LKPD Gelombang Bunyi Dan Cahaya [PDF]

Citation preview

LE



K



Lembar Kerja Peserta Didik A T A P Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, karena berkat rahmat E Allah penulis dapat menyelesaikan Lembar Kerja Peserta Didik Berbasis N Keterampilan Proses Sains pada materi Gelombang Bunyi dan Cahaya yang dimaksudkan untuk menjadi salah satu sumber belajar peserta didik dalam pembelajaran FISIKA di Kelas XI Sekolah Menengah Atas. Lembar kerja peserta didik ini dikembangkan dengan memperhatikan indikator keterampilan proses sains dasar yang terdiri atas mengamati, mengukur, memprediksi, mengklasifikasikan, menyimpulkan dan mengkomunikasikan. Hal tersebut dilakukan dengan harapan agar lembar kerja peserta didik berbasis keterampilan proses sains ini dapat memfasilitasi kemampuan peserta didik terutama melatih kemampuan keterampilan serta pengetahuan maupun sikap. Penulis menyadari dalam penyusunan lembar kerja peserta didik ini masih belum sempurna dikarenakan masih adanya kekurangan. Maka dari itu, kritik dan saran dari pembaca sangat dibutuhkan guna meningkatkan lembar kerja peserta didik ini menjadi lebih baik lagi. Semoga lembar kerja peserta didik ini bermanfaat dan dapat digunakan sebagaimana mestinya untuk membantu proses pembelajaran FISIKA. Palembang, November 2019 Penulis



Nurul Fadhillah



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



D



LembarAKerja Peserta Didik F T A R I



BERBASIS KETERAMPILAN PROSES SAINS MBAR KERJA PESERTA DIDIK



S



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



DESKRIPSI SINGKAT L PETUNJUK PENGGUNAA



Lembar Kerja Peserta Didik



a peserta didik ini ialah Induksi Elektromganetik. Lembar Kerja peserta didik ini berisi tentang panduan percobaan yang berk



hatlah daftar isi lembar kerja peserta didik ini untuk memudahkan anda mencari halaman pada percobaan yang akan dilakuka hatlah peta konsep untuk mengarahkan alur berpikir anda. aca dengan cermat petunjuk percobaan yang terdapat pada lembar kerja peserta didik ini. aca dan pahami setiap kegiatan percobaan yang terdapat pada lembar kerja peserta didik ini dengan cermat. mati dan perhatikan fenomena ataupun gambar yang ditampilkan pada kegiatan mengamati i kegiatan percobaan. Kemudian dimaksudkan juga untuk yang menumbuhkan kemampuan entuklah kelompok guna melakukan kegiatan mengukur ada pada lembar kerja. kognisi serta sikap peserta didik yang skusikanlah hal-hal yang berkaitan dengan percobaan sesuai dengan persamaan ataupun perbedaanya pada kegiatan mengkl uatlah kesimpulan sesuai dengan petunjuk pada kegiatan menyimpulkan. uti perintah pada kegiatan mengkomunikasikan untuk memprsentasikan hasil kerja kelompok. erjakanlah pertanyaan yang telah dibuat pada kegiatan memprediksi sesuai dengan percobaan yang telah dilakukan.



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



K O M



LembarPKerja Peserta Didik E T E N S



Kompetensi Inti I



I 1. Menghargai dan menghayati ajaran agama yang dianutnya. N 2. Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (toleransi, T gotong royong), santun, percaya diri, dalam berinteraksi secara efektif I dengan lingkungan sosial dan alam dalam jangkauan pergaulan dan & keberadaannya. 3. Memahami pengetahuan (faktual, konseptual, dan prosedural) berdasarkan K rasa ingin tahunya tentang ilmu Opengetahuan, teknologi, seni, budaya terkait fenomena dan kejadian tampak M mata. 4. Mencoba, mengolah, dan menyajiP dalam ranah konkret (menggunakan, mengurai, merangkai, memodifikasi, E dan membuat) dan ranah abstrak (menulis, membaca, menghitung, menggambar, dan mengarang) sesuai dengan yang dipelajari di sekolah dan sumber lain yang sama dalam sudut pandang/ teori.



Kompetensi Dasar



3.10 Menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan cahaya dalam teknologi 4.10 Merencanakan dan melaksanakan percobaan interferensi cahaya



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik



Indikator 3.10 3.10.1 Mengidentifikasi karakteristik bunyi dan cepat rambat gelombang bunyi. 3.10.2 Menjelaskan tentang azas Doppler, fenomena dawai dan pipa organa. 3.10.3 Menjelaskan tentang intensitas cahaya dan spectrum cahaya. 4.10 4.10.1 Melakukan percobaan interferensi dan difraksi cahaya. 4.10.2 Mempresentasikan hasil percobaan interferensi dan difraksi cahaya.



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik Materi Pembelajaran 1.



GELOMBANG BUNYI



A) SIFAT DASAR GELOMBANG BUNYI 1. Bunyi dapat kita dengar karena adanya sumber bunyi yang berupa benda bergetar melakukan perambatan ke segala arah. 2. Gelombang bunyi adalah gelombang mekanik yang berbentuk gelombang longitudinal 3. Gelombang bunyi dapat bergerak melalui zat padat, zat cair, dan gas, tetapi tidak bisa melalui vakum (ruang hampa udara) 4. Tinggi-rendahnya bunyi ditentukan oleh frekuensinya sedangkan kuatlemahnya bunyi ditentukan oleh amplitudonya B.



CEPAT RAMBAT BUNYI Cepat rambat bunyi adalah hasil bagi antara jarak tempuh bunyi dengan selang waktu tempuhnya. ν=



S = jarak yang ditempuh bunyi (m)



S t



t = waktu tempuh bunyi (s) v = cepat rambat bunyi (m/s) 1.



Cepat rambat bunyi dalam zat padat Cepat rambat bunyi dalam zat padat ditentukan oleh interaksi antar molekul – molekul zat padat dan sifat inersia medium. Interaksi antar molekul zat padat dinyatakan dengan modulus Young (E) . 2



E = modulus Young ( N/m )



ν=



√



E ρ



 = massa jenis zat padat ( kg/m3 )



2.



Cepat rambat bunyi dalam zat cair Untuk medium berupa zat cair modulus Young (E) diganti dengan modulus Bulk (B)



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik B = modulus Bulk ( N/m2 )



ν=



 = massa jenis zat cair ( kg/m ) 3



3.



√



B ρ



Cepat rambat bunyi dalam gas Cepat rambat bunyi di dalam tabung yang berisi gas, modulus gas adalah B = p, maka :



ν=



B γp = ρ ρ



√ √



Karena:



√



ν= γ



ρ=



p .Mr RT , Sehingga :



ν=



B γP p = = γ ρ ρ P . Mr RT



√ √



√



RT Mr



R = tetapan umum gas = 8,314 J/mol.K M = massa molekul relatif T = suhu ( K )  = konstanta Laplache 4.



Cepat rambat transversal pada dawai Cepat rambat bunyi pada dawai pertama kali ditemukan oleh Melde. Untuk menentukan kecepatan perambatan gelombang pada dawai, Melde melakukan percobaan dengan menggunakan sonometer.



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik Dari hasil percobaan, Melde mendapat suatu kesimpulan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai dirumuskan:



ν=



√



F μ



ν=



√



Fl m



ν=



√



F ρA



Keterangan : F = Tegangan dawai (N)  = massa per satuan panjang dawai (kg/m) l = Panjang dawai (m) m = massa dawai (kg) mb = massa beban (kg)  = massa jenis bahan dawai (kg/m3) Jadi, Cepat ambat gelombang dalam dawai adalah sebanding dengan akar kuadrat gaya tegangan dawai (



√F



1 panjang dawai ( √ μ ) C.



) dan berbanding terbalikdengan akar kuadrat massa per



INTENSITAS GELOMBANG BUNYI (I) Intensitas bunyi adalah daya gelombang bunyi yang dipindahkan melalui bidang seluas satu satuan yang tegak lurus terhadap arah cepat rambat gelombang. Keterangan : I = intensitas gelombang bunyi (W/m2)



I=



P A



P = daya gelombang bunyi ( ) A = luas penampang (m2) Karena muka gelombang berbentuk bola, maka intensitas gelombang pada bidang permukaan bola dengan jari – jari R adalah : P P I= = A 4 πR2



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik







Perbandingan intensitas bunyi dari jarak R1 dan R2



adalah :



Sumber bunyi



R1 R2



Semakin jauh dari sumber bunyi, maka semakin besar luas muka gelombang bola sehingga intensitas bunyi semakin kecil. Pengurangan intensitas bunyi akibat pertambahan jarak dari sumber bunyi sesuai dengan hubungan berikut :



I1 : I 2=



P P 1 1 : = : 4 πR 2 4 πR 2 R 2 R 2 1



I1 I2 



2



R    2   R1 



1



2



2



Intensitas total dari n buah sumber bunyi yang identik adalah :



Itot = I1 + I2 + I3 + .... + In = n.I



Keterangan : n = jumlah sumber bunyi I = intensitas sebuah sumber bunyi ( w/m2)



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik D. 



TARAF INTENSITAS BUNYI Intensitas ambang pendengaran adalah intensitas bunyi terkecil yang masih dapat didengar oleh telinga manusia ( I0 = 10-12 W/m2 )







Intensitas ambang perasaan adalah intensitas bunyi terbesar yang masih dapat didengar oleh telinga manusia tanpa rasa sakit ( 1 W/m2 ) .



I I  Hubungan antara I dan TI dinyatakan dengan persamaan : TI = 10 log 0 Keterangan :



TI = taraf intensitas ( desibel = dB ) I0 = intensitas ambang pendengaran I0 = 10-12 W/m2 I = intensitas bunyi ( W/m2 ) 



Taraf intensitas oleh n sumber bunyi yang memiliki inetensitas sama Misalkan sebuah sumber bunyi memberikan intensitas I1 = I dengan taraf intensitas TI1. Jika ada n sumber bunyi identik, maka intensitasnya menjadi In = nI dengan taraf intensitas TIn. I I0



I1 I 0 = 10 log



TI1 = 10 log



n. I I0



In I 0 = 10 log



TIn = 10 log



TIn - TI1 = 10 log



= 10



(



log



log



= 10



n. I I0



 10 log



nI I −log I0 I0



I I0



)



nI I : I 0 I0



( )



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik



log



= 10



(



nI I 0 × I0 I



)



TIn = TI1 + 10 log n



Keterangan : n = jumlah sumber bunyi 



Apabila pada jarak R1 dari suatu sumber bunyi taraf intensitasnya TI1, maka pada jarak R2 taraf intensitasnya menjadi : I1



TI1 = 10 log



I0 I2



TI2 = 10 log



I0 I2



TI2 - TI1 =10 log



TI2 - TI1 =10



(



10 log



log



I2 I −log 1 I0 I0



log



( )



log



(



= 10



= 10



I0



)



I2 I1 : I0 I0



I2 I0 × I0 I1



)



I2 I1



log



()



log



R1 R2



= 10



= 10



I0



I1



2



( )



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik



log



= 20



TI2



R1 R2



( )



= TI1 + 20



TI2 = TI1 + 20 log



R log 1 R2



( )



R1 R2



2.



EFEK DOPPLER Jika kita berdiri di pinggir jalan raya mengamati kendaraan yang lalu lalang, frekuensi bunyi klakson sebuah mobil yang dihidupkan akan terdengar lebih tinggi saat mendekati kita dan akan terdengar melemah saat menjauhi kita. Peristiwa ini disebut Efek Doppler. Secara umum persamaan efek Doppler ditulis : f p=



v±v p f v±v s s



Keterangan : fp = frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar (Hz) fs = frekuensi dari sumber bunyi (Hz) v = cepat rambat bunyi di udara (m/s) vp = kecepatan gerak pendengar (m/s) vs = kecepatan gerak sumber bunyi (m/s) Perjanjian tanda untuk vp dan vs : Bila pendengar (P) diam  vP = 0 Bila sumber bunyi (S) diam  vS = 0 Bila pendengar (P) mendekati sumber bunyi  vp = (+) Bila pendengar (P) menjauhi sumber bunyi  vp = (-) Bila sumber (S) mendekati pendengar  vs = (-) Bila sumber (S) menjauhi pendengar  vs = (+)



1. 2. 3. 4. 5. 6. 



Apabila angin berhembus dengan kecepatan va, maka :



a.



Untuk angin yang berhembus dari S ke P (searah dengan sumber bunyi ), maka cepat rambat gelombang menjadi



v '=v+v a



sehingga



rumus Efek Doppler menjadi : f p=



v '±v p f v '±v s s



f p=



(v +v a )±v p (v +v a )±v s



fs



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik b.



Untuk angin yang berhembus dari P ke S (berlawanan dengan sumber bunyi) maka cepat rambat gelombang menjadi



v '=v−v a



sehingga



rumus Efek Doppler menjadi : f p=



2.



v '±v p v '±v s



fs



f p=



(v−v a )±v p (v−v a )±v s



fs



GELOMBANG CAHAYA 1) Interferensi Celah Ganda (Interferensi Young) a.



Interferensi maksimum (garis terang) d sin  =m, m = 0, 1, 2, 3, .... dp =mλ L ,



b.



m = 0, 1, 2, 3, ...



1 (m− )λ 2 d sin  = dp 1 =(m− ) λ L 2



Interferensi minimum (garis gelap)



m = 1, 2, 3, ....



m = 1, 2, 3, ....



Keterangan : d = jarak 2 celah P = jarak pola terang atau gelap dari terang pusat L = jarak layar ke celah  = panjang gelombang, dengan satuan 5



2) DIFRAKSI CAHAYA 1.



Difraksi Celah Tunggal (Difraksi Fraunhofer)



a.



Garis gelap ke – m d sin m = m , m = 1,2,3 ....



d



p L



= m, m = 1,2,3 ....



Gelombang Bunyi dan Cahaya d Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



4



d



1 3 d 2 2 1 1 d 2 d sin  2



P 37



Lembar Kerja Peserta Didik b.



Garis terang ke – m 1 (m− )λ 2 d sin m = m = 1, 2, 3, ....



d



p 1 (m− )λ L = 2 , m = 1, 2, 3, ....



2.



Difraksi pada kisi



Tetapan kisi :



d =



1 N



d = tetapan kisi atau jarak antar celah N = banyaknya garis persatuan panjang Misalkan : Kisi terdiri dari 5000 garis/ cm,



maka d = 



1 N



=



1 cm 5000 = 2 x 10-4 cm d Sin  = m , m = 0, 1, 2, 3, ....



Pola difraksi maksimum /garis terang



d sin  = (2m 1 ) ½ , m = 1, 2, 3, ....







Pola difraksi minimum /garis gelap d sin  =



1 (m− λ ) 2 , m = 1, 2,



3) Daya Urai Alat Optik karena Difraksi Alat – alat optik seperti : lup, mikroskop dan teropong memiliki kemampuan untuk memperbesar bayangan benda, tetapi perbesaran bayangan benda yang dihasilkan terbatas. Hal ini karena kemampuan perbesaran alat - alat optik itu selain dibatasi oleh daya urai lensa juga dibatasi oleh pola difraksi.







Batas sudut resolusi (sudut resolusi minimum) adalah ukuran sudut pemisahan agar dua benda titik masih dapat dipisahkan. Pola difraksi



Sumber



m



dm



D Gelombang Bunyi dan Cahaya cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI L



37



Lembar Kerja Peserta Didik



Untuk m yang sangat kecil, sin m  tan m  m maka :



Sin m = 1,22







λ D



m = 1,22



λ D



Batas resolusi (daya urai) alat optik adalah jarak pisah terpendek dari 2 benda titik dimana bayangan yang dihasilkannya masih dapat ditampilkan sebagai 2 titik terpisah. Dari gambar di atas :



sin m  tan m 



dm L



maka :



 D



L D



Keterangan : D = diamater lubang atau diamater bukaan alat optik (m) L = jarak benda dari lensa (m)  = panjang gelombang(m) dm= Daya urai alat optik = jarak sumber cahaya (m) m = Sudut resolusi minimum (rad) 1,22 = tetapan Airy 4) POLARISASI CAHAYA Adalah peristiwa terserapnya sebagian arah getar gelombang sehingga gelombang hanya memiliki satu arah getar. Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal saja. Celah



Gelombang Bunyi dan Cahaya Gel. terpolarisasi Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik







Gelombang tidak terpolarisasi adalah gelombang dengan berbagai arah getar.







Gelombang terpolarisasi adalah gelombang yang hanya memiliki satu arah getar saja. Gelombang terpolarisasi ada 2 yaitu :



a. Gelombang terpolarisasi sebagian , adalah gelombang yang sebagian arah getarnya terserap. b. Gelombang terpolarisasi linier, adalah gelombang yang diteruskan hanya memliki satu arah getar saja. Ada 3 cara untuk memperoleh gelombang terpolarisasi dari gelombang tak terpolarisasi : 1. 2. 3. 1.



penyerapan selektif pemantulan dan pembiasan hamburan Penyerapan Selektif Diperoleh dengan cara memasang 2 buah polaroid yaitu polarisator dan analisator.  



Polarisator (pengkutub) berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolasisasi dari cahaya tak terpolarisasi anasliator (penganalisa) berfungsi untuk mengurangi intensitas cahaya terpolarisasi dan mengubah arah polarisasi.



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik Jika intensitas cahaya tak terpolarisasi I0 maka :



1 I0 2 I = 1 Intensitas cahaya yang keluar dari polarisator ideal adalah :



 



Intensitas cahaya yang keluar dari analisator adalah : I2 = I1 cos2



1 I 0 cos 2  2



Hukum Malus



Keterangan :  = sudut antara polaristor dan analisator I0 = intensitas cahaya awal sebelum masuk



polarisator



I1 = intensitas cahaya yang keluar dari polarisator I2 = intensitas cahaya yangkeluar analisator 2.



Pemantulan dan Pembiasan



Cahaya tak terpolarisasi



Cahaya terpolarisasi linier



ip



n1



ip



n2 r Cahaya terpolarisasi sebagian



Pada gambar bahwa sinar yang datang pada bidang batas sebagian dipantulkan dan sebagian dibiaskan. Sesuai dengan hukum Snellius :



sin i p sin r



=



n2 n1



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik sin i p



r = 900 – ip  sin r = sin (900– ip) = cos ip maka : cos i p



n2 n1



=



n2 n1 



tan i p =



n2 n1



Hukum Brewster



ip = sudut polarisasi atau sudut Brewster



5) DISPERSI CAHAYA Dispersi adalah peruraian cahaya polikromatik menjadi komponen – komponen warnanya. 



Cahaya Polikromatik adalah cahaya yang dapat diuraikan menjadi komponen – komponen warnanya. Contoh : cahaya putih







Cahaya Monokromatik adalah cahaya yang tidak dapat diuraikan menjadi komponen–komponen warnanya. Contoh : cahaya Me, Ji, Ku, Hi, Bi, Ni, U



a) Pembiasan Cahaya pada Prisma 1. Sudut Deviasi Adalah sudut apit yang dibentuk oleh perpanjangan sinar datang mulamula dengan sinar bias yang keluar dari prisma. Keterangan : i1 = sudut datang pertama



N2 N1



r1 = sudut bias pertama



i1



r1



r2



i2



i2 = sudut datang kedua r2 = sudut biasa kedua  = sudut pembias prisma  = sudut deviasi N1 = garis normal bidang pembias pertama



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



37



Lembar Kerja Peserta Didik N2 = garis normal bidang pembias kedua Dan



= r1 + i2



2.



 = i1 + r2 - 



Sudut Deviasi Minimum Sudut deviasi minimum tercapai jika :



(1) (2)



i1 = r2 atau r1 = i2 cahaya memotong prisma menjadi segitiga sama kaki. m = 2i1 -  atau



i 1=



δ m+ β 2



r1=



Karena  = r1 + i2 



β 2



Menurut Snellius :



sin i1 sin r 1



=



n2 n1



=



np nu



δm + β n 2 = p nu β sin 2 sin



[



]



( )



a.



untuk sudut pembias besar (>150), sudut deviasi minimun prisma dihitung dengan persamaan :



sin



(



δ m+ β 2



β 2



) () =n p



Jika mediumnya bukan udara maka :



sin



Gelombang Bunyi dan Cahaya Untuk SMA / MA IPA Kelas XI



(



δ m+ β n = p 2 nme



)



d



( β2 )



37



Lembar Kerja Peserta Didik b.



Untuk sudut pembias kecil (