Pengantar

Superposisi… interferensi… duh, istilahnya makin aneh saja  interferensi tuh nama salah satu klub bola. Kalo superposisi tuh sejenis buah2an… ueeeennaaaak sekaliiii. he2… cuma canda. Sebelum membahas istilah aneh ini, gurumuda ingin mengajak dirimu melakukan percobaan besar2an. Di sekitar tempatmu ada kolam-kah ? terserah mau kolam renang, kolam ikan lele jumbo, kolam ikan asin atau kolam ikan tidak asin kalo tidak ada kolam, cari saja genangan air. Sediakan juga dua batu yang ukurannya kecil atau kalo di tempatmu tidak ada batu, sediakan saja dua kelereng yang ukurannya kecil

Nah, sekarang percobaan besar2an segera dimulai. Jatuhkan dua batu atau dua kelereng tersebut ke dalam kolam atau genangan air. Btw, masing-masing batu atau kelereng dijatuhkan di tempat yang berbeda, jangan dijatuhkan di tempat yang sama. Setelah batu atau kelereng dijatuhkan ke dalam kolam atau genangan air maka akan timbul dua gelombang air yang berbentuk lingkaran. Seiring berlalunya waktu, gelombang air tersebut mulai merambat keluar dari pusat lingkaran. Kalo dirimu perhatikan secara saksama, dirimu akan menemukan bahwa ketika puncak dari dua gelombang air bertemu, maka perpaduan dari dua puncak gelombang tersebut memiliki amplitudo yang lebih besar dibandingkan dengan amplitudo masing-masing gelombang ketika terpisah. Hal yang sama terjadi ketika dua lembah gelombang bertemu. Sebaliknya, apabila puncak gelombang bertemu dengan lembah gelombang maka keduanya akan saling melenyapkan. Dalam hal ini, permukaan air menjadi rata alias tidak bergelombang. Sebaiknya dirimu melakukan percobaan terlebih dahulu sehingga lebih nyambung dengan penjelasan gurumuda.

Untuk membantumu lebih memahami penjelasan gurumuda, tataplah gambar di bawah dengan penuh kelembutan. Gambar di bawah mewakili dua puncak gelombang yang saling mendekati (gambar atas), bertemu (gambar tengah) dan saling menjahui (gambar bawah). Bagian gelombang yang lain diabaikan…

Ketika kedua puncak gelombang bertemu, perpaduan dari dua puncak gelombang (gambar tengah) memiliki amplitudo yang lebih besar dibandingkan dengan amplitudo dari masing-masing puncak gelombang ketika terpisah (gambar atas dan gambar bawah).

Gambar di bawah mewakili dua lembah gelombang yang saling mendekati (gambar atas), bertemu (gambar tengah) dan saling menjahui (gambar bawah). Bagian gelombang yang lain diabaikan…

Ketika kedua lembah gelombang bertemu, perpaduan dari dua lembah gelombang (gambar tengah) memiliki amplitudo yang lebih besar dibandingkan dengan amplitudo dari masing-masing lembah gelombang ketika terpisah (gambar atas dan gambar bawah).

Gambar di bawah mewakili puncak gelombang dan lembah gelombang yang saling mendekati (gambar atas), bertemu (gambar tengah) dan saling menjahui (gambar bawah). Bagian gelombang yang lain diabaikan…

Ketika puncak gelombang dan lembah gelombang bertemu, keduanya saling melenyapkan. Dalam hal ini, medium yang dilalui menjadi rata alias tidak bergelombang (gambar tengah).

Prinsip Superposisi

Dari penjelasan sebelumnya bisa dikatakan bahwa amplitudo alias simpangan dari perpaduan dua puncak gelombang atau perpaduan dua lembah gelombang atau perpaduan satu puncak dan satu lembah gelombang sama dengan penjumlahan aljabar dari amplitudo masing-masing puncak gelombang atau lembah gelombang secara terpisah (puncak gelombang dianggap positif sedangkan lembah gelombang dianggap negatif). Hal ini dikenal dengan julukan prinsip superposisi.

Prinsip superposisi juga bisa dijelaskan dengan cara yang berbeda. Untuk mempermudah pemahamanmu, saya menggunakan contoh gelombang transversal yang merambat melalui tali. Kita andaikan dua puncak gelombang transversal saling mendekati, sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah. Perhatikan bahwa ketika kedua puncak gelombang merambat sepanjang tali, setiap titik atau setiap bagian tali yang dilaluinya mengalami perpindahan pada arah vertikal. Nah, apabila kedua puncak gelombang bertemu dan bertumpang tindih, maka perpindahan total yang dialami oleh bagian tali yang dilalui kedua puncak gelombang bisa diketahui dengan menjumlahkan perpindahan yang dialami oleh bagian tali tersebut seandainya hanya puncak gelombang pertama saja yang melaluinya dan perpindahan yang dialami oleh bagian tali tersebut seandainya hanya puncak gelombang kedua saja yang melaluinya. Kalimat yang dicetak miring merupakan prinsip superposisi. Amati gambar di bawah…

Perpindahan merupakan besaran vektor sehingga penjumlahannya dilakukan secara vektor. Dalam hal ini kita juga perlu memperhatikan arah perpindahan. Perpindahan yang terjadi di sebelah atas posisi keseimbangan (posisi keseimbangan bisa dianggap sebagai sumbu x) bernilai positif, sedangkan perpindahan yang terjadi di sebelah bawah posisi keseimbangan bernilai negatif.

Interferensi

Sebelumnya sudah dijelaskan mengenai prinsip superposisi, kali ini kita berkenalan dengan interferensi. Interferensi sebenarnya istilah yang digunakan untuk menjelaskan apa yang terjadi ketika dua atau lebih gelombang saling bertumpang tindih. Kita juga bisa mengatakan bahwa interferensi merupakan superposisi dari dua atau lebih gelombang.

Sesuai dengan penjelasannya sebelumnya, jika dua atau lebih puncak gelombang saling mendekati dan bertumpang dindih maka amplitudo total dari perpaduan dua atau lebih puncak gelombang tersebut menjadi lebih besar, dibandingkan dengan amplitudo masing-masing puncak gelombang. Hal yang sama terjadi ketika dua lembah gelombang saling mendekati dan bertumpang tindih…. Nah, peristiwa seperti ini dikenal dengan julukan interferensi konstruktif. Konstruktif artinya bersifat membangun… perhatikan gambar di bawah.

Selain interferensi konstruktif, ada juga interferensi destruktif. Destruktif artinya bersifat menghancurkan atau merusak. Interferensi destruktif terjadi ketika amplitudo alias simpangan total dari perpaduan dua atau lebih gelombang menjadi lebih kecil, dibandingkan dengan amplitudo masing-masing gelombang tersebut. Interferensi destruktif juga bisa terjadi ketika amplitudo total dari perpaduan dua atau lebih gelombang sama dengan nol. Dalam hal ini gelombang total tidak punya amplitudo (bisa terjadi ketika puncak gelombang dan lembah gelombang memiliki amplitudo yang sama). Tataplah gambar di bawah…

Gambar di bawah menunjukkan peristiwa interferensi konstruktif yang terjadi ketika dua gelombang saling bertumpeng tindih alias bersuperposisi. Kedua gelombang yang bersuperposisi memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama. Kedua gelombang juga memiliki fase yang sama. Gelombang total alias gelombang resultan (A + B) yang dihasilkan memiliki amplitudo sebesar 2x amplitudo masing-masing gelombang yang bersuperposisi, sedangkan frekuensi dan fasenya sama dengan kedua gelombang yang bersuperposisi (A dan B).

Gambar di bawah menunjukkan peristiwa interferensi konstruktif sebagian yang terjadi ketika dua gelombang saling bersuperposisi. Kedua gelombang yang saling bersuperposisi memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama, btw kedua gelombang tidak memiliki fase yang sama. Karena fasenyanya berbeda maka gelombang total alias gelombang resultan (A + B) yang dihasilkan memiliki amplitudo hampir dua kali amplitudo masing-masing gelombang yang bersuperposisi. Frekuensi gelombang total sama dengan frekuensi kedua gelombang yang bersuperposisi.

Gambar di bawah menunjukkan peristiwa interferensi destruktif yang terjadi ketika dua gelombang saling bertumpeng tindih Kedua gelombang yang bersuperposisi memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama. Kedua gelombang tidak memiliki fase yang sama (berbeda fase sebesar 180^o). Kedua gelombang saling melenyapkan…

Gambar di bawah menunjukkan peristiwa interferensi destruktif sebagian yang terjadi ketika dua gelombang saling bertumpeng tindih   Kedua gelombang yang bersuperposisi memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama. Kedua gelombang tidak memiliki fase yang sama (berbeda fase hampir sebesar 180^o). Amplitudo gelombang total yang dihasilkan hampir nol. Frekuensi gelombang total sama dengan frekuensi kedua gelombang yang bersuperposisi.

Agar semakin jelas, amati saja gambar di bawah…

Perhatikan bahwa dalam contoh di atas, gelombang-gelombang yang bersuperposisi merupakan gelombang harmonik sederhana yang memiliki frekuensi dan kelajuan yang sama. Kok kelajuannya bisa sama ? tau dari manakah ? Gelombang-gelombang tersebut bisa bersuperposisi jika mereka melewati medium yang sama pada waktu yang sama. Nah, kelajuan gelombang (maksudnya gelombang mekanik) ditentukan oleh medium yang dilaluinya. Karena medium yang dilaluinya sama maka kelajuan gelombang sendirinya pasti sama. Kok frekuensi dari gelombang harmonik yang saling tumpeng tindih juga sama ? tahu dari manakah ? guampang gan… ingat saja hubungan antara kelajuan, frekuensi dan panjang gelombang yang dinyatakan dalam persamaan alias rumus v = (f)(lambda). Karena laju (v) kedua gelombang yang bersuperposisi sama, demikian juga panjang gelombang (lambda) kedua gelombang yang bersuperposisi sama maka frekuensinya tentu saja sama. Gitu gan…

Dari contoh di atas tampak bahwa gelombang total alias gelombang resultan yang dihasilkan oleh superposisi dua (atau lebih) gelombang harmonik sederhana, masih berupa gelombang harmonik sederhana. Gelombang total yang dihasilkan masih berupa gelombang harmonik sederhana karena setiap gelombang harmonik sederhana yang bersuperposisi memiliki frekuensi yang sama. Apabila setiap gelombang hrmonik sederhana yang bersuperposisi memiliki frekuensi yang berbeda maka gelombang total alias gelombang resultan yang dihasilkan tidak lagi berupa gelombang harmonik sederhana tetapi berubah menjadi gelombang kompleks. Mengenai gelombang kompleks akan dibahas dalam episode berikutnya…

Sumber animasi

Referensi :

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I  (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.