Fisika : Gelombang Cahaya

Gelombang Cahaya

adalah penjumlahan superposisi dari dua gelombang cahaya atau lebih yang menimbulkan pola gelombang yang baru.

Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut.

Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan.

Syarat Interferensi Cahaya :

Kedua sumber cahaya harus bersifat kokeren (Kedua sumber cahaya mempunyai beda fase,frekuensi dan amplitude sama)

Thomas Young, seorang ahli fisika membuat dua sumber cahaya dari satu sumber cahaya, yang dijatukan pada dua buah celah sempit.

Satu sumber cahaya, dilewatkan pada dua celah sempit, sehingga cahaya yang melewati kedua celah itu, merupakan dua sumbeer cahaya baru

Hasil interferensi dari dua sinar/cahaya koheren menghasilkan pola terang dan gelap.

Secara matematika rumus untuk mendapatkan pola terang dan gelap Sbb:

S1 = Sumber cahaya

S2 dan S3, dua sumber cahaya baru., d = jarak antar dua sumber c

θ= sudut belok, a=l = jarak antara dua sumber terhadap layar

Interferensi maksimum/terang/konstruktif, terjadi bila :

atau

Keterangan :

P=jarak dari terang/gelap ke-m dengan terang pusat (meter)

d=jarak kedua sumber cahaya/celah(meter)

l=jarak antara sumber cahaya dengan layar (meter)

m=bilangan (1,2,3…dst)

l=panjang gelombang (meter, atau Amstrong A0=1.10-10meter)

Interferensi Minimum/Gelap/Destrutip, terjadi jika

atau

Difraksi

Jika sebuah gelombang permukaan air tiba pada suatu celah sempit, maka gelombang ini akan mengalami lenturan/pembelokan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di daerah belakang celah tersebut. Gejala ini disebut difraksiCahaya bila di jatuhkan pada celah sempit /penghalang, akan terjadi peristiwa difraksi

Beberapa Peristiwa Difraksi

— 1. Difraksi Cahaya pada Celah Tunggal

Bila cahaya monokhromatik (satu warna) dijatuhkan pada celah sempit, maka cahaya akan di belokan /dilenturkan seperti gambar berikut

Difraksi pada celah sempit, bila cahaya yang dijatuhkan polikhromatik (cahaya putih\banyak warna), selain akan mengalami peristiwa difraksi, juga akan terjadi peristiwa interferensi, hasil interferensi menghasilkan pola warna pelangi

Gambar peristiwa difraksi pada celah tunggal

Berkas cahaya jatuh pada celah tunggal, seperti pada gambar , akan dibelokan dengan sudut belok θ. Pada layar akan terlihat pola gelap dan terang.Pola gelap dan terang akan terjadi bila mengalami peristiwa interferensi

Rumus, hasil interferensi pada celah tunggal dapat dituliskan Sbb :

Interferensi Maksimum (terjadinya pola terang )

d sin θn = (2n – 1) ½ λ atau d.p/l= (2n – 1) ½ λ , n = 1, 2, 3, ……dst

d = lebar celah, θn= sudut belok, n = bilangan asli, λ = panjang gelombang,

l= jarak celah ke layar, p = jarak antara dua terang atau gelap

—Interferensi Minimum (terjadi pola gelap)

d sin θn = (2n) ½ λ= nλ atau d p/l = (2n) ½ λ = n λ , n = 1,2,3 , ….dst

2. Difraksi Cahaya pada Celah Banyak (kisi Difraksi)

Kisi/celah banyak, sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari terutama untuk dinding bangunan.

Kisi difraksi yang ada di laboratorium Fisika adalah Kaca yang digores dengan intan, sehingga dapat berfungsi sebagai celah banyak.

Jika seberkas sinar monokromatik jatuh pada kisi difraksi, akan terjadi peristiwa difraksi dan interferensi seperti pada gambar berikut

Skhema, saat berkas sinar jatuh pada kisi difraksi

Disebut kisi difraksi jika jumlah kisi menjadi N buah, pada umumnya:

Ncelah = ~ribuan buah per cm/mm

Hasil difraksi dan Interferensi, akan terlihat pola gelap dan terang pada layar

Rumus Interferensi pada Celah banyak/kisi difraksi kebalikan dari rumus interferensi pada celah tunggal

Interferensi maksimum (terjadi pola terang)

d sin θ = (2n) ½ λ = n λ atau d p/l = (2n) ½ λ= nλ , n = 1,2,3 , ….dst

Interferensi Minimum (terjadi pola gelap)

d sin θ = (2n – 1) ½ λ atau d.p/l= (2n – 1) ½ λ , n = 1, 2, 3, ……dst

d = konstanta kisi=lebar celah = 1/N (N = banyak celah/goresan), θ= sudut belok=sudut difraksi

n = bilangan asli= orde

λ = panjang gelombang, l= jarak celah ke layar, p = jarak antara dua terang atau gelap

Refraksi

cahaya yang melalui bidang batas antara dua medium, akan mengalami perubahan arah rambat atau pembelokan.

Peristiwa perubahan arah rambat cahaya dapat pada batas dua medium tersebut pada dasarnya disebabkan adanya perbedaan kecepatan merambat cahaya pada satu medium dengan medium yang lain. Peristiwa inilah yang disebut sebagai pembiasan cahaya

Kayu, bila dicelupkan kedalam minuman yang ada di dalam gelas, akan nampak terpatahkan. Peristiwa ini karena pembiasan.

Pelangi adalah salah satu contoh pembiasan. Jika sinar melalui medium udara yang kurang rapat ke medium yang lebih rapat seperti titik-titik air hujan, akan terjadi peristiwa pembiasan. Kenapa warnanya pelangi, karean sinar yang jatuh pada titik2 air hujan polikromatik, sinar putih, warnanya jadi terurai. Terurai karean tiap-tiap warna berbeda indeks biasnya.

Hukum Snellius tentang Pembiasan

1. Sinar datang, garis normal dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
2. Perbandingan sinus sudut dating dengan sinue sudut bias selalu konstan. Nilai konstanta dinamakan indeks bias(n)

Secara matematika hokum Snelius yang ke dua dapat ditulis sbb:

Persamaan umum snellius tentang pembiasan adalah :

Dimana :

* n1 dan n2 menyatakan indeks bias medium 1 dan 2

* v1 dan v2 menyatakan kecepatan merambat cahayadalam medium 1 dan 2

Pemantulan Sempurna

Pada sudut kecil boleh dikatakan semua sinar dibiaskan

Ketika sudut bias mencapai 90, seluruh sinar dipantulkan oleh bidang batas

Sudut 90 disebut juga sudut kritis atau sudut batas

Pemantulan sempurna hanya dapat terjadi jika cahaya datang dari zat yang mempunyai kerapatan lebih besar ke zat yang mempunyai kerapatan lebih kecil.

Jika ik menyatakan sudut kritis dan nm menyatakan indeks bias medium, maka :

Refleksi

Pemantulan cahaya ada 2 yaitu :

1. Pemantulan Difuse ( pemantulan cahaya baur) yaitu : pemantulan cahaya kesegala arah

2. Pemantulan cahaya teratur : yaitu pemantulan cahaya yang mempunyai arah teratur

• Bila seberkas cahaya jatuh pada suatu permukaan maka cahaya ada yang dipantulkan oleh permukaan tersebut
• Sifat-sifat pemantulan berkas cahaya itu diselidiki oleh Willebord Snellius(1581-1626). Dari hasil penyelidikan ini dapat dihasilkan suatu hukum yang disebut Hukum Pemantulan snellius

Disversi

Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya polikromarik (putih) menjadi cahaya-cahaya monokromatik (merah, jingga, kuning, hijau, biru, dan ungu)

Kapan DISPERSI itu terjadi ??

Dsversi cahaya terjadi jika seberkas cahaya polikromatik (cahaya putih) jatuh pada sisi prisma. Cahaya putih tersebut itu akan diuraikan menjadi warna-warna pembentuknya yang disebut spektrum cahaya., seperti gambar diatas.

Mengapa DISPERSI cahaya bisa terjadi ???

Karena cahaya merah mempunyai kecepatan paling besar maka cahaya mengalami deviasi paling kecil. Sedangkan cahaya ungu yang mempunyai kecepatan paling kecil mengalami deviasi paling besar sehingga indeks bias cahaya ungu lebih besar dari pada cahaya merah

Apakah sudut dispersi itu ??

Sudut dispersi adalah sudut yang dibentuk oleh sinar merah dan sinar ungu setelah keluar dari prisma.

Besar sudut dispersi adalah

φ = δungu – δmerah

Bila sudut pembias prisma kecil

φ = ( nungu – nmerah ) β

Apabila sudut-sudut pembias kecil

maka rumus tersebut dapat ditulis dalam bentuk
(n1k – 1) β1 = (n2k – 1) β2

Sudut deviasi total dapat ditentukan dari hubungan berikut :

δtotal = (n1m – 1) β1 - (n2m – 1) β2

= (n1u – 1) β1 - (n2u – 1) β2

deviasi pada prisma

.Pembiasan oleh kaca Prisma

Polarisasi

Polarisasi adalah peristiwa perubahan arah getar gelombang cahaya yang acak menjadi satu arah getar.

Polarisasi Gelombang menunjukkan arah medan listrik pada suatu titik yang dilewati oleh gelombang tersebut. Jenis polarisasi antena dapat dikategorikan berdasarkan polanya pada BIDANG yang TEGAK LURUS atau normal dengan sumbu propagasi.

► Gelombang yang dapat mengalami polarisasi hanyalah gelombang tranversal yang mempunyai arah getaran tegak lurus dengan arah perambatannya

► Terpolarisasi atau terkutub artinya memiliki satu arah getar tertentu saja, seperti pada gambar berikut :

Simbol Cahaya alami, yang bukan sinar terpolarisasi adalah gambar sbb:

atau

Cahaya terpolarisasi didapatkan dengan cara sbb :

1. Polarisasi Karena Pemantulan

Berkas sinar alami (sinar yang belum terpolarisasi) dijatuhkan dari medium udara, ke medium kaca (cermin datar). Dengan sudut datang i = 57o, maka sinar yang dipantulkan sudah terpolarisasi, seperti pada gambar berikut:

2. Polarisasi Karena Pemantulan dan Pembiasan

Berkas Sinar alami melalui suatu medium kaca,akan dipantulakna dan dibiaskan. Sinar perpolarisasi bila sudut pantuk dan sudut bias membentuk sudut 90, seperti pada gambar brikut :

Dari peristiwa pemantulan dan pembiasan akan diperoleh Rumus Brewster, Sbb :

ip + r = 9o, r = 90 -ip

n2/n1 = sin ip/sin r = sin ip/sin (90-ip) = sin ip/cos ip = tg ip

n2/n1 = tg ip

3. Polarisasi karena penyerapan selektif.

Polarisasi dengan penyerapan selektif diperoleh dengan memasang dua buah polaroid, yaitu

Polarisator dan Analisator. Polarisator berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi,

sedangkan Analisator untuk mengetahui apakah cahaya sudah terpolarisasi atau belum, seperti

pada gambar berikut