GELOMBANG CAHAYA Memer

5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 1/26

1

FISIKA SEKOLAH

Satuan Pendidikan : SMA

Kelas : XII

Semester : I

Standar Kompetensi

1. Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikan

masalah.

Kompetensi Dasar

1.2. Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang bunyi dan cahaya.

Indikator

Siswa dapat :

1. Mendefinisikan gelombang bunyi

2. Mendeskripsikan ciri-ciri dasar gelombang bunyi

3. Menentukan cepat rambat gelombang bunyi

4. Membedakan antara kenyaringan dan ketinggian gelombang bunyi5. Menentukan intensitas gelombang bunyi

6. Menentukan taraf intensitas gelombang bunyi

7. Menjelaskan peristiwa pemantulan pada gelombang bunyi

8. Menjelaskan peristiwa pembiasan pada gelombang bunyi

9. Menjelaskan peristiwa difraksi pada gelombang bunyi

10. Menjelaskan peristiwa interferensi pada gelombang bunyi

11. Mengidentifikasi sumber-sumber bunyi

12. Menentukan frekuensi pada dawai

13. Menentukan frekuensi pada pipa organa

14. Menjelaskan Efek Doppler

15. Medefinisikan gelombang cahaya.

16. Mendeskripsikan sifat-sifat gelombang cahaya.

17. Menjelaskan peristiwa interferensi pada gelombang cahaya.

18. Menjelaskan peristiwa dispersi pada gelombang cahaya.



2

19. Menentukan sudut dispersi

20. Menjelaskan peristiwa difraksi pada gelombang cahaya

21. Menjelaskan peristiwa polarisasi pada gelombang cahaya

22. Menjelaskan fenomena yang menyebabkan cahaya terpolarisasi

Materi Prasyarat

1. Gelombang stasioner

2. Optika geometri

Konsep Essensial

1. Cepat rambat gelombang bunyi

2. Intensitas dan Taraf Intensitas gelombang bunyi

3. Pemantulan

4. Pembiasan

5. Difraksi

6. Interferensi

7. Efek Doppler

8. Sifat-sifat gelombang cahaya

9. Interferensi

10. Dispersi

11. Difraksi

12. Polarisasi

Uraian Materi

GELOMBANG BUNYI DAN CAHAYA

BUNYI

A. Ciri-Ciri Gelombang Bunyi

Jika kita memetik senar gitar, senar tersebut akan bergetar dan

mengetarkan udara sekitar selanjutnya kita dapat mendengar bunyi dari

petikan gitar tersebut. Bunyi merupakan gelombang yang merambat melalui

medium atau perantara. Gelombang seperti ini disebut gelombang mekanik.

Gelombang bunyi memiliki ciri-ciri sebagai berikut



3

1. Bunyi merupakan gelombang longitudinal

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya searah

dengan arah rambatnya. Salah satu contoh gelombang longitudinal adalah

bunyi. Ketika kita memukul drum, getaran selaput drum merupakan

denyut berdimensi dua yang dipantulkan secara berulang-ulang oleh batas

selaput sehingga selaput akan bergetar secara periodik. Ketika selaput

bergerak ke luar, akan terjadi pemampatan udara di depannya.

Pemampatan ini menyebabkan tekanan udara di daerah tersebut bertambah

dan disebut sebagai rapatan. Rapatan bergerak menjauhi selaput dalam

batas kecepatan bunyi. Sedangkan ketika selaput drum masuk, maka

kerapatan udara di depan selaput tersebut akan merenggang, yang disebut

regangan. Terjadinya rapatan dan regangan udara mengindikasikan bahwa

gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal.

2. Bunyi berasal dari benda yang bergetar

3. Bunyi membutuhkan perantara untuk merambat

4. Cepat rambat bunyi

Cepat rambat bunyi berbeda untuk setiap medium, baik medium gas,

zat cair maupun zat padat. Hal tersebut karena jarak antar molekul-

molekul tiap medium berbeda.

Cepat rambat bunyi pada medium gas tidak bergantung pada tekanan

gas, melainkan bergantung pada temperatur. Selain itu, jenis partikel yang

membentuk udara pun sangat berpengaruh, sehingga perumusan laju

rambat bunyi di udara adalah :

√

Keterangan :

: konstanta laplace

: tetapan umum gas (8,31 J/mol K)

: suhu mutlak gas (K)

: massa molekul gas (g/mol)



4

Cepat rambat bunyi dalam medium cair bergantung pada Modulus

Bulk dan kerapatan zat. Sehingga perumusan untuk laju rambat bunyi

dalam zat cair adalah

√

Keterangan :

B = Modulus Bulk (N/m2)

= massa jenis zat cair (kg/m3

)

Laju Bunyi dalam zat padat dipengaruhi oleh modulus Young dan

massa jenis zat tersebut.

√

B = Modulus Young (N/m2)

= massa jenis zat cair (kg/m3)

5. Kenyaringan dan Ketinggian bunyi

Ketika kita berbicara tentang bunyi, terdapat dua hal yang dirasakan

oleh pendengaran, yaitu kenyaringan (loudness) dan ketinggian ( pitch).

Kedua sensasi subyektif ini dapat dinyatakan dalam suatu besaran fisis.

Kenyaringan berhubungan dengan energi dan intensitas bunyi. Ketinggian

berhubungan dengan frekuensi gelombang bunyi. Makin rendah frekuensi,

makin rendah ketinggian bunyi yang didengar. Seperti pada bass drum atau

senar bass. Sebaliknya, makin tinggi frekuensi, makin tinggi ketinggian

bunyi yang didengar. Seperti pada seruling atau pun biola.

Telinga manusia hanya dapat mendengar rentang frekuensi

gelombang bunyi tertentu. Berdasarkan frekuensinya, bunyi dapat

diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu :

- Audiosonik ,merupakan rentang frekuensi gelombang bunyi yang dapat

didengar oleh manusia. Rentang freskuensi tersebut terletak antara 20



5

Hz dan 20.000 Hz. Jangkauan pendengaran ini berbeda untuk tiap

orang. Satu kecenderungan umum adalah jika orang bertambah tua,

mereka makin tidak mendengar frekuensi tinggi, sehingga batas

frekuensi tinggi mungkin menjadi 10.000 Hz bahkan kurang.

- Ultrasonik, merupakan rentang frekuensi di atas 20.000 Hz. Binatang

yang pendengarannya ultrasonik adalah anjing dapat mendengar hingga

50.000 Hz, kelelawar dapat mendeteksi frekuensi hingga 100.000 Hz

- Infrasonik , merupakan gelombang bunyi yang frekuensinya di bawah

jangkauan yang dapat terdengar, yaitu 20 Hz. Sumber gelombang

infrasonic termasuk gempa bumi, Guntur, gunung berapi, dan

gelombang yang dihasilkan oleh mesin-mesin berat. Gelombang

infrasonik walaupun tidak terdengar tetapi dapat menyebabkan

kerusakan pada tubuh manusia.

Kenyaringan bunyi, dapat diukur dengan besaran fisis energi bunyi

dan intensitas bunyi.

Intensitas Bunyi

Intesitas bunyi didefinisikan sebagai daya rata-rata persatuan luas

waktu

Satuan intensitas adalah W/m2. Telinga manusia dapat mendeteksi

bunyi dengan intensitas serendah 10-12

W/m2

dan 1 W/m2

Taraf Intensitas Bunyi

Taraf intensitas gelombang bunyi dinyatakan dengan skala

logaritmik. Satuan skala untuk taraf intensitas adalah bel atau dalam

decibel (dB) yang merupakan 1/10 bel (10 dB = 1 bel). Tingkat

intensitas, β, dari bunyi didefinisikan dalam intensitasnya ,I, sebagai

berikut :



6

B. Sifat-Sifat Gelombang Bunyi

1. Pemantulan

Pemantulan bunyi terjadi ketika terdapat penghalang sehingga

gelombang bunyi tidak dapat diteruskan melainkan dipantulkan ke arah

datang gelombang. Contoh yang paling sering kita dengar dalam

kehidupan sehari-hari adalah gaung dan gema. Ketika kita berteriak di

pegunungan, suara kita akan terdengar berkali-kali, hal ini disebabkan

suara kita kembali dipantulkan oleh material pegunungan yang terdapat

disana. Contoh lainnya, pertunjukan dalam ruang tertutup, seperti opera,

bioskop, membutuhkan alat peredam bunyi untuk menghindari adanya

pantulan bunyi sehingga suara yang terdengar tidak bising

2. Pembiasan

Gelombang bunyi mengalami pembiasan ketika melewati medium

yang berbeda kerapatannya. Contoh pembiasan gelombang bunyi adalah

perbedaan suara petir pada siang hari dan malam hari. Pada siang hari

suara petir akan terdengar lebih Pada siang hari, udara pada lapisan atas

lebih dingin daripada lapisan bawah. laju bunyi pada suhu dingin lebih

kecil daripada suhu panas. Dengan demikian kecepatan bunyi pada lapisan

udara atas lebih kecil daripada kecepatan bunyi pada lapisan bawah, yang

berarti medium pada lapisan atas lebih rapat daripada medium pada

lapisan bawah. Jadi pada siang hari, bunyi petir yang merambat dari

lapisan udara atas ke lapisan udara bawah akan dibiaskan menjauhi garis

normal. Hal sebaliknya terjadi, pada malam hari, udara pada lapisan atas

lebih panas daripada lapisan bawah. Dengan demikian kecepatan bunyi

pada lapisan udara atas lebih besar daripada kecepatan bunyi pada lapisan

bawah, yang berarti medium pada lapisan atas lebih renggang daripada

medium pada lapisan bawah. Jadi pada malam hari, bunyi petir yang

merambat dari lapisan udara atas ke lapisan udara bawah akan dibiaskan

mendekati garis normal.



7

3. Difraksi

Difraksi bunyi adalah pelenturan gelombang ketika melewati celah,

yang ukuran celahnya se-orde dengan panjang gelombangnya. Dalam

kehidupan sehari-hari, peristiwa difraksi gelombang bunyi dapat kita

dengar ketika kita mendengar bunyi mobi yang melintasi daerah

pegunungan yang berkelok atau suara percakapan orang yang beda

ruangan dengan pendengar.

4. Interferensi

Interferensi bunyi terjadi ketika dua gelombang bunyi yang memiliki

frekuensi sama atau hampir sama melalui daerah yang sama di udara dan

dalam arah yang berlawanan. Dua gelombang tersebut akan berinteferensi.

Pada suatu titik kita akan mendengar penguatan bunyi pada titik yang lain

pada ruang yang sama kita akan mendengar pelemahan bunyi. Penguatan

bunyi disebut interferensi konstruktif dan pelemahan bunyi disebut

interferensi destruktif. interferensi konstruktif terjadi jika dua gelombang

bunyi yang bertemu di suatu titik memiliki fase yang sama atau memiliki

beda lintasan yang merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang

bunyi. Sedangkan interferensi destruktif terjadi jika dua gelombang bunyi

yang bertemu di suatu titik memiliki beda lintasan setengah panjang

gelombang.

Layangan

Layangan bunyi terjadi ketika superposisi dua gelombang yang

memiliki frekuensi yang sedikit berbeda dan merambat dalam arah

yang sama. Satu pelayangan didefinisikan sebagai dua bunyi keras

atau dua bunyi lemah yang terjadi secara berurut. Misalnya lemah-

kuat-lemah atau kuat-lemah-kuat

C. Sumber Bunyi

1. Dawai

Salah satu sumber bunyi adalah dawai gitar. Nada yang dihasilkan

dawai gitar dapat diubah2 dengan cara menekan senar pada titik-titik



8

tertentu. Pola gelombang yang dapat terjadi pada dawai gitar ditunjukkan

gambar 1.

1. Nada dasar (harmonik pertama)

=

2. Nada atas kesatu

3. Nada atas kedua ( harmonik ketiga)

= =3

4. Nada atas ke-n

Laju gelombang pada dawai sebesar

√

2. Pipa organa

Pipa organa adalah alat yang menggunakan kolom udara sebagai

sumber getar. Contohnya adalah seruling dan terompet.

Gambar 1



9

Pipa organa ada dua jenis yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa

tertutup.

a) Pipa Organa Terbuka

Pipa organa terbuka adalah alat tiup berupa tabung yang kedua

ujung penampangnya terbuka. Kedua ujung pipa organa terbuka menjadi

perut gelombang pada kolom udara. Pola gelombang yang terjadi pada

pipa organa terbuka ditunjukkan Gambar 2.

Nada dasar (harmonik pertama)

=

Nada atas kedua f 1 (harmonik kedua)

Nada atas kedua ( harmonik ketiga)

= =3

Nada atas ke-n

Gambar 2



10

Perbandingan frekuensi yang dihasilkan oleh setiap pola gelombang

pada pipa organa terbuka adalah

.

b) Pipa Organa Tertutup

Pipa organa tertutup merupakan alat tiup berupa tabung yang salah

satu ujungnya tertutup dan ujung yang lainnya terbuka. Pola gelombang

pada pipa organa tertutup ditunjukkan Gambar 3

1)

Nada dasar (harmonik pertama)

2) Nada atas pertama

3) Nada atas kedua ( harmonik ketiga)

Gambar 3



11

4) Nada atas ke-n f n

Perbandingan frekuensi-frekuensi di atas yaitu

,

,

D. Efek Doppler

Ketika sebuah sumber bunyi bergerak mendekati pengamat, ketinggian

nada lebih tinggi daripada ketika sumber bunyi tersebut dalam keadaan

diam. Ketika sebuah sumber bunyi bergerak menjauhi pengamat,

ketinggian nada lebih rendah daripada ketika sumber bunyi tersebut dalam

keadaan diam. Peristiwa seperti ini dinamakan efek Doppler.

Terdapat beberapa kasus untuk meninjau efek Doppler yang terjadi

secara umum effek Doppler dapat dirumuskan sebagai berikut:

Penentuan tanda vp dan vs sebagai berikut:

Jika pendengar mendekati sumber, f > f s maka vp bertanda (+)

Jika pendengar menjauhi sumber, f p < f s maka vp bertanda (-)

Jika sumber mendekati pendengar f p > f s maka vs bertanda (-)



12

Jika sumber menjauhi pendengar f p < f s maka vs bertanda (+)

Pada perumusan efek doppler di atas, kita mengabaikan pengaruh angin.

Jika pengaruh angin diperhitungkan, untuk angin yang bergerak searah dengan

perambatan gelombang (dari sumber menuju pendengar), cepat rambat gelombang

menjadi:

Maka

Untuk angin yang bergerak berlawanan dengan arah perambatan gelombang (dari

pendengar menuju sumber), cepat rambat gelombang menjadi:

Maka



13

CAHAYA

Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi

oleh mata manusia. Karena itu, cahaya selain memiliki sifat-sifat gelombang

secara umum 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. Adapaun cahaya

monokromatik adalah cahaya yang hanya terdiri atas satu warna dan satu panjang

gelombang. Contoh cahaya monokromatik adalah cahaya merah dan ungu.

Sifat-Sifat Gelombang Cahaya

Cahaya merupakan salah satu spektrum gelombang elektromagnetik yaitu

gelombang yang merambat tanpa memerlukan medium. Cahaya memiliki

sifat-sifat sebagai berikut :

1. Dapat dilihat oleh mata.

2. Memiliki arah rambat yang tegak lurus getar (transversal)

3. Merambat menurut garis lurus.

4. Memiliki energi.

5. Dipancarkan dalam bentuk radiasi.

6. Dapat mengalami interferensi, difraksi (lenturan), dan polarisasi (terserap

sebagian arah getarnya).

a. Interferensi

Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu

gelombang baru. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar maja

interferensinya sulit diamati. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat

berikut ini :



14

o 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.

o Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitudo yang hampir

sama.

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. Jika

cahayanya tidak berupa berkas sinar maka interferensinya sulit

diamati.

Pada gambar 1 (a), dua berkas cahaya koheren dilewatkan pada

celah ganda kemudian dapat mengenai layar. Pada layar itulah tampak

pola garis-garis terang seperti pada gambar 1 (b). Pola garis terang dan

gelap inilah bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi.

Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya /beda

lintasan optik dari kedua celah tersebut. Berkas cahaya dari S1 dan S2

yang sampai pada layar terlihat berbeda lintasan sebesar S = d sin .

Gambar 1. (a) Diagram percobaan celah ganda Young (b) Pola garis

terang dan gelap pada layar

(a) (b)



15

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 = 0, 2, 4,.....

sedangkan berlawanan fase berarti berbeda sudut fase = 0, 3,

5,.....

a. Interferensi Maksimum

Apabila dua gelombang tertentu, dan saling menguatkan makaakan terjadi interferensi maksimum dan terbentuk pola garis terang.

Pada celah ganda, interferensi ini akan terjadi apabila kedua

gelombang memiliki fase yang sama (sefase), yaitu apabila

keduanya berfrekuensi sama dan titik-titik yang bersesuaian berada

pada tempat yang sama selama osilasi pada saat yang sama.

Jarak garis terang ke-n dari pusat terang dinyatakan dengan

persamaan :

n . λ = d sin .............................. (1)

dengan :

d = jarak antar celah (m)

= sudut yang dibentuk berkas cahaya dengan garis mendatar

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

λ = panjang gelombang cahaya yang berinterferensi (m)

b. Interferensi Minimum

Interferensi minimum terjadi jika dua gelombang bertemu dan

saling menguatkan. Namun, jika dua gelombang tidak bertemu, dan

akan saling meniadakan maka terjadi interferensi minimum,

sehingga terbentuk pola garis gelap. Interferensi ini terjadi pada

dua gelombang yang tidak sefase. Jarak garis gelap ke-n dari pusat

terang adalah :

........................ (2)



16

dengan :

d = jarak antar celah (m)

= sudut yang dibentuk berkas cahaya dengan garis mendatar

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

λ = panjang gelombang cahaya yang berinterferensi (m)

Perhatikan kembali gambar 1 (a), untuk sudut kecil ( ≤ 120)

akan berlaku sin ≈ tan berarti selisih lintasannya memenuhi

hubungan berikut :

2. Interferensi pada Lapisan Tipis

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat fenomena yang

ditimbulkan oleh interferensi cahaya. Sebagai contoh timbulnya garis-

garis berwarna yang tampak pada lapisan tipis minyak tanah yang

tumpah di permukaan air, warna-warni yang terlihat pada gelembung

sabun yang mendapat sinar matahari, serta timbulnya warna-warni

pada cakram padat (compact disc). Pola interferensi pada lapisan tipis

dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu panjang lintasan optik dan

perubahan fase sinar pantul.

Gambar 2. Interferensi cahaya pada lapisan tipis



17

Dari gambar 2, sinar AB merupakan sinar monokromatik yang

datang pada permukaan pelat tipis. Sebagian sinar AB dipantulkan

oleh permukaan bidang batas udara dan pelat (sinar BE) dan sebagian

lagi dibiaskan ke dalam medium pelat (sinar BC). Sinar BC

dipantulkan oleh permukaan bidang batas pelat dan udara (sinar CD).

Sinar CD dipantulkan oleh permukaan atas dan sebagian lagi

dibiaskan keluar film (sinar DF). Sinar BE dan DF datang bersamaan

di mata kita.

Sinar datang dengan sudut datang i pada lapisan tipis dengan

ketebalan d dan indeks bias n,sehingga sinar mengalami pemantulan

dan pembiasan dengan sudut bias r . Dengan mempertimbangkan

kedua faktor di atas, dapat ditentukan syarat-syarat terjadinya

interferensi berikut ini.

a. Syarat terjadinya interferensi maksimum (terang)

2n.d.cos r = (m - ) λ ; m = 1, 2, 3,..... ......................... (4)

b. Syarat terjadinya interferensi minimum (gelap)

2n.d.cos r = m λ ; m = 0, 1, 2,..... ............................... (5)

b. Dispersi

Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya putih (polikromatik)

menjadi komponen-komponennya karena pembiasan. Komponen-

komponen warna yang terbentuk yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru,

nila, dan ungu. Dispersi terjadi akibat adanya perbedaan deviasi untuk

setiap panjang gelombang. Setiap panjang gelombang memiliki indeks

bias yang berbeda. Indeks bias benda adalah sebuah besaran yang

menyatakan kemampuan benda untuk membiaskan cahaya. Semakin kecil

panjang gelombangnya maka semakin besar pula indeks biasnya.

1. Dispersi Cahaya pada Prisma

Prisma adalah benda bening (transparan) terbuat dari gelas yang

dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu

yang berfungsi menguraikan (sebagai pembias) sinar yang



18

mengenainya. Permukaan ini disebut bidang pembias, dan sudut yang

dibentuk oleh kedua bidang pembias disebut sudut pembias (β).

Cahaya yang melalui prisma akan mengalami dua kali pembiasan,

yaitu saat memasuki prisma dan meninggalkan prisma. Jika sinar

datang mula-mula dan sinar bias akhir diperpanjang, maka keduanya

akan berpotongan di suatu titik dan membentuk sudut yang disebut

sudut deviasi. Jadi, sudut deviasi (δ) adalah sudut yang dibentuk oleh

perpanjangan sinar datang mula-mula dengan sinar yang

meninggalkan bidang pembias atau pemantul.

Pada segiempat ABCE berlaku hubungan :

β + < ABC = 1800

Pada segitiga ABC berlaku hubungan :

r1 + i2 + < ABC = 1800

sehingga diperoleh hubungan :

β = r 1 + i2 .................................................................. (6)

dengan :

β = sudut pembias prisma

i2 = sudut datang pada permukaan 2

r1 = sudut bias pada permukaan 1

Pada segitiga ACD, <ADC + < CAD + < ACD = 1800

dengan

< CAD = i1 – r 1 dan < ACD = = r 2 – i2, sehingga berlaku hubungan :

< ADC + (i1 – r 1) + (r 2 – i2) = 1800

Gambar 3. Dispersi cahaya pada Prisma



19

< ADC = 1800

+ (r 1 – i2) - (i1 – r 2)

Jadi, sudut deviasi (δ) adalah :

δ = 1800

- < ADC

= 1800 – [180

0 +(r 1 – i2) - (i1 – r 2)]

= (i1 + r 2) - (r 1 + i2)

Diketahui β = r 2 + i2 (persamaan (6)), maka besar sudut deviasi yang

terjadi pada prisma adalah :

δ = (i1 + r 2) – β ................................ (7)

dengan :δ = sudut deviasi

i1 = sudut datang mula-mula

r 2 = sudut bias kedua

β = sudut pembias

2. Sudut Dispersi

Sudut dispersi merupakan sudut yang dibentuk antara deviasi

sinar satu dengan sinar lain pada peristiwa dispersi (penguraian

cahaya). Sudut ini merupakan selisih deviasi antara sinar-sinar yang

bersangkutan.

Jika sinar-sinar polikromatik diarahkan pada prisma, maka akan

terjadi penguraian warna (sinar monokromatik) yang masing-masing

sinar mempunyai deviasi tertentu.

Gambar 4. Dispersi sinar merah terhadap sinar ungu



20

Selisih sudut deviasi antara dua sinar adalah sudut dispersi, φ.

Sebagai contoh, pada gambar 4 dapat dinyatakan :

Deviasi sinar merah δm = (nm – 1) β

Deviasi sinar ungu δu = (nu – 1) β

Dengan demikian, dispersi sinar merah terhadap ungu sebesar :

φ = δu - δm ............................................... (8)

= (nu – 1) β - (nm – 1) β

Φ = (nu – nm) β ................................... (9)

dengan :

φ = sudut dispersi

nu = indeks bias warna ungu

nm = indeks bias warna merah

β = sudut pembias prisma

c. Difraksi

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 di belakang celah sehingga menghasilkandaerah penguatan dan pelemahan.

1. Difraksi Celah Tunggal



21

Pada gambar 5 di atas menunjukkan gelombang cahaya dengan

panjang gelombang λ didifraksikan oleh celah sempit dengan lebar d.

Pola gelap dan terang terbentuk ketika gelombang cahaya mengalami

interferensi.

Beda lintasan ke titik P adalah sin , dengan adalah sudut

antara garis tegak lurus terhadap celah dan garis dari pusat celah ke P.

Apabila beda lintasan yang terjadi adalah , maka kedua cahaya

(gambar 5) akan saling memperlemah dan menyebabkan terjadinya

interferensi minimum sehingga pada layar terbentuk pola gelap.

Jadi, pola gelap (difraksi minimum) terjadi jika :

d sin = n.λ ; n = 1, 2, 3,....... ............................ (10)

Sementara itu, pola terang (difraksi maksimum) terjadi bila :

( )

dengan :

d = lebar celah (m)

= sudut berkas sinar dengan arah tegak lurus (derajat)

λ = panjang gelombang cahaya (m)

2. Difraksi Celah Majemuk (Kisi Difraksi)

Gambar 5. Difraksi celah tunggal



22

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 adalah N, maka tetapan kisi d adalah :

Jika cahaya melewati 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, yaitu :

1. Garis terang (maksimum), bila :

d sin = n.λ ; n = 0, 1, 2,....... ............................ (13)

2. Garis gelap (minimum), bila :

( )

d. Polarisasi

Polarisasi adalah proses pembatasan gelombang vektor yang

membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah.

Polarisasi dapat juga didefinisikan sebagai pengurangan intensitas karena

berkurangnya komponen-kompenen gelombangnya. Tidak seperti

interferensi dan difraksi yang dapat terjadi pada gelombang transversal

dan longitudinal, efek polarisasi hanya dialami oleh gelombang

transversal. Cahaya dapat mengalami polarisasi menunjukkan bahwa

cahaya termasuk gelombang transversal yang memiliki komponen-

komponen yang saling tegak lurus. Polarisasi cahaya dapat disebabkan

oleh beberapa macam di antaranya adalah :

Gambar 6. Kisi Difraksi



23

1. Polarisasi karena Pembiasan dan Pemantulan

Cahaya datang dan mengenai batas medium akan mengalami

pemantulan dan pembiasan.

Perubahan sudut datang akan merubah sudut pantul i dan sudut

bias r . Pada suatu saat sinar pantul dan sinar bias akan saling tegak

lurus. Saat terjadi keadaan seperti inilah akan terjadi pembagian

intensitas pada kedua sinar itu, dan untuk sinar bias dan

untuk

sinar pantul sehingga sinarnya mengalami polarisasi.

Pada polarisasi linier ini akan berlaku hubungan-hubungan

seperti di bawah :

ip + r = 90o

Gambar 7. Polarisasi pembiasan dan pemantulan



24

tan ip =............................................... (15)

Persamaan 15 ini dikenal sebagai Hukum Brewster sesuai nama

ilmuwan yang pertama kali mempelajarinya, Daved Brewter (1781-

1868).

2. Absorbsi Selektif

Cahaya yang terpolarisasi bidang bias diperoleh dari cahaya

yang tidak terpolarisasi dengan menggunakan bahan bias ganda yang

disebut polaroid. Polaroid adalah suatu bahan yang dapat menyeraparah bidang getar gelombang cahaya dan hanya melewatkan salah

satu bidang getar. Seberkas sinar yang telah melewati polaroid hanya

akan memiliki satu bidang getar saja sehingga sinar yang telah

melewati polaroid adalah sinar yang terpolarisasi.

Cahaya yang tidak terpolarisasi terdiri atas cahaya dengan arah

polarisasi (vektor medan listrik) yang acak, yang masing-masing

arah polarisasinya diuraikan menjadi komponen yang saling tegak

lurus. Ketika cahaya yang tidak terpolarisasi melewati alat polarisasi,

satu dari komponen-komponennya dihilangkan. Jadi, intensitas

cahaya yang lewat akan diperkecil setengahnya karena setengah dari

cahaya tersebut dihilangkan.

............................................... (16)

Gambar 8. Perubahan intensitas cahaya dari cahaya tidak

terpolarisasi menjadi cahaya terpolarisasi



25

Jika satu berkas cahaya terpolarisasi bidang jatuh pada polaroid

yang sumbunya membentuk sudut

terhadap arah polarisasi datang,amplitudonya akan diperkecil sebesar cos . Karena intensitas berkas

cahaya sebanding dengan kuadrat amplitudo, maka intensitas

terpolarisasi bidang yang ditransmisikan oleh alat polarisasi adalah :

I = I o cos2 ............................................. (17)

dengan :

Io = intensitas cahaya awal

I = intensitas cahaya terpolarisasi = sudut antara kedua polarisator

Persamaan 17 inilah yang kemudian dikenal sebagai hukum Mallus.

3. Polarisasi karena Pembiasan Ganda (Bias Kembar)

Bias ganda merupakan sifat yang dimiliki oleh beberapa kristal

tertentu (terutama kalsit) untuk membentuk dua sinar bias dari suatu

sinar datang tunggal. Sinar bias (ordinary ray) mengikuti hukum-

hukum pembiasan normal (hukum Snellius) dan cahaya ini tidak

terpolarisasi. Sinar bias lain, yang dinamakan sinar luar biasa/sinar

istimewa (extraordinary ray), karena tidak memenuhi hukum snellius

dan cahaya ini adalah cahaya yang terpolarisasi.

`

4. Polarisasi karena Hamburan

Cahaya yang datang pada zat gas akan mengalami polarisasi

sebagian. Elektron-elektron dalam partikel akan menyerap dan

Gambar 9. Polarisasi karena pembiasan ganda



26

memancarkan kembali sebagian dari cahaya. Suatu peristiwa

penyerapan dan pemancaran kembali suatu gelombang cahaya oleh

partikel disebut hamburan. Fenomena yang menerapkan prinsip ini

antara lain warna biru pada langit dan warna merah yang terlihat

ketika matahari terbenam.

Langit pada siang hari tampak berwarna biru karena sinar biru

dihamburkan lebih banyak daripada warna lain. Ketika matahari

terbenam dan berada di kerendahan langit, cahaya dari akhir

spektrum biru dihamburkan. Matahari terlihat berwarna kemerahan

karena warna dari akhir spektrum lewat ke mata kita, tetapi warna

biru lolos.

GELOMBANG CAHAYA Memer

Documents

Transcript of GELOMBANG CAHAYA Memer