belajar fisika kapan saja dan dimana saja

Selasa, 19 Januari 2016

Materi Gelombang Cahaya


Cahaya Sebagai Gelombang

Pada sub bab ini, Anda akan mempelajari tentang fenomena-fenomena yang menunjukkan bahwa cahaya bersifat sebagai gelombang. Fenomena-fenomena tersebut di antaranya adalah
interferensi, difraksi dan polarisasi.

A. Interferensi

Sudah tahukah kalian apakah interferensi itu ? Interferensi adalah gabungan dua gelombang atau lebih. Cahaya merupakan gelombang yaitu gelombang elektromagnetik. Interferensi cahaya bisa terjadi jika ada dua atau lebih berkas sinar yang bergabung. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar maka interferensinya sulit diamati. Beberapa contoh terjadinya interferensi cahaya dapat kalian perhatikan pada penjelasan berikut.

1.    Interferensi Celah Ganda
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 di atas, dua berkas cahaya koheren dilewatkan pada celah ganda kemudian dapat mengenai layar. Pada layar itulah tampak pola garis-garis terang. Pola garis-garis 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.


Perhatikan kembali sebelumnya. Untuk sudut θ kecil ( θ ≤ 120) akan berlaku : sin θ ≈ tg θ berarti selisih lintasannya memenuhi hubungan berikut.


2. 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 


Difraksi Cahaya

Difraksi adalah pelenturan suatu gelombang. Berarti difraksi cahaya dapat didefinisikan sebagai pelenturan cahaya yaitu saat suatu cahaya melalui celah maka cahaya dapat terpecah-pecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan memiliki sifat seperti cahaya baru. Sifat-sifat difraksi pada cahaya ini dapat dibuktikan dengan melihat pola interferensi yang terjadi pada layar saat dipasang dibelakang celah. Ada beberapa peristiwa difraksi yang dapat kalian pelajari. Cermati pada penjelasan berikut.

1.    Celah Tunggal
Cobalah kalian buat suatu celah sempit dan lewatkan sinar monokromatik pada celah itu maka saat dibelakangnya dipasang layar akan tampak pola interferensi pada layar. 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.
  
Kisi Difraksi
Sudah tahukan kalian dengan kisi difraksi itu? Kisi difraksi disebut juga celah majemuk yaitu celah-celah sempit yang tertata rapi dengan jarak yang cukup dekat. Pada kisi ini biasanya tertulis data N garis/cm. Dari nilai N ini dapat ditentukan jarak antara celah (d) dengan hubungan sebagai berikut.

Jika cahaya melawati celah majemuk (kisi) maka cahaya itu akan mengalami difraksi atau pelenturan. Bukti difraksi pada kisi ini dapat dilihat dari pola-pola interferensi yang terjadi pada layar yang dipasang dibelakangnya. Pola interferensi yang dihasilkan memiliki syarat-syarat seperti pada celah ganda percobaan Young. Syarat interferensi tersebut dapat dilihat pada persamaan berikut.


C. Polarisasi Cahaya
Pernahkah Anda menggunakan kacamata hitam? Dapatkah Anda membedakan intensitas atau tingkat kecerahan cahaya sebelum dan sesudah menggunakan kacamata? Ketika menggunakan kacamata, Anda akan mendapatkan cahaya di sekeliling Anda menjadi lebih redup. Kenyataan tersebut terjadi karena cahaya yang mengenai mata telah terpolarisasi oleh kacamata hitam Anda.
Polarisasi adalah peristwa terserapnya sebagian atau seluruh arah getar gelombang. Berbeda dengan interferensi dan difraksi yang dapat terjadi baik pada gelombang transversal maupun longitudinal, polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal. Untuk memahami peristiwa ini, perhatikan gambar berikut.
 

Ketika arah getar gelombang tali sejajar sumbu polarisator (bayangkan sebagai sebuah pintu terbuka), seluruh arah getar gelombang akan terserap. Akan tetapi, ketika arah getar gelombang tegak lurus dengan sumbu polarisator, tidak ada arah getar yang terserap. Secara gelombang dapat diilustrasikan pada Gambar berikut.
 

Ketika gelombang cahaya belum terpolarisasi, arah getar gelombang ada yang vertikal dan horisontal, tetapi ketika gelombang cahaya sudah terpolarisasi arah getar gelombang hanya ada yang vertikal saja.
Polarisasi cahaya dapat disebabkan oleh berbagai macam diantaranya: 1. Polarisasi cahaya karena pemantulan dan pembiasan, 2. Polarisasi karena serapan selektif dan 3. Polarisasi karena hamburan.

Tips dan Trik Pembahasan Soal