APLIKASI FISIKA MODERN DALAM BIDANG ELEKTRONIKA
Fisika modern merupakan cabang ilmu yang penting dalam peradaban
manusian. Banyak aplikasi yang merupakan penerapan dari konsep fisika modern
telah terealisasi dan membantu kenyamanan hidup manusia. Banyak
orang yang beranggapan bahwa Fisika hanya sekedar ilmu biasa yang hanya
mempelajari ilmu alam tanpa ada penerapannya. Terutama masih banyak orang yang
beranggapan bahwa Fisika hanya mempelajari rumus. Dan tak sedikit yang
tidak menyadari bahwa banyak peristiwa bahkan hal-hal yang sangat dekat dengan
kita melibatkan ilmu Fisika. Bahkan Fisika merupakan ilmu dasar yang sangat
dibutuhkan oleh cabang ilmu-ilmu lain. Mengapa Fisika sangat penting dalam
kehidupan kita? Tentu karena banyak peristiwa dalam kehidupan kita yang
melibatkan ilmu Fisika baik kita sadari maupun tan.pa kita sadari. Semakin kita
memahami Fisika kita akan mengetahui bahwa Fisika mempunyai cakupan yang luas.
Berikut adalah contoh aplikasi ilmu Fisika dalam kehidupan sehari-hari.
v Aplikasi
Gerak Lurus Beraturan Gerak Lurus Beraturan (GLB) merupakan gerak
yang memiliki kecepatan yang konstan. Walaupun GLB sulitditemukan dalam kehidupan
sehari-hari, karena biasanya kecepatan gerak benda selalu berubah-ubah.
Misalnya ketika dirimu mengendarai sepeda motor atau mobil, laju mobil pasti
selalu berubah-ubah. Ketika ada kendaraan di depan, pasti kecepatan kendaraan
akan segera dikurangi. Hal ini agar kita tidak tabrakan dengan pengendara lain,
terutama jika kondisi jalan yang ramai. Lain lagi jika kondisi jalan yang
tikungan dan rusak.
Contoh pertama, kendaraan yang
melewati jalan tol. Walaupun terdapat tikungan pada jalan tol, kendaraan beroda
bisa melakukan GLB pada jalan tol hal ini jika lintasan tol lurus. Kendaraan
yang bergerak pada jalan tol juga kadang mempunyai kecepatan yang tetap.
Contoh kedua, gerakan kereta api atau kereta listrik di atas rel.
Lintasan rel kereta kadang lurus, walaupun jaraknya hanya beberapa kilometer.
Kereta api melakukan GLB ketika bergerak di atas lintasan rel yang lurus
tersebut dengan laju tetap.
Contoh ketiga, kapal laut yang menyeberangi lautan atau samudera.
Ketika melewati laut lepas, kapal laut biasanya bergerak pada lintasan yang
lurus dengan kecepatan tetap. Ketika hendak tiba di pelabuhan tujuan, biasanya
kapal baru mengubah haluan dan mengurangi kecepatannya.
Contoh keempat, gerakan pesawat terbang. Pesawat terbang juga biasa
melakukan GLB. Setelah lepas landas, pesawat terbang biasanya bergerak pada
lintasan lurus dengan dengan laju tetap. Walaupun demikian, pesawat juga
mengubah arah geraknya ketika hendak tiba di bandara tujuan.
v Aplikasi
GLBB dalam kehidupan sehari-hari. GLBB merupakan gerak lurus berubah beraturan.
Berubah beraturan maksudnya kecepatan gerak benda bertambah secara teratur atau
berkurang secara teratur. Perubahan kecepatan tersebut dinamakan percepatan.
Secara awam sangat r menemukan benda yang melakukan gerak lurus berubah
beraturan. Pada kasus kendaraan beroda misalnya, ketika mulai bergerak dari
keadaan diam, pengendara biasanya menekan pedal gas (mobil dkk) atau menarik
pedal gas (motor dkk). Pedal gas tersebut biasanya tidak ditekan atau ditarik
dengan teratur sehingga walaupun kendaraan kelihatannya mulai bergerak dengan
percepatan tertentu, besar percepatannya tidak tetap alias selalu berubah-ubah.
Contoh GLBB dalam kehidupan sehari-hari pada gerak horisontal alias mendatar
nyaris tidak ada.
Contoh GLBB yang selalu kita jumpai dalam kehidupan hanya gerak jatuh bebas. Pada gerak umit menemukan aplikasi GLBB dalam kehidupan sehari-hari.jatuh bebas, yang bekerja hanya percepatan gravitasi dan besar percepatan gravitasi bernilai tetap. Tapi dengan penerapa ilmu fisika, GLBB dapat ditemukan dalam kegiatan kita sehari-hari. Contohnya buah mangga yang lezat atau buah kelapa yang jatuh dari pohonnya.Jika kita pernah jatuh dari atap rumah tanpa sadar kita juga melakukan GLBB.
Contoh GLBB yang selalu kita jumpai dalam kehidupan hanya gerak jatuh bebas. Pada gerak umit menemukan aplikasi GLBB dalam kehidupan sehari-hari.jatuh bebas, yang bekerja hanya percepatan gravitasi dan besar percepatan gravitasi bernilai tetap. Tapi dengan penerapa ilmu fisika, GLBB dapat ditemukan dalam kegiatan kita sehari-hari. Contohnya buah mangga yang lezat atau buah kelapa yang jatuh dari pohonnya.Jika kita pernah jatuh dari atap rumah tanpa sadar kita juga melakukan GLBB.
v Aplikasi
gerak vertikal dalam kehidupan sehari-hari : Gerak vertikal
terdiri dari dua jenis, yakni gerak vertikal ke atas dan gerak vertikal ke
bawah. Benda melakukan gerak vertikal ke atas atau ke bawah jika lintasan gerak
benda lurus. Kalau lintasan miring, gerakan benda tersebut termasuk gerak
parabola. Aplikasi gerak vertikal dalam kehidupan sehari-hari misalnya ketika
kita melempar sesuatu tegak lurus ke bawah (permukaan tanah), ini termasuk
gerak vertikal.
v Aplikasi
gelombang elektromagnetik: Saat ini hampir semua orang memiliki peralatan yang
satu ini. Dia begitu kecil yang bisa dengan nyaman diletakkan di dalam saku,
namun dianggap memiliki fungsi yang sangat besar terutama untuk berkomunikasi.
Benda itu adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini ponsel tidak hanya
digunakan untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain seperti mengirim
dan menerima pesan singkat (sms), mendengarkan musik, atau mengambil foto.
Bagaimana perangkat ponsel dapat terhubung dengan perangkat ponsel yang lain
padahal mereka saling berjauhan? Konsep yang bisa menjelaskan fenomena ini
adalah konsep gelombang elektromagnetik. Konsep gelombang elektromagnetik
ternyata sangat luas tidak hanya berkaitan dengan TV atau ponsel saja,
melainkan banyak aplikasi lain yang bisa sering kita temukan sehari-hari di sekitar
kita. Aplikasi tersebut meliputi microwave, radio, radar, atau sinar-x. Selain
itu karya Röntgen yang mengantarkan dirinya mendapatkan hadiah nobel fisika
pada 1901 ini akan menjadi sebuah alat yang sangat berguna sekali dalam
kedokteran. Sinar-X itulah sebuah fenomena yang ditemukan oleh Roentgen pada
laboratoriumnya. Sebuah fenomena yang kemudian menjadi awal pencitraan medis
(medical imaging) pertama, tangan kiri istrinya menjadi uji coba eksperimen
penemuan ini. Inilah menjadi titik awal penggunaan pencitraan medis untuk
mengetahui struktur jaringan manusia tanpa melalui pembedahan terlebih dahulu.
Penemuan ini juga menjadi titik awal perkembangan fisika medis di dunia, yang
menkonsentrasikan aplikasi ilmu fisika dalam bidang kedokteran. Eksperimen
Röntgen terhadap tangan istrinya, menjadi inspirasi produksi alat yang dapat
membantu dokter dalam diagnosa terhadap pasien, dengan mengetahui citra tubuh
manusia. Citra atau gambar yang dihasilkan dari sinar-X ini sifatnya adalah
membuat gambar 2 dimensi dari organ tubuh yang dicitrakan dengan memanfatkan
konsep atenuasi berkas radiasi pada saat berinterakasi dengan materi. Gambar
atau citra objek yang diinginkan kemudian direkam dalam media yang kemudian
dikenal sebagai film. Dari Gambar yang diproduksi di film inilah informasi
medis dapat digali sesuai dengan kebutuhan klinis yang akan dianalisis.
Setelah
puluhan tahun sinar-X ini mendominasi dunia kedokteran, terdapat kelemahan
yaitu objek organ tubuh kita 3 dimensi dipetakan dalam gambar 2 dimensi.
Sehingga akan terjadi saling tumpah tindih stukur yang dipetakan, secara klinis
informasi yang direkam di film dapat terdistorsi. Inilah tantangan berikutnya
bagi fisikawan untuk berkreasi. Tahun 1971, seorang fisikwan bernama Hounsfield
memperkenalkan sebuah hasil invensinya yang dikenal dengan Computerized
Tomography atau yang lazim dikenal dengan nama CT Scan. Invensi
Hounsfield ini menjawab tantangan kelemahan citra sinar-X konvensional yaitu CT
dapat dapat mencitrakan objek dalam 3 Dimensi yang tersusun atas irisan-irisan
gambar (tomography) yang dihasilkan dari perhitungan algoritma(bahasa program) komputer.
Karya Hounsfield ini menjadi revolusi besar-besaraan dalam dunia pencitraan
medis atau kedokteran yang merupakan rangkaian yang berkaitan. Citra/gambar
hasil CT dapat menujukan struktur tubuh kita secara 3 dimensi, sehingga secara
medis dapat dijadikan sebagai sebuah alat bantu untuk penegakkan diagnosa yang
dibutuhkan. Untuk mengabadikan penemunya dalam CT terdapat bilangan CT atau Hounsfield
Unit (HU), namun penemuan ini juga meruapakan jasa Radon dan Cormack.
Tahun
1990an, lahir kembali sebuah perangkat yang dikenal dengan nama Magnetic
Resonance Imaging. Perangkat ini invensi yang tidak kalah hebatnya
dengan CT, karena menggunakan sistem fisika yang berbeda. MRI istilah
kerennya menggunakan pemanfaatan aktivitas fisis spin tubuh manusia pada saat
berada dalam medan magnet yang kuat dan kemudian dengan sistem gangguan
gelombang radio yang sama dengan frekuensi Larmor, menghasilkan sebuah sinyal
listrik. Sinyal inilah yang dikenal dengan Free Induction Decay yang
kemudian dievaluasi dengan Transformasi Fourier menjadi citra 3 Dimensi.
Invensi ini juga sangat fenomenal, karena terobosan baru yang tidak menggunakan
radiasi pengion seperti CT dan sinar Roentgen untuk dapat menghasilkan sebuah
citra dengan resolusi yang yang sangat baik dalam mencitrakan stuktur tubuh
manusia khususnya organ kepala. Inventor MRI mendapat ganjaran hadiah nobel
bidang fisologi dan kedokteran tahun 2003.
Inilah
sekelumit peranan fisika yang yang sangat revlusioner mengubah dunia kedokteran
menjadi modern. Tanpa lahirnya sinar-X, CT, dan MR bagaimana kita dapat
mengetahui posisi kelainan yang ada ditubuh kita bagian dalam atau kanker?
Dengan karya fisikawan, insiyur, ahli komputer munculah sebuah teknologi yang
digunakan untuk penegakkan diagnosa. Banyak teknologi lain yang dikembangkan
oleh para fisikawan dan ilmuwan lain untuk kedokteran seperti halnya
ultrasonografi, linear accelerator untuk radioterapi, dan juga CT dan USG 4
Dimensi.
Aplikasi energi(nuklir) dalam kehidupan sehari-hari: Teknologi
dan teknik penggunaan nuklir dapat memberikan manfaat dan kontribusi yang besar
untuk pembangunan ekonomi dan kesejahteraan rakyat. Misalnya, nuklir dapat
digunakan di bidang pertanian, seperti pemuliaan tanaman Sorgum dan Gandum
dengan melalui metode induksi mutasi dengan sinar Gamma.
Di
bidang kedokteran, teknik nuklir memberikan kontribusi yang tidak kalah besar,
yaitu, terapi three dimensional conformal radiotherapy (3D-CRT), yang
dapat mengembangkan metode pembedahan dengan menggunakan radiasi pengion
sebagai pisau bedahnya. Dengan teknik ini, kasus-kasus tumor ganas yang sulit
dijangkau dengan pisau bedah konvensional menjadi dapat diatasi, bahkan tanpa
merusak jaringan lainnya. Di bidang energi, nuklir dapat berperan sebagai
penghasil energi Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). PLTN dapat
menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan pembangkit
Aplikasi hukum Newton: Hukum 1 newton : sebuah
benda mempertahankan kedudukannya.
contoh : jika kita dalam sebuah mobil saat mobil itu tiba2 maju badan kita tba2 terdorong ke belakang Hukum 2 newton : kita berada dalam lift hukum 3 newton : ini merupakan gaya aksi = reaksi contoh : saat kita menekan papan tulis (aksi) maka papan tulis memberikan reaksi , bila aksi lebih besar dari pada reaksi maka papan tulis akan rusak dan sebaliknya Marilah para ilmuwan bangsaku, berlombalah berkreasi. Minimalnya untuk kemandirian kita akan teknologi untuk melayani kebutuhan bangsa sendiri. Fisikawan Indonesia teruslah berkarya.
contoh : jika kita dalam sebuah mobil saat mobil itu tiba2 maju badan kita tba2 terdorong ke belakang Hukum 2 newton : kita berada dalam lift hukum 3 newton : ini merupakan gaya aksi = reaksi contoh : saat kita menekan papan tulis (aksi) maka papan tulis memberikan reaksi , bila aksi lebih besar dari pada reaksi maka papan tulis akan rusak dan sebaliknya Marilah para ilmuwan bangsaku, berlombalah berkreasi. Minimalnya untuk kemandirian kita akan teknologi untuk melayani kebutuhan bangsa sendiri. Fisikawan Indonesia teruslah berkarya.
Salah satu contoh aplikasi penting dari penerapan fisika modern
adalah penemuan Laser (light amplification by stimulated
emission of radiation). Laser adalah aplikasi dari Teori Bohr yang memodelkan
lintasan diskrit dari elektron. Cahaya laser terbentuk melalui emisi radiasi
elektromagnetik saat elektron berpindah dari suatu tingkat energi ke tingkat energi
lain. Laser dipakai dalam berbagai bidang seperti kesehatan, industri, militer,
telekomunikasi, hiburan, dan lainnya. LASIK merupakan salah satu aplikasi laser
yang banyak dipakai dalam dunia kesehatan untuk mengkoreksi lensa mata manusia.
Dalam dunia komersial, laser juga telah mempercepat antrian pembayaran di
kasir-kasir supermarket karena dapat dipakai untuk membaca kode barang (barcode).
Dalam industri, energi besar dari laser dipakai untuk memotong baja dan
kepentingan lainnya. Dalam telekomunikasi, laser dipakai sebagai pembawa data
melalui serat optik. Kapasitas dan kecepatan transmisi data dengan menggunakan
serat optik menjadi sangat besar karena medium pembawa data berupa cahaya yang
memiliki kecepatan sangat besar. Kemajuan ini telah membuat kenyamanan pada
manusia karena biaya komunikasi menjadi lebih murah dan kualitasnya menjadi
lebih baik. Laser juga dipakai sebagai sumber cahaya pada mikroskop yang
dikenal sebagai mikroskop laser. Daya resolusi mikroskop laser sangat tinggi
sehingga mampu mengamati benda yang sangat kecil. Contoh lain aplikasi laser
adalah dalam displai dan holografi. Sifat dualisme partikel gelombang memungkin
penggunaan elektron sebagai pengganti cahaya dalam mikroskop elektron.
Penggunaan elektron sebagai sumber tersebut telah meningkatkan daya resolusi
mikroskop dari orde mikron menjadi angstrom. Peningkatan kemampuan mikroskop
yang drastis tersebut memungkinkan kita untuk mengamati benda-benda dalam
ukuran nanometer seperti sel darah merah, protein dan lainlainnya. Penemuan
tersebut secara tidak langsung telah mendukung perkembangan dunia kesehatan,
khususnya ilmu kedokteran. Penyimpanan data secara optik (optical
storage) dengan menggunakan laserdisc, CD dan DVD juga merupakan
penerapan dari laser. Kemampuan ‘writing’ dari laser yang sangat presisi
memungkinkan peningkatan kapasitas dari MegaBits (MB) menjadi GigaBits (GB),
bahkan TeraBits (TB).
Contoh aplikasi lain dari kajian fisika modern adalah penerapan
teori relativitas, khususnya dinamika relativitas khusus yang memperlihatkan
kesetaraan antara massa dan energi. Konsep kesetaraan antara massa dan energi
ini diterapkan dalam teknologi nuklir. Teknologi nuklir dapat menghasilkan
energi nuklir melalui reaksi fusi dan reaksi fisi. Apabila teknologinya
dikuasai, energi nuklir memberikan banyak keuntungan bagi manusia. Energi
nuklir menawarkan alternatif yang menarik sebagai pengganti bahan bakar
konvensional seperti batubara dan minyak bumi. Efisiensi energi nuklir jauh
lebih besar dibandingkan dengan efisiensi batubara dan minyak bumi.
Efek rumah kaca (green house effect)
yang merupakan gejala pemanasan global adalah penerapan dari sifat radiasi
benda hitam yang merupakan gejala dari fisika kuantum yang juga merupakan
bagian dari fisika modern.
APLIKASI
GELOMBANG DALAM BIDANG ELEKTRONIKA
Kemajuan teknologi saat ini semakin meningkat berikut dalam penggunaan
gelombang elekromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.
Seperti apakah
gelombang elektromagnetik, apa contoh gelombang elektromagnetik itu? Gelombang
elektromagnetik sebenarnya selalu ada disekitar kita, salah satu contohnya
adalah sinar matahari, gelombang ini tidak memerlukan medium perantara dalam
perambatannya. Contoh lain adalah gelombang radio. Tetapi spektrum gelombang
elektromagnetik masih terdiri dari berbagai jenis gelombang lainnya, yang
dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang gelombangnya. Untuk itu disini
kita akan mempelajari tentang rentang spektrum gelombang elektromagnetik,
karakteristik khusus masing-masing gelombang elektromagnetik di dalam spectrum
dan contoh dan penerapan masing-masing gelombang elektromagnetik dalam
kehidupan sehari-hari.
GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang
dapat merambat walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat
dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang
gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude, kecepatan. Amplitudo
adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua
puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu
satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan
energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan
frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah
frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.
Energi elektromagnetik dipancarkan, atau
dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbedabeda.
Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang
gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan
karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi
elektromagnetik.
Ciri-ciri gelombang elektromagnetik :
Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:
Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:
ü Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang
bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat
yang sama dan pada tempat yang sama.
ü Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak
lurus terhadap arah rambat gelombang.
ü Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan
gelombang transversal.
ü Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami
peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami
peristiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal.
ü Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat
listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.
Cahaya yang tampak oleh mata bukan semata jenis
yang memungkinkan radiasi elektromagnetik. Pendapat James Clerk Maxwell
menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik lain, berbeda dengan cahaya yang
tampak oleh mata dalam dia punya panjang gelombang dan frekuensi, bisa saja
ada. Kesimpulan teoritis ini secara mengagumkan diperkuat oleh Heinrich Hertz,
yang sanggup menghasilkan dan menemui kedua gelombang yang tampak oleh mata
yang diramalkan oleh Maxwell itu. Beberapa tahun kemudian Guglielmo Marconi
memperagakan bahwa gelombang yang tak terlihat mata itu dapat digunakan buat komunikasi
tanpa kawat sehingga menjelmalah apa yang namanya radio itu. Kini, kita gunakan
juga buat televisi, sinar X, sinar gamma, sinar infra, sinar ultraviolet adalah
contoh-contoh dari radiasi elektromagnetik. Semuanya bisa dipelajari lewat
hasil pemikiran Maxwell.
SUMBER
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
ü Osilasi
listrik.
ü Sinar matahari ® menghasilkan sinar infra merah.
ü Lampu merkuri ® menghasilkan ultra violet.
ü Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam ® menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).
Inti
atom yang tidak stabil menghasilkan sinar gamma.
SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang
gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spectrum
elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam
satuan _m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang
tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang
sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti
radiasi X-ray dan Gamma Ray.
Contoh spektrum
elektromagnetik
Gelombang
Radio
Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau
sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan
dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh
muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar.
Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut
osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena
pula. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio
akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi.
Gelombang mikro
Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio
dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap
oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan
menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu
yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk
memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.
Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and
Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan
menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan
gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s,
maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.
Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz
sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu
memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang
dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum
merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah
itu disebut radiasi inframerah.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.
Cahaya tampak
Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang
paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum
gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang
gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang
kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya
merah. Kegunaan cahaya salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik
pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.
Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah
1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m.
gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari
adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan
ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar
ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan
makluk hidup di bumi.
Sinar X
Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10
Hz . panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun
seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal,
kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.
Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai
10 Hz atau panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling
besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan
tubuh.
Contoh penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari :
Radio
Radio energi adalah bentuk level energi
elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang gelombang dari ribuan
kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan paling banyak adalah
komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Radar berguna untuk
mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan bumi, mengukur curah
hujan, pergerakan es di daerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang
gelombang radar berkisar antara 0.8 – 100 cm.
Microwave
Panjang gelombang radiasi microwave berkisar antara
0.3 – 300 cm. Penggunaannya terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman
informasi melalui ruang terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ
aktif, pulsa microwave ditembakkan kepada sebuah target dan refleksinya diukur
untuk mempelajari karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah Tropical
Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur
radiasi microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi
elektromagnetik atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan
dan intensitas hujan.
Infrared
Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran
inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut termogram digunakan untuk
mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Radiasi inframerah
dapat juga digunakan dalam alarm pencuri. Seorang pencuri tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan
menyembunyikan alarm. Remote control berkomunikasi dengan TV melalui radiasi sinar inframerah
yang dihasilkan oleh LED ( Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit,
sehingga kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote
control.
Ultraviolet
Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan
dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit.
Sinar X
Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk memotret
kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang patah. Akan
tetapi penggunaan sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat
rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama.
Dari pembahasan
di atas, dapat disimpulkan bahwa begitu besar peranan gelombang elektromagnetik
yang bermanfaat dalam kehidupan kita sehari-hari, tanpa kita sadari
keberadaannya.
Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang
mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang,
frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan :
* Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah
kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz
* Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu
4.1µeV/GHz
* Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton
adalah 1.24 µeVm
Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang
dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro
dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini
sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara
historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam
mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt
untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk
energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (? = 0,5 mm). Istilah
“spektrum optik” juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum
elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang
gelombang saja (320 – 700 nm)[1].
Dan beberapa contoh spektrum elektromagnetik seperti :
Radar
(Radio
Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima gelombang.
Infra
Merah
Dihasilkan dari
getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk mempelajari
struktur molekul.
Sinar tampak
mempunyai panjang gelombang 3990 Aº – 7800 Aº.
Ultra ungu
dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik spektroskopi.
APLIKASI OPTIK DALAM BIDANG ELEKTRONIKA
Salah
satu bidang rekayasa yang dikembangkan oleh Departemen Teknik Fisika di
Institut Teknologi Bandung (ITB) adalah rekayasa laser dan optika. Terapan dari
bidang rekayasa yang satu ini sudah begitu menyentuh kehidupan sehari-hari,
sehingga kadang masyarakat umum tidak begitu sadar akan keberadaannya.
Pernahkah
memerhatikan sistem laser pada cakram padat (compact disc), yang umum
dijumpai di perangkat komputer? Sistem laser berfungsi untuk membaca (dan
merekam) informasi pada permukaan cakram padat tersebut. Sebagai contoh terapan
lainnya, jika menggunakan jaringan internet untuk mengunjungi sebuah situs di
luar negeri, maka informasi yang diterima tersebut telah disalurkan melalui
jaringan serat optik. Sistem laser dan jaringan serat optik tersebut hanya dua
dari sekian banyak terapan rekayasa laser dan optika yang bermanfaat bagi
manusia. Secara umum, penerapan bidang rekayasa ini dapat dibagi menjadi empat
cabang besar yaitu Optika Instrumentasi, Sistem Pencitraan, Sistem Tampilan dan
Pencahayaan, serta Sistem Teknologi Informasi.
Optika
Instrumentasi
Tujuan
dari optika instrumentasi adalah untuk mengukur, mendeteksi atau memantau suatu
fenomena alam. Salah satu contoh penerapannya adalah dengan dikembangkannya
sistem pendeteksian tingkat polusi air dan udara di perkotaan. Dengan
memanfaatkan sifat fisika laser dan optika, jumlah polutan dapat diketahui dan
sumbernya pun dapat dideteksi.
Teknik
yang hampir serupa juga dapat dimanfaatkan untuk pemantauan sumber daya alam di
lautan lepas. Sebagai contoh, sistem sensor optik telah digunakan di perairan
Indonesia untuk memonitor perkembangbiakan algae yang bisa merusak keseimbangan
ekosistem setempat.
Kalangan
industri yang harus menghasilkan produknya dalam jumlah besar secara efisien,
juga diuntungkan oleh optika instrumentasi. Kualitas produk dapat dipantau
secara cepat dan relatif mudah. Tidak kurang dari produsen mobil dan keperluan
rumah tangga telah memanfaatkannya. Bahkan, teh petik pun dapat dipantau
kualitasnya dengan sistem optika infra merah untuk memastikan bahwa standar
mutu ekspor internasional telah dicapai.
Sistem
Pencitraan
Cabang
kedua dari terapan rekayasa laser dan optika adalah sistem pencitraan. Tujuan
utamanya adalah untuk menangkap citra dari sebuah objek dan menampilkannya
untuk keperluan lebih lanjut. Masyarakat luas mungkin paling mengenalnya dalam
bentuk pencitraan di bidang biomedik. Dalam melakukan diagnosa, seringkali para
ahli medis mengandalkan informasi dari sistem pencitraan optika berupa data
foto Rontgen.
Contoh
terapan lainnya adalah di atas meja operasi. Pada teknik operasi yang mutakhir,
ahli medis hanya membuat sayatan yang sekecil mungkin. Ini dilakukan agar
pemulihan pasien dapat berlangsung lebih cepat. Alat bedah, maupun sistem
pencitraan yang memandu sang ahli medis, harus dimasukkan melalui celah yang
sangat kecil itu. Ketepatan pencitraan sangat dibutuhkan agar operasi berjalan
baik dan lancar.
Penerapan
sistem pencitraan untuk keperluan lainnya pun sangat banyak. Contoh lain yang
sangat penting adalah sistem deteksi di bandar udara atau tempat penting
lainnya. Dengan memanfaatkan gelombang optika yang di kalangan ilmiah sering
disebut sebagai gelombang Terahertz (dengan frekuensi 10 hingga 1000 kali lebih
pendek daripada frekuensi gelombang cahaya biasa), maka sistem pencitraan dapat
mendeteksi benda-benda berbahaya yang tersembunyi di balik plastik, kayu, kain,
kertas dan bahan lainnya.
Pencitraan
dengan objek berskala sangat kecil pun tak kalah pentingnya. Sistem mikroskopi
yang mutakhir dapat menangkap citra dari objek-objek yang begitu kecilnya,
sehingga sistem pencitraan ini akan berperan besar dalam bidang nanoteknologi
yang sedang berkembang pesat secara global.
Tak
ketinggalan adalah penerapan sistem pencitraan dengan objek yang berskala
sangat besar. Sistem teleskop yang memantau benda-benda angkasa sangat membantu
berkembangnya ilmu astronomi dan fisika. Teleskop Hubble yang beroperasi di
angkasa luar telah dapat menangkap banyak citra yang menakjubkan, sesuatu hal
yang nyaris mustahil dilakukan dengan teleskop di muka bumi, akibat turbulensi
atmosfer di atas bumi.
Sistem
Tampilan dan Pencahayaan
Penerapan
lain dari rekayasa laser dan optika adalah untuk keperluan tampilan (display)
dan pencahayaan (lighting). Sistem tampilan yang terus berkembang dapat
dilihat pada perubahan tampilan televisi. Tabung kaca yang berbentuk besar dan
cembung kini mulai tergantikan oleh layar yang begitu tipis dan datar. Kemajuan
sistem tampilan ini juga telah dimanfaatkan untuk meningkatkan kenyamanan
pengguna telepon genggam dan alat elektronik lainnya.
Sedangkan
terapan pada sistem pencahayaan terkait erat dengan bidang rekayasa Fisika
Bangunan. Secara umum, sistem pencahayaan ini dioptimalkan demi kenyamanan
manusia. Misalnya, sistem pencahayaan yang khusus telah diterapkan di meja
operasi agar para ahli medis mendapatkan cahaya yang cukup terang tanpa pasien
harus menderita akibat panasnya sumber cahaya. Terapan lain dari sistem
pencahayaan ini juga bisa ditemui di ruang kantor, di galeri pameran, atau
bahkan di dalam interior sebuah mobil.
Sistem
Teknologi Informasi
Cabang
terapan yang terakhir adalah pada sistem teknologi informasi. Terapan jenis ini
akan bertambah penting di masa depan, di saat informasi menjadi kebutuhan yang
semakin signifikan bagi manusia. Dua buah contoh terapannya telah diuraikan
sebelumnya, yaitu penggunaan jaringan serat optik untuk telekomunikasi, serta
penyimpanan informasi pada permukaan sebuah cakram padat.
Dengan
berkembangnya teknologi rekayasa optika, bukan tidak mungkin suatu saat nanti
proses perhitungan di dalam sebuah komputer tidak lagi dilakukan secara
elektronik, melainkan secara optik. Jika ini berhasil diwujudkan, kecepatan
perhitungan akan meningkat berlipat-lipat dan manusia dapat memanfaatkannya
untuk banyak hal.
Secara
historis maupun akademis, pendidikan rekayasa laser dan optika di ITB terkait
dengan pendidikan serupa di institusi Technische Universiteit Delft (TU Delft)
di Belanda. Bahkan Profesor Handojo pun mengenyam pendidikan pascasarjana di
institusi ini. Di TU Delft, pengajaran dan penelitian bidang rekayasa ini
dilakukan di bawah grup Optica.
Berikutnya
mengasah kreativitas. Terbatasnya fasilitas penunjang penelitian di Indonesia
tidak boleh menghalangi lahirnya penelitian yang berkualitas. Ini dipaparkan
Profesor Handojo, dalam salah satu makalahnya yang disampaikan di Konferensi
Internasional Terapan Laser dan Optoelektronika (ICOLA) pada akhir tahun 2002
lalu.
Kompetensi
dan kreativitas tersebut dapat menghasilkan kemampuan rekayasa yang unggul.
Terlebih lagi, jika ceruk (niche) terapan yang spesifik ala Indonesia dapat
dengan jeli ditemukan. Beberapa contohnya adalah ide pemanfaatan optika
instrumentasi untuk pemantauan kualitas teh petik atau untuk pendeteksian
kualitas perairan yang sangat berkaitan dengan kondisi alam khas Indonesia.
Pemanfaatan rekayasa laser dan optika yang spesifik tersebut akan menghasilkan
jalur pendidikan rekayasa yang tepat guna dan tidak dapat disamai oleh
pendidikan sejenis di negara lainnya.
Rekayasa
laser dan optika juga mulai diterapkan di dalam kendaraan. Menggunakan bentuk
jaringan serat optik yang umum disebut jaringan 'MOST', maka 'mobile-phone',
radio, sistem pengeras suara, komputer, serta sistem cakram padat dapat
terhubung dan dikendalikan secara bersamaan.