XII IPA 1Nama Anggota :1.Dewi Nurchaliza Kusuma2.Fitri Kurniawati3.Nadella Maharani S4.Syafira Nilam Sari

CAHAYA SEBAGAI GELOMBANG

Kel. 2

Interferensi cahaya

Difraksi cahaya

Polarisasi cahaya

Dispersi cahaya

Materi

INTERFERENSI CAHAYA

Interferensi cahaya

Adalah proses perpaduan dua gelombang yang akan menghasilkan sebuah gelombang.

Interfensi terjadi akibat perbedaan lintasan gelombang

cahaya yang tiba pada suatu titik dengan syarat kedua

gelombang cahaya tersebut koheren (beda fasa tetap).

Syarat- Syarat Interferensi :a. 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.b. Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitudo yang hampir sama.

Jika berkas cahaya melalui S1 dan S2, maka celah tersebut (S1 dan S2) akan berfungsi sebagai sumber cahaya baru dan menyebarkan sinarnya ke segala arah. Apabila cahaya dari celah S1 dan S2 berinterferensi, maka akan terbentuk suatu pola interferensi. Pola interferensi tersebut dapat ditangkap pada layar berupa pola garis terang dan gelap. Interferensi dapat terjadi karena adanya beda lintasan berkas cahaya dari S1 dan S2. Jika jarak antara kedua celah (d), jauh lebih kecil daripada jarak celah terhadap layar, l (d << l ), maka beda lintasan pada titik sembarang P adalah S2P – S1P = d sin θ .

Interferensi Maksimum

Apabila dua gelombang bertemu, dan saling

menguatkan, maka akan 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.

n.λ = d.sin θKarena l >> d, maka sudut θ sangat kecil, sehingga berlaku pendekatan sinθ = tanθ = p / l n. λ = d (p / l)

n. λ = pd p = jarak garis terang dari pusat terangd = jarak kedua sumberl = jarak layar ke sumber cahaya

λ = panjang gelombangn = orde atau nomor terang (n = 0, 1, 2, ...)

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:

(n-(1/2)) λ = d.sin θ Bilangan n menyatakan orde atau nomor gelap, yang besarnya n = 1, 2, 3, ... . Untuk n = 1 disebut minimum orde ke-1. Mengingat sinθ = p / l maka persamaan menjadi: (n-(1/2)) λ = d. (p / l)

Interferensi Minimum

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).

Interferensi pada Lapisan Tipis

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. 1. Syarat terjadinya interferensi maksimum (terang) 2n.d.cos r = (m – 1/2) λ ; m = 1, 2, 3, ............ (7) 2. Syarat terjadinya interferensi minimum (gelap) 2n.d.cos r = mλ ; m = 0, 1, 2, ....................... (8)

Dari Gambar 4, 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.

Cincin Newton

Cincin Newton adalah pola interferensi yang terbentuk oleh sebuah lensa yang sedikit cembung yang diletakkan di atas sebuah keping gelas datar. Bila cahaya monokromatik dipantulkan oleh kedua permukaan yang berdekatan ke mata pengamat dengan sudut tertentu, titik singgung lensa akan terlihat sebagai sebuah lingkaran gelap dikelilingi sederet cincin terang dan gelap.

DIFRAKSI CAHAYA

Pola interferensi cincin Newton ini terjadi jika cahaya dengan panjang gelombang λ, datang dari atas dengan arah tegak lurus. Jika R adalah jari-jari kelengkungan lensa dan r adalah jari-jari kelengkungan gelap dan terang hasil interferensi, maka akan terjadi hal-hal berikut ini.Gambar 6. Pola Interferensi Cincin Newton terjadi jika cahaya datang dari atas dengan arah tegak lurus.1. Interferensi maksimum (lingkaran terang), jika: rt

2 = (n – 1/2) λ .R; n = 1, 2, 3, ...................... (9) dengan rt adalah jari-jari lingkaran terang ke-n. 2. Interferensi minimum (lingkaran gelap), jika: rg

2 = n. λ .R; n = 0, 1, 2, ................................ (10) dengan rg adalah jari-jari lingkaran gelap ke-n.

Ketika muka gelombang bidang mengenai celah sempit (lebar celah lebih kecil dari panjang

gelombang), maka gelombang tersebut akan mengalami lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di

belakang celah. Peristiwa ini dikenal dengan difraksi.

Difraksi

Pembelokan sinar sekitar penghalang

Panjang gelombang~ dimensi penghalang

Pola Difraksi

Pola Difraksi Pola gelap terang,

dengan intensitas terang yang akan

semakin berkurang

Gambar di samping menunjukkan

suatu pola difraksi dari berkas sinar

yang melewati celah sempit

berbentuk lingkaran

16

Difraksi FraunhoferBerikut adalah susunan eksperimen untuk memperoleh difraksi Fraunhofer dari suatu celah tunggal :

•Jarak layar cukup jauh dari sumber

•Sinar dapat dianggap parallel

Pola Difraksi Fraunhofer

Difraksi FresnelJenis difraksi yang berasal dari sumber cahaya dan/atau layar terletak pada jarak tertentu (dekat) dari celah.Tinjauan teoritis dari difraksi Fresnel sangat kompleks.

Difraksi oleh celah berbentuk lingkaran

Terjadi di saat cahaya melewati peralatan-peralatan yang mempunyai bentuk silinder seperti, teleskop dan mikroskop

Pola gelap pertama terjadi pada: Lingkaran Sin = 1.22l/d, dengan d adalah diameter dari

lingkaran

21

Pola Difraksi dari suatu sumber yang melewati celah berbentuk lingkaran

22

Intensitas dari pola difraksi celah tunggal dengan lebar a

Intensitas dari pola interferensi dua celah yang terpisah oleh jarak d

Intensitas dari pola difraksi dua celah dengan lebar celah a, yang terpisah oleh jarak d

Difraksi dari dua celah

Difraksi Celah Ganda Gambar:

a) a<l, Celah gandab) a>l, Celah tunggalc) a>l, Celah ganda

24

DISPERSI CAHAYA

Dispersi cahaya

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 deviasiuntuk setiap panjang gelombang, yangdisebabkan oleh perbedaan kelajuan masing-masing gelombang pada saat melewati mediumpembias.

keeeeeePembiasan 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 mengenainya. Permukaan ini disebut bidang pembias, dan sudut yang dibentuk oleh kedua bidang pembias disebut sudut pembias (β).

Jika seberkas cahaya polikromatik jatuh pada salah satu bidang prisma

akan di uraikan (mengalami dispersi) menjadi cahaya monokromatik. Warna

merah memiliki panjang gelombang terbesar,

sedangkan warna ungu memiliki panjang gelombang

terkecil. Warna merah memiliki indeks bias terkecil,

sedangkan warna ungu memiliki indeks bias

terbesar.

• jika indes bias prima = np dan indeks bias medium (udara) = nm berlaku rumus

• jika β ≤ 10o, maka berlaku

Kayu yang bengkok dan kolam yang dangkal.

Bila kita memasukkan sebagian kayu kedalam air, maka kita melihat kayu membengkok.

Dan bila kita perhatikan dasar kolam, kolam akan tampak lebih dangkal.

Pembiasan dan Pemantulan sempurna pada kehidupan sehari-hari

PelangiPelangi adalah hasil dari

pembiasan dan dispersi cahaya oleh titik-titik air yang ada di udara

Pembiasan dan Pemantulan sempurna pada kehidupan sehari-hari

POLARISASI

Polarisasi merupakan proses pengkutuban atau penyerapan/pemfilteran cahaya sehingga dihasilkan arah gelombang cahaya yang sesuai. Sebagai gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi. Polarisasi cahaya dapat disebabkan oleh empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), absorbsi (penyerapan), pembiasan (refraksi) ganda dan hamburan.

Polarisasi

Pemantulan akan menghasilkan cahaya terpolarisasi jika sinar pantul dan sinar biasnya membentuk sudut

90o. Arah getar sinar pantul yang terpolarisasi akan sejajar dengan

bidang pantul. Oleh karena itu sinar pantul tegak lurus sinar bias, berlaku ip + r = 90° atau r = 90° – ip . Dengan

demikian, berlaku pula

Dengan n2 adalah indeks bias medium tempat cahaya datang n1 adalah medium tempat cahaya terbiaskan, sedangkan ip adalah sudut pantul yang merupakan sudut terpolarisasi.

Polarisasi karena Refleksi

Persamaan di atas merupakan bentuk matematis dari Hukum Brewste.

Gambar 1. Polarisasi karena refleksi

Polarisasi karena absorbsi selektif Polarisasi jenis ini dapat terjadi dengan bantuan kristal polaroid.

Bahan polaroid bersifat meneruskan cahaya dengan arah

getar tertentu dan menyerap cahaya dengan arah getar yang

lain. Cahaya yang diteruskan adalah cahaya yang arah

getarnya sejajar dengan sumbu polarisasi polaroid.

Gambar 2. Skema polarisasi selektif menggunakan filter polaroid. Hanya cahaya dengan orientasi sejajar sumbu

polarisasi polaroid yang diteruskan.

Gambar 3. Dua buah polaroid, polaroid pertama disebut polarisator dan polaroid kedua disebut analisator dengan sumbu

transmisi membentuk sudut θ

Seberkas cahaya alami menuju ke polarisator. Di sini cahaya dipolarisasi secara vertikal yaitu hanya komponen

medan listrik E yang sejajar sumbu transmisi. Selanjutnya cahaya

terpolarisasi menuju analisator. Di analisator, semua komponen E yang

tegak lurus sumbu transmisi analisator diserap, hanya komponen E yang sejajar sumbu analisator diteruskan. Sehingga

kuat medan listrik yang diteruskan analisator menjadi:

E2 = E cos θJika cahaya alami tidak terpolarisasi yang jatuh pada polaroid pertama (polarisator) memiliki intensitas I0, maka cahaya terpolarisasi yang melewati polarisator adalah: I1 = ½ I0

Cahaya dengan intensitas I1 ini kemudian menuju analisator dan akan keluar dengan intensitas menjadi: I2 = I1 cos2θ = ½ I0 cos2θ

Polarisasi karena pembiasan ganda

Gambar 4. Skema polarisasi akibat

pembiasan ganda.

Jika berkas kaca dilewatkan pada kaca, kelajuan cahaya yang keluar akan sama ke segala arah. Hal ini karena kaca bersifat homogen, indeks

biasnya hanya memiliki satu nilai. Namun, pada bahan-bahan kristal tertentu misalnya kalsit dan

kuarsa, kelajuan cahaya di dalamnya tidak seragam karena bahan-bahan itu memiliki dua

nilai indeks bias (birefringence).

Cahaya yang melalui bahan dengan indeks bias ganda akan mengalami pembiasan dalam dua arah yang berbeda. Sebagian berkas akan memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar biasa), sedangkan sebagian yang lain tidak memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar istimewa).

Polarisasi karena hamburan

Jika cahaya dilewatkan pada suatu medium, partikel-partikel medium akan menyerap dan memancarkan kembali sebagian cahaya itu.

Penyerapan dan pemancaran kembali cahaya oleh partikel-partikel medium ini dikenal sebagai

fenomena hamburan.

Pada peristiwa hamburan, cahaya yang panjang gelombangnya lebih pendek cenderung mengalami hamburan dengan intensitas yang besar. Hamburan ini dapat diamati pada warna biru yang ada di langit kita.

Sebelum sampai ke bumi, cahaya matahari telah melalui partikel-

partikel udara di atmosfer sehingga mengalami hamburan

oleh partikel-partikel di atmosfer itu. Oleh karena cahaya biru memiliki panjang gelombang lebih pendek daripada cahaya

merah, maka cahaya itulah yang lebih banyak dihamburkan dan

warna itulah yang sampai ke mata kita.

Gambar 5. Warna biru langit akibat fenomena polarisasi karena

hamburan