepatan linear dirumuskan : v = 2Π.r / T atau v = ω.r
Kecepatan linear ( v) memiliki satuan m/s, r = jari-jari lintasan, dengan satuan meter dan ω = kecepatan sudut dalam satuan rad/s
e. Percepatan Sentripetal

Pada saat anda mempelajari gerak lurus beraturan sudah mengetahui bahwa percepatan benda sama dengan nol. Benarkah kalau kita juga mengatakan percepatan benda dalam gerak melingkar beraturan sama dengan nol? Dari gambar di atas diketahui bahwa arah kecepatan linear pada gerak melingkar beraturan selalu menyinggung lingkaran. Karena itu, kecepatan linear disebut juga kecepatan tangensial.
Sekarang kita akan mempelajari apakah vektor percepatan pada benda yang bergerak melingkar beraturan nol atau tidak.Dari gambar di atas tampak bahwa vektor kecepatan linear memiliki besar sama tetapi arah berbeda-beda. Oleh karena itu kecepatan linear selalu berubah sehingga harus ada percepatan. Dari gambar di atas tampak bahwa arah percepatan selalu mengarah ke pusat lingkaran dan selalu tegak lurus dengan kecepatan linearnya. Percepatan yang selalu tegak lurus terhadap kecepatan linearnya dan mengarah ke pusat lingkaran ini disebut percepatan sentripetal.
Percepatan sentripetal pada gerak melingkar beraturan dirumuskan :

Contoh Soal :
Sebuah roda dengan jari-jari 20 cm, berputar pada sumbunya dengan kelajuan 6.000/Π rpm. Tentukan: (a). kelajuan sudut, frekuensi, dan periodenya, (b). kelajuan linear sebuah titik atau dop pada roda dan panjang lintasan titik yang ditempuh selama 10 s. (c) jumlah putaran dalam 10 s.
Pembahasan :
1. diketahui : r = 20 cm = 0,2 m ; ω = 6.000/Π rpm = 100/Π rps = 200 rad/s
dijawab :
(a). Frekuensi f = ω / 2Π = (200 rad/s)/2Π = 100/Π Hz
(b). Kelajuan linear pada titik luar
v = ω . r = (200 rad/s). (0,2 m) = 40 m/s
(c) Jumlah putaran selama 10 s. Sudut yang ditempuh selama 10 s adalah Ø = ω . t = 2.000 rad
1 putaran = 2Π rad sehingga jumlah putaran (n) adalah n = 2.000 rad/2Π =(1000/Π ) putaran.
2. Sebuah benda bergerak melingkar beraturan dengan jari-jari lintasan 70 cm. Dalam waktu 20 s, benda tersebut melakukan putaran sebanyak 40 kali. (a). tentukan periode dan frekuensi putaran. (b) berapa laju linear benda tersebut? (c). hibunglah kecepatan sudut benda tersebut.
Pembahasan :
diketahui : r = 70 cm = 0,7 m; t = 20 s ; n = 40
dijawab :
(a). Waktu untuk menempuh satu putaran (T) = waktu tempuh/jumlah putaran
T = 20 s / 40 = 0,5 s. Jadi frekuensinya (f) = 1/T = 2 Hz
(b). Laju linear benda (v) = ω . r = 2Πf.r = 2(3,14) 2 Hz.0,7 m = 8,8 m/s
(c). Kecepatan sudut benda (ω) = v / r = (8,8 m/s) / 0,7 m = 12,6 rad/s

SUMBER : http://sidikpurnomo.net/gmb.html

Read more »

Sejarah tentang Gelombang Elektromagnetik

A. Spektrum Gelombang Elektromagnetik
1. Hakikat Gelombang Elektromagnetik
Pada pertengahan abad ke sepuluh seorang ilmuwan Mesir di Iskandaria yang bernama Al Hasan (965-1038) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat benda-benda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata. Teori ini akhirnya dapat diterima oleh orang banyak sampai sekarang ini.
Beberapa teori-teori yang mendukung pendapat Al Hasan diantaranya adalah
a. Teori Emisi atau Teori Partikel
Sir Isaac Newton (1642-1727) merupakan ilmuwan berkebangsaan Inggris yang mengemukakan pendapat bahwa dari sumber cahaya dipancarkan partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan kecepatan yang sangat besar. Bila partikel-partikel ini mengenai mata, maka manusia akan mendapat kesan melihat benda tersebut.
Alasan dikemukakanya teori ini adalah sebagai berikut:

• Karena partikel cahaya sangat ringan dan berkecepatan tinggi maka cahaya dapat merambat lurus tanpa terpengaruh gaya gravitasi bumi.
• Ketika cahaya mengenai permukaan yang halus maka cahaya akan akan dipantulkan dengan sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul sehingga sesuai dengan hukum pemantulan Snellius. Peristiwa pemantulan ini dijelaskan oleh Newton dengan menggunakan bantuan sebuah bola yang dipantulkan di atas bidang pantul.
• Alasan berikutnya adalah pada peristiwa pembiasan cahaya yang disamakan dengan peristiwa menggelindingnya sebuah bola pada papan yang berbeda ketinggian yang dihubungkan dengan sebuah bidang miring. Dari permukaan yang lebih tinggi bola digelindingkan dan akan terus menggelinding melalui bidang miring sampai akhirnya bola akan menggelinding di permukaan yang lebih rendah. Jika diamati perjalanan bola, maka sebelum melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk sudut α terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Setelah melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk sudut β terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Jika permukaan atas dianggap sebagai udara dan permukaan bawah dianggap sebagai air serta bidang miring merupakan batas antara udara dan air, gerak bola dianggap sebagai jalannya pembiasan cahaya dari udara ke air, maka Newton menganggap bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih besar dari pada kecepatan cahaya dalam udara.

Pendapat ini masih bertahan hingga akhirnya seorang ahli fisika Prancis, Jean Focault (1819 – 1868) melakukan percobaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam berbagai medium. Dalam percobaannya Jeans Focault mendapatkan kesimpulan bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam udara.
b. Teori Gelombang

Menurut Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang. Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya.
Pada teori ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada sebuah muka gelombang dapat dianggap sebagai sebuah sumber gelombang yang baru dan arah muka gelombang ini selalu tegak lurus tehadap muka gelombang yang bersangkutan.
Pada teori Huygens ini peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, ataupun difraksi cahaya dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam teori Huygens ada kesulitan dalam penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat lurus.
c. Teori Elektromagnetik

Percobaan James Clerk Maxwell (1831 – 1879) seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3×108 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan Maxwell ini di dukung oleh :

• Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman, Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894) yang membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi.
• Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter Zeeman (1852 – 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet yang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya.
• Percobaan Stark (1874 – 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang mengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi berkas cahaya.

d. Teori Kuantum

Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858 – 1947). Dalam percobaannya Planck mengamati sifat-sifat termodinamika radiasi benda-benda hitam hingga ia berkesimpulan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Dan pada tahun 1901 Planck mempublikasikan teori kuantum cahaya yang menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Akan tetapi dalam teori ini paket-paket energi atau partikel penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan oleh Newton . Karena foton tidak bermassa sedangkan partikel pada teori Newton memiliki massa
Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan adanya percobaan Albert Einstein pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan gejala fotolistrik dengan menggunakan teori Planck. Fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari suatu logam yang disinari dengan panjang gelombang tertentu. Akibatnya percobaan Einstein justru bertentangan dengan pernyataan Huygens dengan teori gelombangnya.Pada efek fotolistrik, besarnya kecepatan elektron yang terlepas dari logam ternyata tidak bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang digunakan untuk menyinari logam tersebut. Sedangkan menurut teori gelombang seharusnya energi kinetik elektron bergantung pada intensitas cahaya.
Kemudian dari seluruh teori-teori cahaya yang muncul dapat disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat dual (dualisme cahaya) yaitu cahaya dapat bersifat sebagai gelombang untuk menjelaskan peristiwa interferensi dan difraksi tetapi di lain pihak cahaya dapat berupa materi tak bermassa yang berisikan paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton sehingga dapat menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.
2. Gelombang Elektromagnetik

Beberapa kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang mendukung perkembangan konsep gelombang elektromagnetik antara lain:
1. Hukum Coulomb mengemukakan : “Muatan listrik statik dapat menghasilkan medan listrik.”.
2. Hukum Biot & Savart mengemukakan : “Aliran muatan listrik (arus listrik) dapat menghasilkan medan magnet”.
3. Hukum Faraday mengemukakan : “Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik”.
Berdasarkan Hukum Faraday, Maxwell mengemukakan hipotesa sebagai berikut: “Perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet”. Hipotesa ini sudah teruji dan disebut dengan Teori Maxwell. Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah:
a. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
b. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas () dan permeabilitas (μ) zat.
Menurut Maxwell, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dirumuskan sebagai berikut c =
Ternyata perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet yang tidak tetap besarannya atau berubah-ubah. Sehingga perubahan medan magnet tersebut akan menghasilkan lagi medan listrik yang berubah-ubah.
Proses terjadinya medan listrik dan medan magnet berlangsung secara bersamasama dan menjalar kesegala arah. Arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Jadi gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet dan medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.
E = medan listrik (menjalar vertikal)
B = medan magnet (menjalar horizontal.)
Gejala seperti ini disebut terjadinya gelombang elektromagnetik (= gelombang yang mempunyai medan magnet dan medan listrik).
Bila dalam kawat PQ terjadi perubahan-perubahan tegangan baik besar maupun arahnya, maka dalam kawat PQ elektron bergerak bolak-balik, dengan kata lain dalam kawat PQ terjadi getaran listrik. Perubahan tegangan menimbulkan perubahan medan listrik dalam ruangan disekitar kawat, sedangkan perubahan arus listrik menimbulkan perubahan medan magnet. Perubahan medan listrik dan medan magnet itu merambat ke segala jurusan. Karena rambatan perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik maka rambatan perubahan medan listrik dan medan magnet lazim disebut gelombang elektromagnetik. (GEM)
Percobaan-percobaan yang teliti membawa kesimpulan :
1. Pola gelombang elektromagnetik sama dengan pola gelombang transversal dengan vektor perubahan medan listrik tegak lurus pada vektor perubahan medan magnet.
2. Gelombang elektromagnetik menunjukkan gejala-gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, polarisasi seperti halnya pada cahaya.
3. Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.
Gelombang elektromagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi dan ketajaman akal pikiran berlandaskan keyakinan akan keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam.
Hasil-hasil percobaan yang mendahuluinya telah mengungkapkan tiga aturan gejala kelistrikan , antara lain sebagai berikut.
Hukum Coulomb : Muatan listrik menghasilkan medan listrik yang kuat.
Hukum Biot-Savart : Aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet disekitarnya.
Hukum Faraday : Perubahan medan magnet (B) dapat menimbulkan medan listrik (E).
Didorong oleh keyakinan atas keteraturan dan kerapian hukum-hukum alam, Maxwell berpendapat bahwa masih ada kekurangan satu aturan kelistrikan yang masih belum terungkap secara empirik. Jika perubahan medan magnet dapat menimbulkan perubahan medan listrik maka perubahan medan listrik pasti dapat menimbulkan perubahan medan magnet, demikianlah keyakinan Maxwell.
Dengan pengetahuan matematika yang dimilikinya, secara cermat Maxwell membangun teori yang dikenal sebagai teori gelombang elektromagnetik. Baru setelah bertahun-tahun Maxwell tiada, teorinya dapat diuji kebenarannya melalui percobaan-percobaan. Menurut perhitungan secara teoritik, kecepatan gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada permitivitas ruang hampa ( εo) dan permeabilitas ruang hampa (µo ).

Dengan memasukkan εo= 8,85 . 1012 C2/N.m2 dan μo = 4π.107 Wb/A.m
diperoleh nilai c = 3.108 m/s, nilai yang sama dengan kecepatan cahaya.
Oleh sebab itu Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menganggap cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu konsep gelombang elektromagnetik ini merupakan penyokong teori Huygens tentang cahaya sebagai gerak gelombang.

Sumber : http://sidikpurnomo.net/sejarah-gelombang-elektromagnetik.html

Read more »

Gelombang elaktromagnetik kelas X semester 2

Menurut Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, menyatakan bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang. Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya. Pada teori ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada sebuah muka gelombang dapat dianggap sebagai sebuah sumber gelombang yang baru dan arah muka gelombang ini selalu tegak lurus tehadap muka gelombang yang bersangkutan. Pada teori Huygens ini peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, ataupun difraksi cahaya dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam teori Huygens ada kesulitan dalam penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat lurus.

Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada tahun 1873 oleh James Clerk Maxwell dalam papernya di Royal Society mengenai teori dinamika medan elektromagnetik (a dynamical theory of the electromagnetic field), berdasarkan hasil kerja penelitiannya antara tahun 1861 dan 1865.

Percobaan James Clerk Maxwell (1831 – 1879) seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3×108 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan Maxwell ini di dukung oleh :
1. Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman, Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894) yang membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi.
2. Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter Zeeman (1852 – 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet yang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya.
3. Percobaan Stark (1874 – 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang mengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi berkas cahaya.

Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah:
a. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
b. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik.
Percobaan-percobaan yang teliti membawa kesimpulan :
1. Pola gelombang elektromagnetik sama dengan pola gelombang transversal dengan vektor perubahan medan listrik tegak lurus pada vektor perubahan medan magnet.
2. Gelombang elektromagnetik menunjukkan gejala-gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, polarisasi seperti halnya pada cahaya.
3. Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.
Gelombang elektromagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi dan ketajaman akal pikiran berlandaskan keyakinan akan keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam. Hasil-hasil percobaan yang mendahuluinya telah mengungkapkan tiga aturan gejala kelistrikan, antara lain sebagai berikut :
a) Hukum Coulomb : Muatan listrik menghasilkan medan listrik yang kuat.
b) Hukum Biot-Savart : Aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet disekitarnya.
c) Hukum Faraday : Perubahan medan magnet (B) dapat menimbulkan medan listrik (E).
Didorong oleh keyakinan atas keteraturan dan kerapian hukum-hukum alam, Maxwell berpendapat bahwa masih ada kekurangan satu aturan kelistrikan yang masih belum terungkap secara empirik. Jika perubahan medan magnet dapat menimbulkan perubahan medan listrik maka perubahan medan listrik pasti dapat menimbulkan perubahan medan magnet, demikianlah keyakinan Maxwell.
Dengan pengetahuan matematika yang dimilikinya, secara cermat Maxwell membangun teori yang dikenal sebagai teori gelombang elektromagnetik. Baru setelah bertahun-tahun Maxwell tiada, teorinya dapat diuji kebenarannya melalui percobaan-percobaan. Menurut perhitungan secara teoritik, kecepatan gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada permitivitas ruang hampa ( εo) dan permeabilitas ruang hampa (µo ).

Dengan memasukkan 12 C2/N.m2 danεo= 8,85 . 10 7 Wb/A.mμo = 4π.10 diperoleh nilai c = 3.108 m/s, nilai yang sama dengan kecepatan cahaya. Oleh sebab itu Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menganggap cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu konsep gelombang elektromagnetik ini merupakan penyokong teori Huygens tentang cahaya sebagai gerak gelombang.
Pada 1878 David E. Hughes adalah orang pertama yang mengirimkan dan menerima gelombang radio ketika dia menemukan bahwa keseimbangan induksinya menyebabkan gangguan ke telepon buatannya. Dia mendemonstrasikan penemuannya kepada Royal Society pada 1880 tapi hanya dibilang itu cuma merupakan induksi.
Heinrich Rudolf Hertz (1886-1888), pertama kali membuktikan teori Maxwell melalui eksperimen, memperagakan bahwa radiasi radio memiliki seluruh properti gelombang (sekarang disebut gelombang Hertzian), dan menemukan bahwa persamaan elektromagnetik dapat diformulasikan ke persamaan turunan partial disebut persamaan gelombang.

Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Rudolf Hertz. Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Waktu kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck E = Hν, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck -6.626 × 10 −34 J•s — dan ν adalah frekuensi gelombang. Einstein kemudian memperbarui rumus ini menjadi Ephoton = hν.

Hertz adalah ahli fisika terkenal dari Jerman setelah Maxwell, pada zamannya. Hertz menunjukkan keberadaan gelombang radio pada akhir tahun 1880-an. Dia menggunakan alat yang disebut kumparan induksi untuk menghasilkan tegangan tingi. Salah satu transmitter pertama ciptaannya terdiri atas dua kumparan kecil dengan celah bunga api. Arus yang berbolak-balik cepat dalam bunga api di ujung-ujung kumparan menghasilkan gelombang radio. Untuk mendeteksi gelombang tersebut, Hertz menggunakan receiver yang terdiri atas dua batang dengan celah bunga api sebagai antena penerima. Bunga api melompati celah dimana gelombang tersebut diambil.
Hertz menunjukkan bahwa sinyal-sinyal tersebut bersifat gelombang elektromagnetik. Hertz menjadi orang terkenal setelah melakukan percobaan tersebut. Untuk menghormatinya, nama Hertz dipakai untuk satuan frekuensi.
Kemajuan teknologi berdampak pula terhadap siaran radio. Dulu kita hanya dapat menikmati siaran radio dengan gelombang AM (amplitude modulation). Namun, kini pendengar pun dimanjakan oleh kemunculan gelombang radio FM (frequency modulation) yang bersuara lebih jernih. Orang yang berjasa menemukan gelombang FM adalah Edwin Howard Armstrong yang dikenal sebagai “Bapak penemu radio FM”.
Amstrong dilahirkan pada tanggal 18 Desember 1890 di New York City, Amerika Serikat (AS). Kepintaran dan keuletannya sudah tampak sejak kecil. Bahkan, ketika usianya baru menginjak 14 tahun, ia telah bercita-cita ingin menjadi seorang penemu. Ketika menginjak remaja, dia mulai mencoba menjadi tukang servis alat-alat rumah tangga tanpa kabel (nirkabel), dan ketika duduk di bangku SMA, dia telah mulai mengadakan uji coba dengan membuat tiang antena di depan rumahnya untuk mempelajari teknologi nirkabel yang kala itu sering mengalami gangguan.
Dia dengan cepat dapat memahami permasalahan pada alat komunikasi tersebut. Ia juga dapat menemukan kelemahan sinyal pada penerima akhir transmisi komunikasi. Padahal, tidak ada cara lain untuk memperkuat tenaga pada pengiriman akhir.
Untuk mengembangkan pengetahuannya pada masalah gelombang komunikasi, setelah tamat SMA, Amstrong masuk ke Universitas Columbia jurusan teknik. Di universitas itulah ia melanjutkan penelitiannya di bidang nirkabel. Pada tahun ketiga di Universitas Columbia, Armstrong memperkenalkan temuannya, berupa penguat gelombang radio pertama (radio amplifier). Radio sendiri sebenarnya sudah ditemukan terlebih dahulu oleh Lee De Forest yang menggunakan Tabung Audion yang diberi nama tabung Lee De Forest. Namun, gelombang yang dipancarkannya masih terlalu lemah.

Armstrong mempelajari cara kerja tabung Lee DeForest dan kemudian mendesain ulang dengan mengambil gelombang elektromagnetik yang datang dari sebuah transmisi radio dan dengan cepat memberi sinyal balik melalui tabung. Hanya sesaat, kekuatan sinyal akan meningkat sebanyak 20.000 kali per detik. Fenomena ini oleh Armstrong disebut dengan “regenerasi radio”, yang merupakan penemuan penting dan perlu saat radio pertama kali ada.
Dengan pengembangan ini, para teknisi radio tidak memerlukan 20 ton generator lagi agar stasiun radio mereka mengudara. Desain sirkuit tunggal temuan Armstrong menjadi kunci kelangsungan gelombang transmiter yang menjadi inti operasional radio. Dan dia lulus sarjana teknik tahun 1913. Atas temuannya tersebut, Armstrong mematenkan ciptaannya dan memberi lisensinya pada Marconi Corporation tahun 1914.

Enam tahun kemudian, Westinghouse membeli hak paten Armstrong atas penerima superheterodyne, dan memulai kiprahnya menjadi stasiun radio pertama bernama KDKA di Pittsburgh. Mulailah radio menjadi sangat populer pada saat itu, mulai dari hiburan sampai berita penting, tidak ada yang tidak memakai jasa radio. Setelah itu, bermunculan terus gelombang radio lainnya. RCA (The Radio Corporation of America) segera membeli seluruh hak paten radio begitu juga radio lain ikut membelinya.

Setelah Perang Dunia I usai, Armstrong kembali ke Universitas Columbia dan bekerja sebagai profesor di universitas tersebut. Tahun 1923 dia menikah dengan Marion Mac Innes, sekretaris dari Presiden RCA, David Sarnoff. Pada dekade tersebut dia terlibat dalam perang perusahaan dalam mengendalikan hak paten radio. Hal ini berlanjut sampai awal tahun 1930, dan Armstrong kalah di pengadilan. Meski demikian, dia terus melanjutkan penelitian untuk memecahkan masalah statistik radio. Ia berkesimpulan, hanya ada satu solusi agar karyanya yang telah dicuri orang bisa dihargai, yaitu merancang sistem yang sama sekali baru.
Penelitian demi penelitian pun terus dia lakukan untuk lebih menyempurnakan suara radio tersebut. Pada 1933 Amstrong memperkenalkan sistem radio FM (frequency modulation), yang memberi penerimaan jernih meskipun ada badai dan menawarkan ketepatan suara yang tinggi yang sebelumnya belum ada. Sistem tersebut juga menyediakan sebuah gelombang tunggal membawa dua program radio dengan sekali angkut. Pengembangan ini disebut dengan multiplexing.
Mengenai perbedaan antara gelombang AM dan FM, bisa dijelaskan sebagai berikut. Sinyal suara tidak dapat langsung dipancarkan karena sinyal suara bukan gelombang elektromagnetik. Jika sinyal suara tersebut diubah menjadi gelombang elektromagnetik sekalipun, berapa panjang antena yang dibutuhkan. Untuk dapat mengirimkan sinyal suara dengan lebih mudah, sinyal suara tersebut terlebih dahulu ditumpangkan pada sinyal radio dengan frekuensi yang lebih tinggi dari sinyal suara tersebut. Metode untuk menumpangkan sinyal suara pada sinyal radio disebut modulasi. Modulasi yang sering dipakai radio adalah modulasi amplitudo (AM – amplitude modulation) dan modulasi frekuensi (FM – frequency modulation).
Beda utama antara gelombang AM dengan FM adalah cara memodulasi suaranya. Gelombang FM mempunyai range tambahan sebesar plus 455 KHz. Jadi, jika ada frekuensi radio 88.00 FM, sebenarnya dia menggunakan frekuensi 88.00 MHz + 455 KHz. Mengapa ada tambahan 455 KHz? Nah, gelombang FM itu memodulasi suara secara digital. Jadi, gelombang suara audio itu dicacah secara digital sesuai frekuensi audio (batas ambang telinga antara 6 Hz – 20 KHz). Setelah dicacah secara digital (tambahan 455 KHz tadi, sebagai digital audio buffer), sinyal digital tersebut di-mix dengan gelombang radio (carrier) yang berfrekuensi 88.0 MHz tadi, kemudian dilempar ke udara terbuka. Bagaian yang penting dari sistem pemancar FM adalah antena, saluran transmisi, dan pemancar itu sendiri.
Untuk memperkenalkan temuannya pada dunia, pada tahun 1940 Armstrong mendapat izin untuk mendirikan stasiun radio FM pertama yang didirikan di Alpine, New Jersey. Berkat temuannya tersebut , pada 1941, Institut Franklin memberi penghargaan kepada Armstrong berupa medali Franklin, yang merupakan salah satu penghargaan tertinggi komunitas ilmuwan. Kekalahannya dalam sengketa selama bertahun-tahun dengan perusahaan yang telah memanfaatkan hak ciptanya, tak berpengaruh terhadap pemberian medali Franklin tersebut.
Armstrong harus mengakhiri hidupnya dengan cara tragis. Sang penemu gelombang radio FM tersebut diketemukan mati bunuh diri di tahun 1954. Istrinya, Marion MacInnes, yang menjadi pewaris hasil temuan Armstrong melanjutkan perjuangan suaminya bertempur di persidangan dan memenangkan jutaan dolar. Atas kejernihan suara yang dihasilkannya di awal ’60-an, saluran FM mendominasi sistem radio, dan bahkan digunakan untuk komunikasi antara bumi dan luar angkasa oleh Badan Antariksa Nasional Amerika, NASA.
Kesimpulan
1) Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, menyatakan bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang.
2) Dasar teori dari perambatan gelombang elektromagnetik pertama kali dijelaskan pada 1873 oleh James Clerk Maxwell dalam papernya di Royal Society mengenai teori dinamika medan elektromagnetik (bahasa Inggris: A dynamical theory of the electromagnetic field), berdasarkan hasil kerja penelitiannya antara 1861 dan 1865.
3) Pada 1878 David E. Hughes adalah orang pertama yang mengirimkan dan menerima gelombang radio ketika dia menemukan bahwa keseimbangan induksinya menyebabkan gangguan ke telepon buatannya.
4) Heinrich Rudolf Hertz (1886-1888), pertama kali membuktikan teori Maxwell melalui eksperimen.
5) Orang yang berjasa menemukan gelombang FM adalah Edwin Howard Armstrong yang dikenal sebagai “Bapak penemu radio FM”.

DAFTAR PUSTAKA

http://klipingut.wordpress.com/2008/01/02/edwin-howard-armstrong-1890-1954-penemu-gelombang-radio-fm/
http://sobatbaru.blogspot.com/2008/06/penemu-gelombang-elektromagnetik.html
http://www.mustofaabihamid.blogspot.com

Read more »