EFEK DOPPLER

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Ketika kita sedang diam di pinggir jalan dan sebuah mobil ambulans yang sirinenya berbunyi sedang bergerak mendekati kita. Dan tak lama kemudian mobil melewati kita dan bergerak menjauhi kita. Jika kita mendengar bunyi sirine secara saksama akan kita dengar bahwa nada bunyi sirine leih tinggi ketika mobil mendekati kita dan lebih rendah ketika mobil menjauhi kita. Nada bunyi sirine berkaitan dengan frekuensi bunyi. dengan demikian dapat disimpulkan bahwa bila sumber bunyi dan pengamat saling bergerak relatif satu terhadap lainnya (menjauhi atau mendekati), frekuensi yang diterima pengamat tidak sama dengan frekuensi yang dipancarkan oleh sumber.  Fenomena perubahan frekuensi karena pengaruh gerak relatif antara sumber bunyi dan pendengar, untuk pertama kalinya diamati oleh Christian Johann Doppler (1803-1853), seorang Fisikawan berkebangsaan Austria. Berkaitan dengan hal tersebut, di dalam makalah ini kami akan membahas tentang efek doppler.

Pembahasan efek Doppler bukan hanya dibahas dalam mekanika akan tetapi dibahas pula dalam Fisika Modern hal ini sering disebut sebagai Efek Doppler elektromagnetik. Aplikasi gelombang/efek Doppler elektromagnetik banyak kita jumpai dalam kehidupan kita sehari-hari seperti radio dan lain-lain

Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik karena dalam perambatannya tanpa melalui medium perantara. Frekuensi dan panjang gelombang yang diukur akan berubah sedemikian rupa sehingga hasil perkaliannya yaitu kecepatan cahaya, tetap konstan. Pergeseran frekuensi seperti itu dinamakan pergeseran Doppler.

Efek Doppler, yang dengan mudah melihat dengan mendekati atau surut sirene polisi, juga berlaku untuk gelombang cahaya. Cahaya dari sumber mendekati digeser di frekuensi, sementara cahaya dari sumber surut digeser ke frekuensi. Pergeseran frekuensi tergantung pada kecepatan sumber relatif terhadap pengamat; untuk kecepatan jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya, pergeseran sebanding dengan kecepatan.

Pengamatan pergeseran Doppler dalam garis spektrum atom adalah alat yang ampuh untuk mengukur gerakan relatif dalam astronomi. Terutama, cahaya redshifted dari galaksi jauh adalah bukti utama untuk ekspansi umum alam semesta. Ada sejumlah aplikasi astronomi lainnya, termasuk penentuan orbit bintang biner dan tingkat rotasi galaksi. Aplikasi terestrial yang paling umum dari efek Doppler terjadi pada sistem radar. Gelombang elektromagnetik yang dipantulkan dari objek bergerak mengalami pergeseran Doppler yang kemudian dapat digunakan untuk menentukan kecepatan objek. Dalam aplikasi ini, mulai dari pemantauan kecepatan mobil untuk memantau kecepatan angin di atmosfer, gelombang radio atau gelombang mikro yang digunakan sebagai pengganti cahaya tampak.

B.     Rumusan Masalah

1.      Apa yang dimaksud dengan efek doppler?

2.      Bagaimana persamaan efek doppler pada gelombang elektromagnetik?

3.      Bagaimana aplikasi efek doppler pada gelombang elektromagnetik?

C.    Tujuan Penulisan

1.      Mengetahui tentang efek doppler

2.      Memahami persamaan efek doppler pada gelombang elektromagnetik

3.      Mengetahui aplikasi dan Mengaplikasikan efek doppler pada gelombang elektromagnetik

D.    Metode Penulisan

Metode penulisan yang digunakan dalam makalah ini adalah metode kepustakaan. Metode kepustakaan merupakan pengutipan dari sejumlah karya yang berkaitan dengan tema yang dibahas.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Efek Doppler

            Efek Doppler adalah sesuatu yang terjadi ketika sesuatu yang memancarkan suara atau cahaya bergerak relatif terhadap pengamat. Obyek, pengamat, atau keduanya dapat bergerak, menyebabkan perubahan jelas dalam frekuensi panjang gelombang yang dipancarkan oleh objek. Efek Doppler menjelaskan mengapa klakson mobil sopir keras yang muncul ketika berubah frekuensi karena ia diperbesar dengan kecendrungan di atasnya, dan pemahaman tentang Efek Doppler dapat membantu para ilmuwan membuat berbagai pengamatan tentang dunia di sekitar mereka.

Pada tahun 1800-an Christian Johann Doppler (1803-1855) meneliti tentang perubahan frekuensi gelombang bunyi yang dikeluarkan oleh suatu sumber yang bergerak relatif satu sama lain dengan pendengar. Perubahan frekuensi inilah yang melatar belakangi Doppler melakukan percobaan. Hasil dari percobaan Doppler kita kenal sebagai Konsep efek Doppler. Bila sebuah sumber bunyi dan seorang pendengar bergerak relatif terhadap satu sama lain, maka frekuensi bunyi yang didengar oleh pendengar itu tidak sama dengan ferkuensi sumber.

B.     Efek Doppler pada Gelombang Elektromagnetik

Efek Doppler untuk gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa, seperti gelombang cahaya atau gelombang radio. Dalam kasus ini tidak ada medium yang dapat kita gunakan sebagai sebuah acuan untuk mengukur kecepatan, dan yang penting adalah kecepatan relatif sumber dan penerima. Sebaliknya efek Doppler untuk bunyi tidak sekedar bergantung pada kecepatan relatif ini saja.

Untuk menurunkan pernyataan mengenai pergeseran frekuensi Doppler pada cahaya, kita harus menggunakan teori relativitas khusus. Sekarang ini kita mengutip hasilnya tanpa penurunan, laju gelombang itu adalah laju cahaya, biasanya dinyatakan oleh c, dan laju itu sama untuk kedua sumber dan penerima. Dalam kerangka acuan ketika penerima itu diam, sumber itu bergerak menjauhi penerima dengan kecepatan v. (jika sumber itu mendekati penerima, v adalah negatif). Frekuensi sumber sekali lagi adalah f_S. Frekuensi f_R yang diukur oleh penerima n (frekuensi saat gelombang-gelombang tersebut tiba dipenerima), akan diberikan oleh:                          

             Bila v adalah positif, sumber itu bergerak secara langsung menjauhi penerima dan f_R selalu lebih kecil dari f_S; bila v negatif sumber itu bergerak secara langsung menuju penerima  dan f_R lebih besar dari f_S.Efek kualitatifnya sama halnya dengan bunyi, tetapi hubungan kuantitatifnya berbeda.

                        Sebuah konsekuensi penting tambahan dari kinematika relativistik adalah efek Doppler untuk gelombang elektromagnetik. Untuk pergeseran frekuensi yang dihasilkan dari sebuah sumber gelombang elektomagnetik relatif terhadap seorang pengamat. Kita sekarang dapat menurungkan hasil tersebut.

                      Inilah sebuah pertanyaan dari soal itu. Sebuah sumber cahaya bergerak dengan laju  yang konstan menuju Stanley, yang stasioner dalam sebuah kerangka inersia. Seperti yang diukur dalam kerangka diamnya, sumber itu memancarkan gelombang cahaya dengan frekuensi f₀ dan periode T₀ = 1/f_0. Berapakah frekuensi f dari gelombang ini seperti yang diterima oleh Stanley ?

              Anggaplah T  sebagai interval waktu antara puncak-puncak gelombang pemancaran (emisi) yang berturut-turut sebagaimana yang diamati dalam kerangka acuan Stanley. Perhatikan bahwa ini bukan merupakan interval antara puncak-puncak gelombang datang yang berturut-turut pada posisinya, karena puncak-puncak tersebut dipancarkan pada titik-titik yang berbeda-beda dalam kerangka acuan Stanley. Dalam pengukuran hanya frekuensi f yang ia terima. Dia tidak memperhitungkan perbedaan waktu transit untuk puncak-puncak yang berturut-turut. Oleh karena itu frekuensi yang ia terima bukanlah 1/T . apakah persamaan untuk f?

                     Selama satu waktu T puncak-puncak gelombang didepan sumber itu bergerak sejauh _CT , dan sumber itu bergerak sejauh yang lebih pendek T dalam arah yang sama. Jarak λ diantar puncak-puncak gelombang yang berurutan yakni, panjang gelombang dengan demikian adalah λ = (c -  ) T , seperti yang diukur dalam kerangka Stanley. Frekuensi yang dia ukur adalah c/λ maka

                    Sejauh ini telah kita ketahui mengikuti sebuah pola yang serupa dengan pola untuk efek Doppler untuk bunyi dari sebuah sumber yang bergerak. Dalam pembicaraan tersebut langkah kita berikutnya adalah menyamakan T dengan wakt T₀ diantara pemancaran puncak-puncak gelombang yang berturutan oleh sumber itu. Akan tetapi tidaklah betul secara relativistik untuk menyamakan T dengan T₀. Waktu T₀ diukur dalam kerangka diam dari sumber, dengan demikian adalah waktu wajar. Dari persamaan (2.6), T₀ dan T dihubungkan oleh

                                 

Atau karena T₀ = 1/f₀

                               

           Ingatlah,1/T tidak sama dengan f.Kita harus mensubstitusikan pernyataan ini untuk 1/T ke dalam Persamaan (2.8) untuk mencari f.

                                                               

Dengan menggunakan =(c – u)(c + u) maka akan memberikan

       Ini menunjukkan bahwa bila sumber bergerak menuju pengamat,maka frekuensi f yang diamati lebih besar  dari frekuensi yang dipancarkan.Selisih dinamakan pergeseran frekuensi Doppler.Bila u/c jauh lebih kecil daripada 1,maka pergeseran pecahan sini secara aproksimasi sama dengan u/c:

                       

Bila sumber itu bergerak menjauhi pengamat,kita mengubah tanda dari u dalam persamaan (2.9) untuk mendapatkan

    Ini cocok dengan persamaan (2.5),yang kita kutip sebelumnya,dengan sedikit perubahan rotasi.

             Dengan cahaya,tidak seperti bunyi,tidak ada perbedaan di antara gerak sumber dan gerak pengamat,hanya kecepatan relatif dari sumber dan pengamat itu yang penting.

C.    Aplikasi Efek Doppler pada Gelombang Elektromagnetik

1.      Radar Doppler

Meteorologi menggunakan prinsip serupa untuk membaca peristiwa cuaca. Dalam hal ini, pemancar stasioner terletak di sebuah stasiun cuaca dan obyek bergerak sedang dipelajari adalah sistem badai. Inilah yang terjadi:

1.      Gelombang radio yang dipancarkan dari stasiun cuaca pada frekuensi tertentu.

2.      Gelombang cukup besar untuk berinteraksi dengan awan dan benda-benda atmosfer lainnya. Gelombang pemogokan obyek dan memantul kembali ke stasiun.

3.      Jika awan atau curah hujan bergerak jauh dari stasiun, frekuensi gelombang dipantulkan kembali menurun. Jika awan atau curah hujan bergerak menuju stasiun, frekuensi gelombang dipantulkan kembali meningkat.

4.      Komputer dalam radar mengkonversi data elektronik pergeseran Doppler tentang gelombang radio tercermin dalam gambar menunjukkan kecepatan dan arah angin.

Doppler gambar yang tidak sama dengan gambar reflektifitas. gambar Reflektifitas juga bergantung pada radar, tetapi mereka tidak didasarkan pada perubahan frekuensi gelombang. Sebaliknya, stasiun cuaca yang mengirimkan sebuah balok energi, lalu mengukur berapa banyak sinar yang dipantulkan kembali. Data ini digunakan untuk membentuk gambar intensitas curah hujan kita lihat sepanjang waktu pada peta cuaca, dimana biru adalah lampu merah curah hujan dan curah hujan berat.

2.      Doppler Echocardiogram

Sebuah echocardiogram tradisional menggunakan gelombang suara untuk menghasilkan gambar dari jantung .Dalam prosedur ini, ahli radiologi menggunakan suatu alat untuk mengirim dan menerima USG gelombang, yang tercermin ketika mereka mencapai tepi dua struktur dengan kerapatan yang berbeda. Gambar yang dihasilkan oleh ekokardiogram menunjukkan tepi struktur jantung, tetapi tidak dapat mengukur kecepatan darah mengalir melalui jantung. Teknik Doppler harus dimasukkan untuk memberikan informasi tambahan. Dalam echocardiogram Doppler, gelombang suara frekuensi tertentu diteruskan ke jantung.  Gelombang suara terpental darah sel bergerak melalui dan pembuluh darah jantung. Gerakan sel-sel, baik menuju atau jauh dari gelombang ditransmisikan, hasil dalam pergeseran frekuensi yang dapat diukur. Ini membantu ahli jantung menentukan kecepatan dan arah aliran darah dalam jantung.

3.      Penghilang Boom

Efek Doppler digunakan dalam banyak teknologi yang menguntungkan orang itu. Tapi bisa berdampak negatif, juga.Sebagai contoh, booming sonik , yang disebabkan oleh supersonik pesawat , bisa menyebabkan suara menyenangkan dan getaran di tanah, itulah sebabnya pesawat supersonik tidak diizinkan untuk terbang di atas penduduk daerah. secara langsung berkaitan dengan efek Doppler. Mereka terjadi ketika pesawat terbang, terbang pada kecepatan suara atau lebih tinggi, sebenarnya terbang lebih cepat dari gelombang suara yang mereka produksi. Semua tandan gelombang di belakang kerajinan, dalam sebuah ruang yang sangat kecil. Ketika gelombang berkumpul-up mencapai pengamat, mereka adalah "mendengar" sekaligus - sebagai boom gemilang.

Angkatan Udara dan NASA sedang bereksperimen dengan beberapa penemuan yang membantu mengurangi dentuman sonik. Salah satu penemuan tersebut adalah spike memanjang dari hidung pesawat. spike ini dasarnya memperpanjang pesawat dan mendistribusikan lebih dari jarak gelombang yang lebih besar. Hal ini mengurangi boom yang dialami oleh seorang pengamat di tanah.

Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan, penyusun menyimpulkan bahwa :

1.      Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik karena dalam perambatannya tanpa melalui medium perantara.

2.      Frekuensi dan panjang gelombang yang diukur akan berubah sedemikian rupa sehingga hasil perkaliannya yaitu kecepatan cahaya, tetap konstan. Pergeseran frekuensi seperti itu dinamakan pergeseran Doppler.

3.      Rumus dari Efek Doppler

Gelombang Bunyi	Gelombang Elektromagnetik

4.      Aplikasi Efek Doppler pada Gelombang Elektomagnetik yaitu ; Radar Doppler, Doppler Echocardiogram, Penghilang Boom

DAFTAR PUSTAKA

Alonso & Finn. 1985. Physics. Addison-WesleyInc: New York

Blocher, Richard.  2003. Dasar Elektronika. Andi : Yogyakarta.

Giancolli, Douglas. 1998. Physics,Pricples with applications. Erlangga:  Jakarta.

Young,Hough B da Freedman, Rooger A.2002. Fisika Universitas (terjemahan).Erlanngga: Jakarta

Sutrisno. 1979.  Seri Fisika Dasar: Gelombang & Optik. ITB: Bandung.

Tjia, M.O. 1994. Gelombang. ITB: Bandung.

http://www.sridianti.com/pengertian-efek-doppler.html, diakses pada tanggal 15 September 2015