GELOMBANG CAHAYA

GELOMBANG CAHAYA

Cahaya memang menarik untuk dipelajari. Sejak berabad-abad yang lalu banyak ahli yang tertarik untuk meneliti cahaya. Sebagai contoh adalah Newton dan Maxwell. Teori Newton tentang cahaya terkenal dengan teori partikel cahaya sedangkan teori Maxwell terkenal dengan gelombang elektromagnetik. Fisikawan lain yang juga tertarik akan cahaya adalah Huygens, Thomas Young, dan Fresnell. Tokoh-tokoh fisika ini cukup banyak memberikan sumbangan terhadap perkembangan teori tentang cahaya. Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi mata manusia. Karena itu, cahaya selain memiliki sifat-sifat gelombang secara umum misal dispersi, interferensi, difraksi, dan polarisasi, juga memiliki sifat- sifat gelombang elektromagnetik, yaitu dapat merambat melalui ruang hampa.

Ada dua jenis cahaya, yaitu cahaya polikromatik dan cahaya monokromatik. Cahaya polikromatik adalah cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjang gelombang. Contoh cahaya polikromatik adalah cahaya putih. Adapun cahaya monokromatik adalah cahaya yang hanya terdiri atas satu warna dan satu panjang gelombang. Contoh cahaya monokromatik adalah cahaya merah dan ungu.

Dispersi Cahaya (Disperse Light Wave)

Pernahkah kamu mengamati pelangi? Mengapa pelangi terjadi pada saat gerimis atau setelah hujan turun dan matahari tetap bersinar? Peristiwa terjadinya pelangi merupakan gejala dispersi cahaya. Gejala dispersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik).

Di depan telah disinggung bahwa cahaya putih merupakan cahaya polikromatik, artinya cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjang gelombang. Jika cahaya putih diarahkan ke prisma maka

cahaya putih akan terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Cahaya-cahaya ini memiliki panjang gelombang yang berbeda. Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. Semakin kecil panjang gelombangnya semakin besar indeks biasnya. Indeks bias cahaya tersebut adalah ungu > nila > biru > hijau > kuning > jingga > merah. Perhatikan di samping! Seberkas cahaya polikromatik diarahkan ke prisma. Cahaya tersebut kemudian terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Tiap- tiap cahaya mempunyai sudut deviasi yang berbeda. Selisih antara sudut deviasi untuk cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi. Besar sudut dispersi dapat dituliskan sebagai berikut:

Keterangan:

Interferensi Cahaya (Interferensi Light Wave)

Cahaya merupakan gelombang yaitu gelombang elektromagnetik. Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu gelombang baru. Interferensi cahaya bisa terjadi jika ada dua atau lebih berkas sinar yang bergabung. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar maka interferensinya sulit diamati. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat berikut ini:

1. Kedua gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bahwa

kedua gelombang cahaya harus memiliki beda fase yang selalu

tetap, oleh sebab itu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama

2. Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitude yang hampir

sama.

Interferensi Celah Ganda (Interferensi by Two Tight Apertures

Pada tahun 1804 seorang fisikawan bernama Thomas Young (1773- 1829) dapat mendemonstrasikan interferensi cahaya. Young melewatkan cahaya koheren (sinar-sinarnya sefase dan frekuensi sama) melalui dua celah sempit yang dikenal dengan celah ganda. Perhatikan Gambar (a), dua berkas cahaya koheren dilewatkan pada celah ganda kemudian dapat mengenai layar. Pada layar itulah tampak pola garisgaris terang seperti padaGa mba r(b). Pola garisgaris terang dan gelap inilah bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi.

Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya dari kedua celah tersebut. Berkas cahaya dari S1 dan S2 yang sampai pada layar terlihat berbeda lintasan sebesar ΔS = d sin θ. Perbedaan panjang lintasan inilah yang dapat menimbulkan fase antara dua berkas cahaya tersebut berbeda. Interferensi akan saling menguatkan jika berkas cahaya sefase dan saling melemahkan jika berlawanan fase. Sefase berarti berbeda sudut fase Δθ = 0, 2π, 4π,..... Sedangkan berlawanan fase berarti berbeda sudut fase Δθ = π, 3π, 5π, ... . Syarat ini dapat dituliskan dengan beda lintasan seperti persamaan berikut:

Interferensi maksimum (garis terang) : d sin θ = n λ

Interferensi minimum (garis gelap) : d sin θ = (n −1 /2 ) λ

Keterangan :

d = jarak antar celah (m),

θ = sudut yang dibentuk berkas cahaya dengan garis mendatar

n = pola interferensi (orde), garis terang n = 0, 1,2,3,....; garis gelap n

= 1,2,3,....

λ = panjang gelombang cahaya yang berinterferensi (m)

Perhatikan kembali Gambar(a ). Untuk sudut θ kecil ( θ ≤ 12o) akan berlaku: sin θ ≈ tg θ berarti selisih lintasannya memenuhi hubungan berikut:

lpdd=θsin

Interferensi pada Lapisan Tipis

Kalian tentu pernah main air sabun yang ditiup sehingga terjadi gelembung. Kemudian saat terkena sinar matahari akan terlihat warna-warni. Cahaya warna-warni inilah bukti adanya peristiwa interferensi cahaya pada lapisan tipis air sabun. Interferensi ini terjadi pada sinar yang dipantulkan langsung dan sinar yang dipantulkan setelah dibiaskan. Syarat terjadinya interferensi memenuhi persamaan berikut:

Interferensi maksimum : 2nd = (m + ) λ21

Interferensi minimum : 2nd = m . λ

Keterangan :

n = indeks bias lapisan

d = tebal lapisan (m)

λ = panjang gelombang cahaya (m)

m = 0, 1, 2,3, 4,......

Difraksi cahaya (Light Diffraction)

Difraksi cahaya adalah peristiwa pelenturan cahaya yang akan terjadi jika cahaya melalui celah yang sangat sempit. Kita dapat melihat gejala ini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita arahkan pada sumber cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau dengan melihat melalui kisi tenun kain yang terkena sinar lampu yang cukup jauh.

Difraksi Celah Tunggal

Gambar di samping memperlihatkan gelombang cahaya yang datang

pada sebuah celah yang sangat sempit. Pola interferensi pada difraksi

celah tunggal ini terlihat adanya garis-garis gelap. Sedangkan pola terangnya lebar. Terang pusat akan melebar setengah bagian lebih lebar pada kedua sisi. Dari kejadian ini dapat dituliskan syarat-syarat interferensi sebagai berikut:

Difraksi maksimum : d sin θ = (m

+)λ21

Difraksi minimum : d sin θ = m λ

Keterangan :

d = lebar celah (m)

θ = sudut berkas sinar dengan arah

tegak lurus (derajat)

λ = panjang gelombang cahaya (m)

m = 1, 2, 3, 4,....

Difraksi Celah Ganda (Kisi Difraksi)

Kisi difraksi merupakan piranti untuk menghasilkan spektrum dengan menggunakan difraksi dan interferensi, yang tersusun oleh celah sejajar dalam jumlah sangat banyak dan memiliki jarak yang sama (biasanya dalam orde 1.000 per mm). Dengan menggunakan banyak celah, garis-garis terang dan gelap yang dihasilkan pada layar menjadi lebih tajam. Bila banyaknya garis (celah) per satuan panjang, misalnya cm adalahN, maka tetapan kisid adalah:

d =1 /N

Bila cahaya dilewatkan pada kisi dan diarahkan ke layar, maka pada

layar akan terjadi hal-hal berikut ini: Garis terang (maksimum), bila:

d.sin θ = n.λ ; n = 0, 1, 2,........

Garis gelap (minimum), bila:

d.sin θ = (n+21)λ; n = 1, 2, 3,........

POLARISASI CAHAYA (Polarization of Light)

Pada pembahasan sebelumnya telah disebutkan bahwa cahaya

termasuk gelombang tranversal. Hal ini dibuktikan oleh peristiwa

polarisasi cahaya. Polarisasi cahaya adalah pembatasan atau

pengutuban dua arah getar menjadi satu arah getar.

Polarisasi cahaya dapat terjadi karena beberapa hal berikut:

a.

pemantulan (Reflection)

b.

pembiasan (Reflaction

c.

absorpsi

selektif

(

Selective

Absorption)

d.

hamburan (Scattering)