Efek Doppler

2.6 Efek Doppler

Sejauh ini, efek Doppler yang kita tinjau adalah efek Doppler untuk gelombang bunyi. Apakah efek Doppler juga berlaku untuk gejala gelombang yang lain? Bagaimana efek Doppler yang terjadi pada gelombang elektromagnetik seperti misalnya cahaya?

Bunyi memang merupakan contoh paling umum untuk efek Doppler. Namun sebenarnya, efek ini diusulkan oleh fisikawan Austria C.J. Doppler (1803-1853) untuk mencoba menerangkan keadaan warna bintang-bintang.

Pada cahaya-tampak frekuensi akan menentukan warna. Warna merah memiliki frekuensi yang lebih kecil dibandingkan frekuensi warna ungu. Berdasarkan pengamatan Edwin Hubble (1889-1953), garis-garis pada spektrum galaksi menunjukkan pergeseran ke arah ujung merah spektrum tampak. Peristiwa ini dikenal sebagai pergeseran merah (red shift) pada spektrum bintang-bintang. Adanya pergeseran merah yang mendominasi spektrum bintang-bintang ini telah meyakinkan para ilmuwan bahwa alam semesta kita sedang mengembang atau memuai, karena ini menunjukkan bahwa hampir semua bintang bergerak saling menjauh. Teori yang membahas hal ini dikenal sebagai teori big bang (teori dentuman dahsyat). Cobalah untuk melihat bab tentang jagad raya dalam buku ini.

Meskipun sifat efek Doppler pada cahaya kelihatan sama dengan efek Doppler pada bunyi, tetapi secara prinsip kedua hal ini berbeda. Pada cahaya dan juga gelombang elektromagnetik yang lain, laju perambatan gelombang tidak dihitung relatif terhadap suatu medium, karena memang gelombang elektromagnetik tidak membutuhkan medium Meskipun sifat efek Doppler pada cahaya kelihatan sama dengan efek Doppler pada bunyi, tetapi secara prinsip kedua hal ini berbeda. Pada cahaya dan juga gelombang elektromagnetik yang lain, laju perambatan gelombang tidak dihitung relatif terhadap suatu medium, karena memang gelombang elektromagnetik tidak membutuhkan medium

f  c  u 

dengan u adalah kecepatan relatif sumber cahaya terhadap pengamat. Nilai u akan berniali positif jika keduanya saling menjauh dan negatif jika keduanya saling mendekat. Persamaan di atas hanya berlaku jika gerakan terjadi di sepanjang garis hubung antara sumber dan pengamat. Di dalam teori relativitas hal ini dikenal sebagai efek Doppler longitudinal. Adakah efek dopler transversal? Ada namun, kita tidak pada posisi membahas masalah itu di sini.

Latihan Konsep 2. 6 :

1. Bila sebuah sumber cahaya putih bergerak menjauhi anda dengan laju 0,5c, maka warna apa yang tampak oleh anda pada sumber cahaya itu?

2. Laju sebuah galaksi menjauhi pegamat (v) berbanding lurus dengan jarak galaksi itu dari pengamat (r). Ini termaktup dalam rumus Hubble : v = Hr, dengan H tetapan yang dikenal sebagai tetapan Hubble. Dengan mengukur frekuensi cahaya yang berasal dari bintang yang ada dalam sebuah galaksi, bisakah seorang pengamat di bumi menentukan jarak bintang itu dari bumi? Informasi apa lagi yang dibutuhkan oleh pengamat itu?

Rangkuman (Peta Konsep) :

 Tiga paham tentang cahaya : Teori korpuskular : Cahaya dipahami sebagai aliran partikel (butir-butir

cahaya).

Teori undulasi : Cahaya dipahami sebagai gelombang Teori kuantum : Cahaya adalah partikel (foton) yang memiliki aspek

gelombang. Aspek gelombang ini menuntun kita menentukan keadaan foton-foton itu secara statistik.

 Panjang gelombang cahaya dalam medium berindeks bias n adalah

 Lintasan optis adalah hasil kali antara indek bias dengan panjang lintasan geometrik yang dilalui oleh cahaya.

 Perbedaan fase antara dua berkas sinar yang koheren dapat berubah manakala kedua berkas sinar itu melalui dua bahan yang mempunyai indeks bias (kerapatan) berbeda .

 Superposisi dua gelombang yang koheren menghasilkan penguatan pada beberapa

tempat dan pelemahan di beberapa tempat yang lain tergantung dari beda fase kedua gelombang itu. Gejala ini disebut interferensi gelombang.

 Penguaraian cahaya atau dispersi : peristiwa penguraian gelombang elektromagnetik berfrekuensi banyak (polikromatik) atas komponen-kompnennya yang berfrekuensi tunggal (monokromatik).

 Lebar spektrum pelangi diukur dengan sudut dispersi. Secara geometri sudut dispersi tergantung pada sudut atap prisma dan dapat dihitung dengan menerapkan hukum Snellius.

 Prinsip Huygen tentang perambatan gelombang cahaya : Semua titik pada muka gelombang bertindak sebagai sumber bagi gelombang sekunder dengan muka gelombang berupa permukaan bola (gelombang semacam ini disebut gelombang seferis ). Dalam selang waktu t setelah itu, muka gelombang utama (primer) ditentukan sebagai garis singgung pada masing-masing muka gelombang seferis tadi.

 Garis terang pada celah ganda Young memenuhi

d sin  = m, m = ...,−4, −3, −2, −1, 0 , 1, 2, 3,.... dengan d jarak antara kedua celah,  panjang gelombang dan  sudut yang dibentuk oleh garis pusat dengan garis penghubung titik tengah celah dengan garis terang yang bersangkutan

 Garis gelap pada celah ganda Young memenuhi

m = ...,−4, −3, −2, −1, 0 , 1, 2, 3,.... dengan d jarak antara kedua celah,  panjang gelombang dan  sudut yang

d 1 sin  m ( 

dibentuk oleh garis pusat dengan garis penghubung titik tengah celah dengan garis gelap yang bersangkutan

 Intensitas pada layar dalam celah ganda Young :

I P = 4I 0 cos ( ), 2

 Secara umum difraksi adalah pelenturan cahaya oleh tepian suatu benda kedap, terjadi bilamana sebuah benda yang tak tembus pandang (kedap) diletakkan di antara sumber cahaya dan layar sedemikian rupa sehingga benda itu menyisakan tempat untuk dilewati oleh cahaya dari sumber sehingga jatuh ke layar.

 Difraksi Fraunhofer : difraksi yang terjadi sedemikian rupa sehingga sinar-sinar hasil difraksi boleh dikatakan saling sejajar satu dengan yang lain.  Difraksi celah tunggal : Secera umum, titik P terlatak pada garis gelap bila sudut  memenuhi persamaan

 sin =m ,

dengan m = ±1, ±2, ±3, ±4, . . ..  Kekisi merupakan barisan celah-celah sangat sempit yang sama lebarnya.  Kekisi transmisi dibuat dengan cara menggores kaca dengan intan secara teliti.  Kekisi pantulan dibuat dengan jalan menggores permukaan bahan-bahan yang

memantulkan.  Garis terang pada kekisi memenuhi

d sin   m  , m = 0, 1, 2, ...

 Polarisasi Gelombang : Pembatasan arah getaran gelombang transversal pada satu arah getar tertentu.  Hukum Malus :

I 2 =I

max cos 

 Hukum Brewster :

tg 2 

d = n.

 Efek Dopler untuk cahaya :

f  c  u 

“Mengetahui sesuatu dan memahami segala sesuatu adalah lebih baik daripada mengetahui segala sesuatu tetapi tidak memahami sesuatu. “