Contoh Soal Pembahasan Gelombang Mikro
Gelombang mikro adalah salah satu bentuk dari spektrum elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang antara 1 mm hingga 1 m. Gelombang ini sering diaplikasikan dalam berbagai teknologi modern seperti komunikasi nirkabel, radar, astronomi, dan juga dalam berbagai peralatan rumah tangga seperti oven microwave. Mengingat pentingnya aplikasi gelombang mikro, penting bagi siswa dan mahasiswa, terutama yang mengambil jurusan fisika atau teknik, untuk memahami dasar-dasar gelombang mikro, termasuk cara menyelesaikan soal-soal yang berkaitan dengannya. Artikel ini akan membahas beberapa contoh soal beserta pembahasan mengenai gelombang mikro.
Soal 1: Panjang Gelombang dan Frekuensi
Soal:
Diketahui sebuah gelombang mikro memiliki frekuensi sebesar 10 GHz. Hitunglah panjang gelombang dari gelombang mikro tersebut. (Gunakan kecepatan cahaya c = 3 x 10^8 m/s)
Pembahasan:
Pertama-tama, kita ingat hubungan antara panjang gelombang (λ), frekuensi (f), dan kecepatan cahaya (c):
\[ c = \lambda \cdot f \]
Kita bisa atau ulang formula ini untuk mencari panjang gelombang (λ):
\[ \lambda = \frac{c}{f} \]
Dikenakan frekuensi (f) = 10 GHz = 10 x 10^9 Hz, dan kecepatan cahaya (c) = 3 x 10^8 m/s, kita masukkan kedua nilai tersebut ke dalam rumus:
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8 \, \text{m/s}}{10 \times 10^9 \, \text{Hz}} \]
\[ \lambda = 0.03 \, \text{m} \]
Jadi, panjang gelombang dari gelombang mikro tersebut adalah 0,03 meter atau 3 cm.
Soal 2: Daya Pancar dan Jarak
Soal:
Sebuah pemancar gelombang mikro memancarkan daya sebesar 50 W. Hitung intensitas gelombang mikro pada jarak 2 meter dari sumber pemancar, dengan asumsi penyebaran isotropik.
Pembahasan:
Untuk menghitung intensitas, kita gunakan persamaan daya per unit area:
\[ I = \frac{P}{A} \]
P adalah daya (50 W) dan A adalah luas area permukaan bola dengan radius 2 meter:
\[ A = 4 \pi r^2 \]
Masukkan nilai r = 2 meter ke dalam rumus area:
\[ A = 4 \pi (2 \, \text{m})^2 \]
\[ A = 16 \pi \, \text{m}^2 \]
Kemudian hitung intensitas:
\[ I = \frac{50 \, \text{W}}{16 \pi \, \text{m}^2} \]
Menghitung nilai numerik:
\[ I \approx \frac{50}{50.265} \]
\[ I \approx 0.995 \, \text{W/m}^2 \]
Jadi, intensitas gelombang mikro pada jarak 2 meter dari sumber pemancar adalah sekitar 0.995 W/m².
Soal 3: Efek Doppler pada Gelombang Mikro
Soal:
Sebuah kendaraan bergerak dengan kecepatan 108 km/jam (30 m/s) mendekati radar yang memancarkan gelombang mikro dengan frekuensi 5 GHz. Hitunglah frekuensi yang diterima radar jika kecepatan gelombang mikro adalah kecepatan cahaya.
Pembahasan:
Gunakan efek Doppler untuk frekuensi yang diterima (f’):
\[ f’ = f \left(\frac{c + v}{c}\right) \]
Di mana:
– f’ = frekuensi yang diterima
– f = frekuensi sumber = 5 GHz = 5 x 10^9 Hz
– c = kecepatan cahaya = 3 x 10^8 m/s
– v = kecepatan kendaraan = 30 m/s
Subsitusi nilai ke dalam rumus:
\[ f’ = 5 \times 10^9 \left(\frac{3 \times 10^8 + 30}{3 \times 10^8}\right) \]
\[ f’ \approx 5 \times 10^9 \left(1 + \frac{30}{3 \times 10^8}\right) \]
\[ f’ \approx 5 \times 10^9 \left(1 + 1 \times 10^{-7}\right) \]
\[ f’ \approx 5 \times 10^9 \times 1.0000001 \]
\[ f’ \approx 5.0000005 \times 10^9 \]
\[ f’ \approx 5.0000005 \, \text{GHz} \]
Jadi, frekuensi yang diterima oleh radar adalah sekitar 5.0000005 GHz.
Soal 4: Penyerapan Daya oleh Material
Soal:
Material tertentu menyerap daya sebesar 2 W dari gelombang mikro ketika intensitas gelombang yang jatuh padanya adalah 10 W/m². Hitung luas permukaan material tersebut.
Pembahasan:
Gunakan hubungan daya serapan dengan luas permukaan dan intensitas:
\[ P = I \cdot A \]
Subsitusi nilai-nilai yang diketahui:
\[ 2 \, \text{W} = 10 \, \text{W/m}^2 \cdot A \]
Menyelesaikan untuk A:
\[ A = \frac{2 \, \text{W}}{10 \, \text{W/m}^2} \]
\[ A = 0.2 \, \text{m}^2 \]
Jadi, luas permukaan material tersebut adalah 0,2 m².
Soal 5: Refleksi dan Pola Interferensi
Soal:
Dua antena gelombang mikro memancarkan gelombang yang memiliki panjang gelombang 6 cm pada arah yang sama. Jika jarak antara antena adalah 12 cm, di titik manakah terjadi interferensi konstruktif pertama kali?
Pembahasan:
Interferensi konstruktif terjadi ketika beda lintasan gelombang dari dua sumber adalah k = ±nλ (n bilangan bulat tidak nol termasuk 0). Untuk interferensi konstruktif pertama kali (n=1):
\[ d = n \lambda/2 \]
Karena jarak antena adalah 12 cm dan panjang gelombang adalah 6 cm, beda lintasan untuk interferensi konstruktif pertama terjadi pada:
\[ d = n (\lambda/2) \]
Jadi:
\[ 12 = 1 \times (6/2) \]
Sehingga jarak yang terletak adalah:
\[ 12 = 1 \times 3 \]
Karena persamaan ini terkait dengan pembentukan pola interferensi pada apa yang bersifat umum maka dari asumsi kita merancang pada garis tengah jarak dari sumber atau lintasan yang berdasarkan ketidak trek yaitu posisi polaar konsten garis jejak dimana belum terkait dengan pola posisi anggap tetap.
—
Demikian beberapa contoh soal tentang gelombang mikro dan cara penyelesaiannya. Dengan memahami dan terbiasa menyelesaikan soal-soal seperti ini, diharapkan akan lebih mudah bagi Anda untuk memahami serta mengaplikasikan konsep-konsep gelombang mikro dalam berbagai bidang ilmu dan teknologi.
