Fizik notesnota, bab 5

Gelombang

Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Fizik Tingkatan 4 Kurikulum Standard Sekolah Menengah (KSSM), pageshalaman 170–229

What this chapter coversMatlamat bab ini

Saya boleh menerangkan bagaimana gelombang terhasil dan bahawa gelombang memindahkan tenaga tanpa memindahkan jirim (5.1.1)
Saya boleh mengelaskan gelombang kepada gelombang progresif dan gelombang pegun, serta gelombang mekanik dan gelombang elektromagnet (5.1.2)
Saya boleh membandingkan gelombang melintang dengan gelombang membujur (5.1.3)
Saya boleh mendefinisikan amplitud, tempoh, frekuensi, panjang gelombang dan laju gelombang, serta menggunakan v = fλ (5.1.4)
Saya boleh melakar dan mentafsir graf sesaran melawan masa dan graf sesaran melawan jarak (5.1.5)
Saya boleh menentukan panjang gelombang, frekuensi dan laju gelombang menggunakan tangki riak (5.1.6)
Saya boleh menerangkan pelembapan dan resonans serta kesan resonans dalam kehidupan (5.2.1, 5.2.2)
Saya boleh menerangkan pantulan gelombang, melukis rajah pantulan, dan menyelesaikan masalah gema (5.3.1, 5.3.2, 5.3.3, 5.3.4)
Saya boleh menerangkan pembiasan gelombang, melukis rajah pembiasan dan menggunakan v₁/λ₁ = v₂/λ₂ (5.4.1, 5.4.2, 5.4.3, 5.4.4)
Saya boleh menerangkan pembelauan gelombang dan kesan saiz celah dan panjang gelombang, serta melukis coraknya (5.5.1, 5.5.2, 5.5.3, 5.5.4)
Saya boleh menerangkan superposisi dan interferens, melukis corak interferens dan menggunakan λ = ax/D (5.6.1, 5.6.2, 5.6.3, 5.6.4, 5.6.5)
Saya boleh menyatakan ciri, susunan dan kegunaan gelombang elektromagnet dalam spektrum elektromagnet (5.7.1, 5.7.2, 5.7.3)

5.1Asas gelombang

Gelombang — dihasilkan apabila suatu sistem berayun atau bergetar di dalam suatu medium. Perambatan gelombang memindahkan tenaga dari satu tempat ke tempat lain tanpa memindahkan jirim medium. (5.1.1)

Ayunan ladung besi di atas permukaan air menghasilkan gelombang air. Getaran tala bunyi dalam udara menghasilkan gelombang bunyi. Getaran dan ayunan ialah gerakan ulang-alik pada kedudukan keseimbangan mengikut satu lintasan yang tertutup.

Ikat reben pada spring slinki dan gerakkan satu hujung dari sisi ke sisi. Tenaga merambat sepanjang spring dan sampai ke tangan murid di hujung yang satu lagi, tetapi reben hanya bergetar di sekitar satu kedudukan yang tetap. Reben tidak bergerak mengikut arah tenaga dipindahkan.

Cara mengelaskan gelombang

Dikelaskan mengikut	Jenis	Ciri utama
Perambatan profil gelombang	Gelombang progresif	Profil gelombang merambat dengan masa mengikut arah perambatan (riak air daripada getaran seekor anak itik).
	Gelombang pegun	Profil gelombang tidak merambat dengan masa (tali gitar yang dipetik). Terhasil apabila dua gelombang progresif yang serupa dan bergerak dalam arah bertentangan bertembung.
Keperluan medium	Gelombang mekanik	Memerlukan medium; terdiri daripada getaran zarah-zarah medium. Contoh: gelombang air, gelombang bunyi dan gelombang seismik.
	Gelombang elektromagnet	Tidak memerlukan medium; terdiri daripada ayunan medan elektrik dan medan magnet yang berserenjang antara satu sama lain. Contoh: gelombang radio, gelombang cahaya dan sinar gama.

Dalam gelombang pegun, zarah-zarah medium tetap bergetar. Yang tidak bergerak ialah profil gelombangnya.

Gelombang melintang dan gelombang membujur

Gelombang progresif ada dua jenis: gelombang melintang dan gelombang membujur. (5.1.3)

Gelombang melintang dengan puncak, lembangan dan panjang gelombang, dan gelombang membujur dengan mampatan, renggangan dan panjang gelombang — Gelombang melintang (atas) dan gelombang membujur (bawah).

	Gelombang melintang	Gelombang membujur
Arah getaran zarah	Berserenjang dengan arah perambatan gelombang	Selari dengan arah perambatan gelombang
Bentuk	Puncak dan lembangan yang berturutan	Mampatan dan renggangan yang berturutan
Contoh	Gelombang radio, gelombang cahaya, gelombang air	Gelombang bunyi

Gempa bumi menghasilkan gelombang-P dan gelombang-S. Gelombang-S ialah gelombang melintang dan gelombang-P ialah gelombang membujur. Kedua-duanya mempunyai laju yang berbeza, dan perbezaan masa ketibaan membantu menentukan pusat gempa bumi.

Seorang murid menggerakkan hujung spring slinki ke depan dan ke belakang. Apakah jenis gelombang yang terhasil dan bagaimanakah gelung spring bergetar?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Gelombang membujur. Gelung spring bergetar selari dengan arah perambatan gelombang, dan membentuk mampatan dan renggangan.

Ciri-ciri gelombang

Istilah	Definisi	Unit
Amplitud, A	Sesaran maksimum suatu zarah dari kedudukan keseimbangan	m atau cm
Tempoh, T	Masa yang diambil oleh suatu zarah untuk membuat satu ayunan lengkap, atau untuk menghasilkan satu gelombang oleh suatu sumber gelombang	s
Frekuensi, f	Bilangan ayunan lengkap yang dilakukan oleh suatu zarah, atau bilangan gelombang yang dihasilkan oleh suatu sumber gelombang, dalam satu saat	Hz
Panjang gelombang, λ	Jarak di antara dua titik sefasa yang berturutan (puncak ke puncak, mampatan ke mampatan)	m
Laju gelombang, v	Jarak yang dilalui sesaat oleh profil gelombang	m s⁻¹

Kedudukan keseimbangan ialah kedudukan asal zarah sebelum suatu sistem berayun. Sesaran ialah jarak suatu zarah dari kedudukan keseimbangan. Titik-titik yang sefasa mempunyai sesaran yang sama dan bergerak dalam arah yang sama.

v = fλ dan f = 1/T
Dalam masa satu tempoh, T, profil gelombang merambat melalui jarak satu panjang gelombang, λ. Maka v = λ/T = fλ. (5.1.4)

Contoh: gelombang pada tali

Satu gelombang pada tali mempunyai frekuensi 20 Hz dan panjang gelombang 15 cm.
T = 1 ÷ 20 = 0.05 s. v = fλ = 20 × 15 = 300 cm s⁻¹ (3.0 m s⁻¹).

Graf gelombang

Dua jenis graf boleh dilukis untuk perubahan sesaran zarah-zarah gelombang. Setiap graf memberi maklumat yang berbeza. (5.1.5)

Graf sesaran melawan masa dengan amplitud A dan tempoh T ditandakan

Graf sesaran melawan masa
Memberi amplitud, A dan tempoh, T (maka f = 1/T).

Graf sesaran melawan jarak dengan amplitud A dan panjang gelombang ditandakan

Graf sesaran melawan jarak
Memberi amplitud, A dan panjang gelombang, λ.

Untuk mencari laju gelombang, kamu memerlukan kedua-dua graf: λ daripada graf sesaran melawan jarak dan T daripada graf sesaran melawan masa. Kemudian v = λ/T = fλ.

Contoh: menggunakan kedua-dua graf

Graf sesaran melawan masa menunjukkan T = 0.4 s dan graf sesaran melawan jarak menunjukkan λ = 8 cm.
f = 1 ÷ 0.4 = 2.5 Hz. v = λ/T = 8 ÷ 0.4 = 20 cm s⁻¹.

Baca paksi dengan teliti. Jarak antara dua puncak pada graf sesaran melawan masa ialah tempoh (dalam s), bukan panjang gelombang.

Menentukan λ, f dan v menggunakan tangki riak

Tangki riak digunakan di makmal untuk mengkaji gelombang air. Ia terdiri daripada takung air (perspek atau kaca), penjana gelombang, penggetar, stroboskop digital xenon, cermin dan skrin kaca. Penggetar satah menghasilkan gelombang satah dan penggetar sfera menghasilkan gelombang membulat. Laraskan frekuensi stroboskop supaya imej pada skrin kelihatan pegun, kemudian ukur dengan pembaris jarak antara dua jalur cerah yang berturutan untuk mendapat λ. Laju gelombang dihitung daripada v = fλ. (5.1.6)

Suatu gelombang mempunyai tempoh 0.4 s. Berapakah frekuensinya? Jika panjang gelombangnya 0.6 m, berapakah lajunya?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

f = 1/T = 1 ÷ 0.4 = 2.5 Hz. v = fλ = 2.5 × 0.6 = 1.5 m s⁻¹.

5.2Pelembapan dan resonans

Sistem ayunan yang disesar dan kemudian dibiarkan berayun tanpa tindakan daya luar akan berayun dengan satu frekuensi tertentu yang dinamakan frekuensi asli.

Pelembapan — pengurangan amplitud suatu sistem ayunan akibat kehilangan tenaga. Semasa pelembapan, frekuensi ayunan kekal manakala amplitud berkurang dengan masa, dan akhirnya ayunan berhenti. (5.2.1)

Graf sesaran melawan masa bagi ayunan yang amplitudnya semakin kecil pada setiap kitar — Ayunan terlembap: A₁ > A₂ > A₃ > A₄.

Jenis pelembapan	Tenaga hilang kerana
Pelembapan luaran	Sistem ayunan kehilangan tenaga bagi mengatasi daya geseran atau rintangan udara
Pelembapan dalaman	Sistem ayunan kehilangan tenaga kerana renggangan dan mampatan zarah-zarah yang bergetar dalam sistem itu

Ayunan bandul ringkas mengalami pelembapan luaran yang ketara tetapi pelembapan dalaman yang tidak ketara. Bagi getaran spring, kedua-dua pelembapan luaran dan dalaman berlaku dengan ketara.

Kesan pelembapan dapat diatasi dengan mengenakan daya luar berkala ke atas sistem yang sedang berayun. Daya berkala ialah daya yang bertindak pada selang masa tertentu, bukan secara berterusan. Daya ini memindahkan tenaga ke dalam sistem untuk menggantikan tenaga yang hilang. Sistem ini dikatakan melakukan ayunan paksa.

Resonans — berlaku apabila suatu sistem ayunan dikenakan daya luar yang mempunyai frekuensi yang sama dengan frekuensi asli sistem itu. Semasa resonans, sistem berayun dengan frekuensi aslinya dan dengan amplitud maksimum.

Kit tala bunyi: apabila tala bunyi P diketuk, tala bunyi Q yang berfrekuensi sama bergetar secara resonans dan mengeluarkan bunyi walaupun tidak diketuk. Tenaga dipindahkan daripada P kepada Q.
Bandul Barton: bandul C yang mempunyai panjang yang sama (frekuensi asli yang sama) dengan bandul pemacu X berayun dengan amplitud yang paling besar.

Kesan resonans dalam kehidupan

Kesan resonans	Contoh
Memudaratkan	Jambatan Gantung Tacoma Narrows di Washington runtuh pada tahun 1940 apabila tiupan angin kuat menyebabkan jambatan berayun secara resonans dengan amplitud yang besar. London Millennium Footbridge berayun di luar jangkaan apabila 2 000 orang pejalan kaki berjalan di atasnya pada tahun 2000.
Berguna	Penalaan peralatan muzik.

Resonans memerlukan frekuensi yang sama, bukan amplitud yang sama. Daya luar yang kuat tetapi berfrekuensi lain hanya menghasilkan ayunan yang kecil.

Mengapakah buaian yang dibiarkan akhirnya berhenti? Bagaimanakah buaian itu boleh kekal berayun?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Pelembapan: buaian kehilangan tenaga untuk mengatasi rintangan udara dan geseran, maka amplitudnya berkurang sehingga berhenti. Buaian boleh kekal berayun jika ditolak secara berkala pada frekuensi aslinya (daya luar berkala menggantikan tenaga yang hilang).

5.3Pantulan gelombang

Semua gelombang menunjukkan fenomena pantulan.

Muka gelombang — garis yang menyambungkan titik-titik sefasa dalam suatu gelombang. Titik-titik pada satu muka gelombang berada pada jarak yang sama dari sumber getaran dan mempunyai sesaran yang sama. Arah perambatan gelombang adalah serenjang dengan muka gelombang, dan jarak antara dua muka gelombang yang berturutan ialah satu panjang gelombang, λ. (5.3.1)

Dalam tangki riak, sinar cahaya yang melalui air membentuk jalur cerah dan jalur gelap pada skrin. Setiap jalur cerah mewakili satu muka gelombang, maka panjang gelombang ialah jarak antara dua jalur cerah yang berturutan.

Muka gelombang satah menuju pemantul satah lalu dipantulkan dengan sudut tuju dan sudut pantulan yang sama — Pantulan gelombang air satah: i = r.

Ciri gelombang	Selepas pantulan
Sudut tuju dan sudut pantulan	Sudut tuju = sudut pantulan
Panjang gelombang	Tidak berubah
Frekuensi	Tidak berubah
Laju gelombang	Tidak berubah
Arah perambatan	Berubah (sudut tuju sama dengan sudut pantulan)

Pantulan hanya mengubah arah gelombang. Ciri-ciri lain tidak berubah.

Melukis rajah pantulan gelombang air

Lukis anak panah serenjang dengan muka gelombang tuju untuk mewakili arah perambatan gelombang tuju.
Lukis garis normal yang serenjang dengan pemantul satah pada titik tuju.
Lukis anak panah gelombang pantulan dengan sudut pantulan sama dengan sudut tuju.
Lukis garis-garis serenjang dengan anak panah pantulan sebagai muka gelombang pantulan. Panjang gelombang pantulan sama dengan panjang gelombang tuju. (5.3.2)

Aplikasi pantulan gelombang

Gelombang ultrasonik yang dipantulkan oleh organ dalaman atau fetus memudahkan pemeriksaan perubatan.
Gelombang radio dari satelit komunikasi dipantulkan oleh antena parabola ke hon suapan.
SONAR: transduser memancarkan gelombang ke dalam air dan gelombang itu dipantulkan oleh ikan kembali ke transduser, untuk mengesan kawasan yang banyak ikan.
Corak pantulan gelombang bunyi daripada batu-batuan yang berbeza membolehkan lokasi, kedalaman dan struktur permukaan dasar laut dikenal pasti. (5.3.3)

Contoh: kedalaman laut

Gelombang ultrasonik berfrekuensi 25 kHz dipancar dari sebuah kapal ke dasar laut. Lajunya dalam air laut ialah 1 500 m s⁻¹ dan sela masa antara penghantaran dengan penerimaan semula ialah 120 ms. Tentukan kedalaman laut dan panjang gelombang ultrasonik itu.
Gelombang bergerak ke dasar dan kembali, maka jarak dilalui = 2d = vt.
d = vt ÷ 2 = 1 500 × (120 × 10⁻³) ÷ 2 = 90 m.
v = fλ, maka λ = 1 500 ÷ (25 × 10³) = 0.06 m. (5.3.4)

Gema menempuh jarak dua kali kedalaman (pergi dan balik). Jangan lupa membahagi dua.

Kapal menghantar denyut ultrasonik dan menerima gema 0.06 s kemudian. Laju gelombang ultrasonik dalam air laut ialah 1 500 m s⁻¹. Berapakah kedalaman laut?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

2d = vt = 1 500 × 0.06 = 90 m, maka d = 45 m.

5.4Pembiasan gelombang

Pembiasan gelombang — perubahan arah perambatan gelombang yang disebabkan oleh perubahan laju gelombang apabila gelombang itu merambat dari satu medium ke medium yang lain. (5.4.1)

Laju gelombang air dipengaruhi oleh kedalaman air, laju gelombang bunyi dipengaruhi oleh ketumpatan udara, dan laju gelombang cahaya dipengaruhi oleh ketumpatan optik medium.

Gelombang air satah merentasi dari air dalam ke air cetek: muka gelombang lebih rapat dan dibias mendekati garis normal — Air dalam ke air cetek: laju dan panjang gelombang berkurang, gelombang dibias mendekati garis normal.

Ciri gelombang	Air dalam ke air cetek	Air cetek ke air dalam
Sudut tuju dan sudut biasan	Sudut tuju > sudut biasan	Sudut tuju < sudut biasan
Panjang gelombang	Berkurang	Bertambah
Frekuensi	Tidak berubah	Tidak berubah
Laju gelombang	Berkurang	Bertambah
Arah perambatan	Dibias mendekati garis normal	Dibias menjauhi garis normal

Frekuensi tidak berubah kerana frekuensi ditentukan oleh frekuensi getaran di sumber gelombang.

Melukis rajah pembiasan gelombang air satah

Lukis anak panah serenjang dengan muka gelombang tuju untuk mewakili arah perambatan gelombang tuju.
Lukis garis normal yang serenjang dengan sempadan kawasan dalam dan kawasan cetek pada titik tuju.
Lukis anak panah gelombang biasan. Daripada kawasan dalam ke kawasan cetek, anak panah ini lebih mendekati garis normal berbanding anak panah gelombang tuju. (Daripada kawasan cetek ke kawasan dalam, ia menjauhi garis normal.)
Lukis garis-garis serenjang dengan anak panah biasan sebagai muka gelombang biasan. Garis-garis ini lebih rapat antara satu sama lain di kawasan cetek berbanding muka gelombang tuju. (5.4.2)

Pembiasan gelombang dalam kehidupan

Bunyi pada waktu siang: udara dekat permukaan Bumi lebih panas daripada udara di atas. Bunyi bergerak lebih laju dalam udara panas, maka gelombang bunyi dibiaskan menjauhi permukaan Bumi dan pemerhati mendengar bunyi yang lebih lemah.
Bunyi pada waktu malam: udara dekat permukaan Bumi lebih sejuk, maka gelombang bunyi dibiaskan mendekati permukaan Bumi dan pemerhati mendengar bunyi yang lebih kuat.
Gelombang laut di pantai: tanjung ialah kawasan air cetek dan teluk ialah kawasan air dalam. Gelombang di tanjung lebih perlahan dengan panjang gelombang lebih kecil, manakala di teluk lebih laju dengan panjang gelombang lebih besar. Muka gelombang membengkok mengikut bentuk tepi pantai. Tenaga ditumpukan di tanjung (amplitud ombak lebih tinggi) dan disebarkan di teluk (amplitud lebih rendah dan air lebih tenang). (5.4.3)

Menyelesaikan masalah pembiasan

Frekuensi tidak berubah, maka v₁ = fλ₁ dan v₂ = fλ₂. Dengan membahagi kedua-duanya:

v₁/λ₁ = v₂/λ₂ (kerana v/λ = f sama di kedua-dua kawasan)

Contoh 1: dari kawasan cetek ke kawasan dalam

Gelombang satah berpanjang gelombang 2 cm dan laju 8 cm s⁻¹ merambat merentasi kawasan cetek. Di kawasan dalam, lajunya ialah 12 cm s⁻¹. Tentukan panjang gelombang di kawasan dalam.
v₁/λ₁ = v₂/λ₂, maka 8/2 = 12/λ₂.
λ₂ = 12 × 2 ÷ 8 = 3 cm.

Contoh 2: frekuensi dan laju

Gelombang air berfrekuensi 10 Hz mempunyai panjang gelombang 3.0 cm di kawasan dalam dan 1.8 cm di kawasan cetek.
v dalam = fλ = 10 × 3.0 = 30 cm s⁻¹. v cetek = 10 × 1.8 = 18 cm s⁻¹. (5.4.4)

Gelombang air satah berfrekuensi 10.0 Hz bergerak di kawasan dalam pada laju 30 cm s⁻¹. Hitungkan panjang gelombangnya. Jika panjang gelombang di kawasan cetek ialah 1.5 cm, berapakah laju di kawasan cetek?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

λ = v ÷ f = 30 ÷ 10.0 = 3.0 cm. Laju di kawasan cetek: v = fλ = 10.0 × 1.5 = 15 cm s⁻¹.

5.5Pembelauan gelombang

Pembelauan gelombang — penyebaran gelombang apabila gelombang itu merambat melalui suatu celah atau tepi suatu penghalang. Pembelauan boleh berlaku kepada gelombang air, cahaya dan bunyi. (5.5.1)

Pada benteng di Marang, Terengganu, muka gelombang air laut berubah daripada muka gelombang satah kepada muka gelombang membulat selepas melalui celah pada benteng.

Ciri gelombang	Perubahan akibat pembelauan	Penjelasan
Panjang gelombang	Tiada perubahan	Laju gelombang tidak berubah
Frekuensi	Tiada perubahan	Tiada perubahan kepada frekuensi sumber
Laju	Tiada perubahan	Tiada perubahan medium sebelum dan selepas pembelauan
Amplitud	Berkurang	Tenaga gelombang tersebar meliputi kawasan yang lebih luas
Arah perambatan	Dari satu arah kepada banyak arah	Muka gelombang tersebar

Contoh pembelauan: gelombang bunyi tersebar mengelilingi penjuru bangunan (kita boleh mendengar tetapi tidak nampak sumbernya); cahaya melalui celah tunggal atau lubang jarum membentuk corak belauan pada skrin.

Faktor yang mempengaruhi pembelauan

Gelombang satah melalui celah lebar kurang tersebar, tetapi melalui celah sempit tersebar sebagai gelombang membulat — Semakin sempit celah (berbanding panjang gelombang), semakin ketara penyebaran gelombang.

Faktor	Keadaan	Penyebaran gelombang
Saiz celah (panjang gelombang tetap)	Celah lebar	Kurang ketara
Saiz celah (panjang gelombang tetap)	Celah sempit (hampir sama dengan panjang gelombang)	Lebih ketara
Panjang gelombang (saiz celah tetap)	Panjang gelombang pendek	Kurang ketara
Panjang gelombang (saiz celah tetap)	Panjang gelombang panjang	Lebih ketara

Cara melukis: muka gelombang tuju berupa garis lurus. Selepas celah sempit, lukis muka gelombang membulat yang berpusat pada celah. Selepas celah lebar, bahagian tengah kekal lurus dan hanya tepinya melengkung. Jarak antara muka gelombang (λ) tidak berubah. (5.5.2, 5.5.3)

Pembelauan dalam kehidupan harian

Gelombang air: pembelauan melalui celah pada benteng penahan menghasilkan kawasan air tenang yang sesuai untuk persinggahan kapal dan aktiviti rekreasi air (Pantai Kok, Langkawi).
Gelombang cahaya: hologram yang dihasilkan oleh kesan pembelauan cahaya digunakan sebagai tanda keselamatan pada kad bank.
Gelombang bunyi: gelombang infrasonik yang dihasilkan oleh gajah mempunyai panjang gelombang yang panjang, memudahkan komunikasi antara gajah pada jarak yang jauh. (5.5.4)

Pembelauan tidak mengubah panjang gelombang, frekuensi atau laju. Yang berubah ialah arah (muka gelombang tersebar) dan amplitud (berkurang).

Seorang budak yang berbaring di dalam bilik tidur tidak dapat melihat televisyen di ruang tamu tetapi dapat mendengar bunyinya. Terangkan mengapa.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Gelombang bunyi mempunyai panjang gelombang yang hampir sama dengan lebar pintu, maka gelombang bunyi terbelau di pintu dan tersebar ke dalam bilik. Cahaya mempunyai panjang gelombang yang jauh lebih kecil daripada lebar pintu, maka pembelauan cahaya tidak ketara.

5.6Interferens gelombang

Prinsip superposisi — apabila dua gelombang bersuperposisi (bertindih), sesaran paduan ialah hasil tambah sesaran individu bagi dua gelombang itu. (5.6.1)

Interferens gelombang — superposisi dua atau lebih gelombang daripada sumber gelombang yang koheren. Dua sumber koheren menghasilkan gelombang dengan frekuensi yang sama dan beza fasa yang tetap.

Superposisi dua denyut: dua puncak memberi sesaran 2A, dua lembangan memberi sesaran negatif 2A, satu puncak dan satu lembangan memberi sesaran sifar — Interferens membina (dua baris atas) dan interferens memusnah (baris bawah).

Jenis interferens	Berlaku apabila	Sesaran paduan
Interferens membina	Dua puncak (atau dua lembangan) bersuperposisi	A + A = 2A (atau (−A) + (−A) = −2A)
Interferens memusnah	Satu puncak dan satu lembangan bersuperposisi	A + (−A) = 0

Corak interferens air, cahaya dan bunyi

Gelombang	Interferens membina	Interferens memusnah
Air (tangki riak, penggetar sfera dengan dua pencelup)	Kawasan cerah dan kawasan gelap yang berselang-seli	Kawasan kelabu seragam (garis nod)
Cahaya (pen laser dan dwicelah)	Pinggir cerah	Pinggir gelap
Bunyi (dua pembesar suara dari penjana isyarat audio yang sama)	Bunyi kuat	Bunyi perlahan

Cahaya yang melalui celah tunggal dan kemudian dwicelah mengalami pembelauan. Gelombang cahaya terbelau yang muncul daripada dwicelah adalah koheren, kerana kedua-duanya datang daripada sumber yang sama. Dua pembesar suara mesti disambung kepada penjana isyarat audio yang sama supaya bunyinya koheren.

Eksperimen dwicelah Young (Thomas Young, 1801) menunjukkan bahawa cahaya bersifat gelombang, melalui pinggir cerah dan gelap yang terhasil.

Melukis corak interferens

Gelombang membulat daripada dua sumber S1 dan S2 dengan garis antinod berwarna merah dan garis nod putus-putus — Dua sumber koheren S₁ dan S₂ berjarak a. Garis antinod (merah) ialah garis interferens membina; garis nod (putus-putus) ialah garis interferens memusnah.

Antinod ialah titik berlakunya interferens membina (puncak bertemu puncak, atau lembangan bertemu lembangan). Nod ialah titik berlakunya interferens memusnah (puncak bertemu lembangan). Untuk melukis: bulatkan muka gelombang berjejari 1 cm, 2 cm, 3 cm, ... daripada setiap sumber, tandakan titik tempat puncak bertemu puncak (antinod) dan puncak bertemu lembangan (nod), kemudian sambungkan titik-titik itu menjadi garis antinod dan garis nod. (5.6.2)

Hubung kait λ, a, x dan D

λ = panjang gelombang
a = jarak pemisahan antara dua sumber koheren
x = jarak pemisahan antara dua garis antinod atau garis nod yang bersebelahan
D = jarak tegak dari sumber koheren ke kedudukan x yang dilukis

x = λD/a iaitu λ = ax/D
x berkadar terus dengan λ dan D, dan berkadar songsang dengan a. Jika a bertambah, corak menjadi lebih rapat (x berkurang). Jika λ bertambah, x bertambah. (5.6.3)

Contoh: dwicelah Young

Dalam eksperimen dwicelah Young, a = 0.4 mm, D = 3.0 m dan jarak antara pinggir cerah yang bersebelahan ialah x = 4.5 mm. Berapakah panjang gelombang cahaya?
a = 0.4 × 10⁻³ m, x = 4.5 × 10⁻³ m.
λ = ax/D = (0.4 × 10⁻³)(4.5 × 10⁻³) ÷ 3.0 = 6.0 × 10⁻⁷ m. (5.6.4)

Tukarkan semua unit kepada meter (mm kepada m) sebelum menggantikan ke dalam λ = ax/D.

Aplikasi interferens gelombang

Gelombang air: luan bebuli pada kapal menjana gelombang air yang berinterferens secara memusnah dengan gelombang haluan kapal. Air di sekitar kapal lebih tenang dan seretan air berkurang.
Gelombang cahaya: salutan anti-pantulan pada kanta menyebabkan cahaya terpantul berinterferens secara memusnah, maka penglihatan lebih jelas.
Gelombang bunyi: mikrofon dan pemancar pada fon kepala di kapal terbang menghasilkan gelombang bunyi yang berinterferens secara memusnah dengan bunyi sekeliling yang hingar. (5.6.5)

Dalam eksperimen dwicelah Young, a = 0.30 mm, D = 2.5 m dan jarak antara dua pinggir gelap yang bersebelahan x = 4.6 mm. Hitungkan panjang gelombang cahaya hijau itu.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

λ = ax/D = (0.30 × 10⁻³)(4.6 × 10⁻³) ÷ 2.5 = 5.52 × 10⁻⁷ m (kira-kira 552 nm).

5.7Gelombang elektromagnet

Pada tahun 1801 Thomas Young menunjukkan cahaya ialah gelombang melalui eksperimen interferens cahaya. Pada tahun 1862 James Maxwell mengemukakan teori bahawa cahaya ialah gelombang elektromagnet. Pada tahun 1887 Heinrich Hertz menjana gelombang radio. Pada awal abad ke-20 diketahui bahawa gelombang elektromagnet terdiri daripada tujuh komponen.

Gelombang elektromagnet — terdiri daripada medan elektrik, E dan medan magnet, B yang berayun secara serenjang antara satu sama lain dan serenjang dengan arah perambatan.

Ciri-ciri gelombang elektromagnet (5.7.1)

Merupakan gelombang melintang.
Tidak memerlukan medium perambatan dan boleh merambat melalui vakum.
Laju dalam vakum ialah c = 3.00 × 10⁸ m s⁻¹, dan lebih kecil di dalam medium.
Menunjukkan fenomena pantulan, pembiasan, pembelauan dan interferens jika keadaannya sesuai.
Rumus v = fλ ditulis sebagai c = fλ untuk gelombang elektromagnet dalam vakum.

Spektrum elektromagnet (5.7.2)

Tujuh jenis gelombang elektromagnet membentuk satu spektrum selanjar, iaitu tiada sempadan tertentu yang memisahkan dua jenis gelombang yang bersebelahan.

Spektrum elektromagnet dari sinar gama, sinar-X, sinaran ultraungu, cahaya nampak, sinaran inframerah, gelombang mikro hingga gelombang radio — Spektrum elektromagnet. Cahaya nampak mempunyai panjang gelombang kira-kira 400 nm (ungu) hingga 750 nm (merah).

Tenaga yang dibawa oleh gelombang elektromagnet berkadar terus dengan frekuensinya. Maka sinar gama dan sinar-X membawa tenaga yang besar dan mesti diurus dengan kaedah yang betul supaya penggunaannya tidak membahayakan pengguna.

Aplikasi (5.7.3)

Jenis gelombang	Aplikasi
Gelombang radio	Komunikasi radio jarak jauh; penyiaran radio dan TV tempatan; komunikasi tanpa wayar (Bluetooth, Wifi); mesin gelombang-millimeter di lapangan terbang
Gelombang mikro	Komunikasi antarabangsa melalui satelit; rangkaian telefon bimbit; pengesanan radar pesawat dan pemerangkap laju; memasak dalam ketuhar gelombang mikro
Sinaran inframerah	Memasak (ketuhar, pemanggang); melihat dalam gelap (kamera dan teropong inframerah); mengeringkan cat kereta; rawatan sakit otot; alat kawalan jauh
Cahaya nampak	Membolehkan benda hidup melihat; fotografi; fotosintesis; laser untuk pemotongan logam, ukur tanah dan penghantaran maklumat melalui gentian optik
Sinaran ultraungu	Mengeraskan bahan tampalan gigi; menentukan kesahihan wang kertas; rawatan penyakit kuning pada bayi; penulenan air; pensterilan alat perubatan dan makanan; perangkap serangga
Sinar-X	Mengesan retakan atau patah tulang dan memeriksa organ dalaman; pemeriksaan sambungan kimpalan; pengimbas bagasi di lapangan terbang; menentukan keaslian lukisan
Sinar gama	Membunuh sel kanser dalam radioterapi; pensterilan peralatan pembedahan secara pukal; pemprosesan makanan supaya tahan lebih lama

Contoh: panjang gelombang dalam medium

Cahaya hijau berpanjang gelombang 550 nm bergerak dengan laju 3.00 × 10⁸ m s⁻¹ dalam udara. Dalam kaca, lajunya menjadi 2.00 × 10⁸ m s⁻¹. Frekuensi tidak berubah, maka v/λ sama:
λ dalam kaca = 550 × (2.00 × 10⁸) ÷ (3.00 × 10⁸) = 367 nm.

Panjang gelombang cahaya berubah apabila memasuki medium lain, tetapi frekuensinya tidak. Urutan menaik frekuensi ialah: gelombang radio, gelombang mikro, sinaran inframerah, cahaya nampak, sinaran ultraungu, sinar-X, sinar gama.

Dalam udara, cahaya biru berpanjang gelombang 420 nm bergerak dengan laju 3.00 × 10⁸ m s⁻¹. Lajunya berkurang kepada 2.25 × 10⁸ m s⁻¹ dalam suatu cecair. Berapakah panjang gelombangnya dalam cecair itu?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Frekuensi tidak berubah, maka λ ∝ v. λ = 420 × (2.25 × 10⁸) ÷ (3.00 × 10⁸) = 315 nm.