Energi dalam Interferensi Gelombang

thumbnail

Interferensi gelombang merupakan suatu fenomena perpaduan dua gelombang yang bersifat menguatkan (konstruktif), atau meniadakan (meniadakan), atau bisa juga di antara keduanya. Gelombang dalam ilmu fisika diketahui membawa energi. Sekarang mungkin muncul pertanyaan di benak kita, apakah energi di dalam proses interferensi dapat ditiadakan?

Misalkan kita mempunyai suatu gelombang harmonik pada suatu kawat yang menjalar ke kanan seperti gambar di bawah.

Dari gambar, kita bisa mengamati bahwa gelombang membawa energi yang menjalar ke kanan. Sekarang, kita tambahkan sebuah gelombang dengan frekuensi dan amplitudo yang sama tetapi berbeda fase. Penjumlahan kedua gelombang tersebut mengindikasikan gelombang hasilnya akan lenyap. Kejadian ini disebut sebagai interferensi destruktif karena dua gelombang saling meniadakan satu sama lain sehingga menyebabkan gelombang pada kawat tidak menjalar.

Pada kejadian interferensi destruktif, mungkin hipotesis sekarang kita adalah tidak ada energi di situ karena gelombang tidak menjalar. Kenyataannya tidaklah demikian. Untuk menganalisisnya dengan benar, kita harus melakukan sebuah pengamatan terlebih dahulu seputar bagaimana gelombang ini dibangkitkan. Kita bisa jabarkan sebagai berikut. Satu gelombang dibangkitkan pada sisi kiri kawat yang sangat jauh, anggap saja cukup untuk menggerakkan tangan menghasilkan semacam “gunung” dan “lembah”. Sementara itu, gelombang kedua dibangkitkan secara lokal pada suatu titik melalui gaya yang dipancangkan di tengah kawat.

Dengan mengamati dua ilustrasi gelombang tersebut, kita lihat bahwa gelombang pertama merambat seluruhnya ke kanan dan gelombang kedua menyebar di kedua sisinya. Sekarang, jika kedua gelombang tersebut dijumlahkan, kita akan mendapatkan hasil seperti pada gambar di bawah ini.

Perhatikan bahwa ada daerah 1 yang memiliki gelombang datang yang mengarah ke kanan serta gelombang pantul yang mengarah ke kiri. Selain itu, ada daerah 2 yang tidak menunjukkan amplitudo gelombang sama sekali (garis lurus horizontal berwarna merah). Kedua daerah ini terpisahkan oleh garis vertikal sesuai dengan posisi gaya eksternal yang diberikan. Artinya, walau ada interferensi destruktif di daerah 2, pemberian gelombang dengan titik pancang di tengah kawat hanyalah memblokir dan mencerminkan gelombang pertama. Tidak ada peniadaan energi” yang terlibat.

Sebelum kita melangkah lebih jauh, kita coba menggambarkan gelombang pada masalah satu dimensi seperti getaran kawat dengan sedikit kasus khusus. Namun, argumen yang sama bisa dibuat untuk masalah dimensi yang lebih tinggi. Umumnya, kita bisa mengatakan bahwa interferensi gelombang tidak meniadakan energi, melainkan menyalurkannya ke tempat lain. Ilustrasi sempurna untuk kasus ini adalah eksperimen celah ganda Young.

Kemunculan interferensi mengindikasikan adanya pola gelap dan terang pada suatu tempat. Ini dapat ditunjukkan dengan menggunakan bahasa matematis bahwa total cahaya yang dikumpulkan pada pengukuran layar B sama dengan total cahaya yang menembus dua lubang. Interferensi memengaruhi ke mana cahaya pergi, tetapi tidak sebarapa banyak yang ada secara keseluruhan.

Dalam pengamatan ini, interferensi mengalihkan cahaya dan tidak meniadakan. Ini seperti pengoperasian pemutar CD. Data pada CD dikodekan dalam serangkaian “lubang” dan dikelilingi oleh “landasan” yang sesuai dengan konversi bit, yaitu ‘0’ dan ‘1’. CD dibaca dengan memfokuskan cahaya ke permukaan dan mengukur jumlah cahaya yang dipantulkan kembali.

Modulasi cahaya disebabkan oleh interferensi. “Landasan” yang menerangi cahaya langsung dipantulkan dan dikumpulkan di detektor. Namun, saat “lubang” ada, sinar terfokus sebagian mencerminkan dari “landasan” dan sebagian dari “lubang”. Jika lubang dianggap seperempat panjang gelombang di kedalaman, cahaya yang dipantulkan dari lubang adalah setengah panjang gelombang keluar dari fase dengan cahaya dari landasan, yang nantinya menghasilkan interferensi destruktif dan lebih sedikit cahaya pada detektor.

Akan tetapi, seperti yang disebutkan, cahaya tidak “ditiadakan/dilenyapkan” sepenuhnya. Lantas, ke mana perginya energi? Energi itu terdifraksi ke arah yang lensa tidak dapat mendeteksinya, seperti yang diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Kesimpulannya, kita perlu mempertimbangkan semua sumber gelombang ketika mencoba menafsirkan fenomena interferensi gelombang. Secara umum, interferensi gelombang menghasilkan perubahan arah gelombang. Jadi, tidak ada energi yang hilang dalam interferensi gelombang. Meskipun demikian, tidak berarti pula bahwa interferensi itu bukan fenomena yang sangat aneh, terutama ketika kita berhadapan dengan interferensi dalam mekanika kuantum.

Bahan bacaan:

  • Berry, J. T. Foley, G. Gbur dan E. Wolf, “Nonpropagating string excitations”, Am. J. Phys. 66, 121 (1998).
  • https://skullsinthestars.com/2010/04/07/wave-interference-where-does-the-energy-go/

Penulis:
Muhammad Yusrul Hanna, Peneliti di Pusat Penelitian Fisika LIPI.
Kontak: muh.yusrul.h(at)gmail.com

Mari sebarkan!
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
Gerakan 1000guru adalah sebuah lembaga swadaya masyarakat yang bersifat nonprofit, nonpartisan, independen, dan terbuka. Semangat dari lembaga ini adalah “gerakan” atau “tindakan” bahwa semua orang, siapapun itu, bisa menjadi guru dengan berbagai bentuknya, serta berkontribusi dalam meningkatkan kualitas pendidikan di Indonesia.
Back To Top