Polarisasi (Pengkutuban)

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

Polarisasi adalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang. Gejala polarisasi hanya dapat dialami oleh gelombang transversal saja, sedangkan gelombang longitudinal tidak mengalami gejala polarisasi. Fakta bahwa cahaya dapat mengalami polarisasi menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal. 

Pada umumnya, gelombang cahaya mempunyai banyak arah getar.  Suatu gelombang yang mempunyai banyak arah getar disebut gelombang tak terpolarisasi, sedangkan gelombang yang memilki satu arah getar disebut gelombang terpolarisasi. 

Gejala polarisasi dapat digambarkan dengan gelombang yang terjadi pada tali yang dilewatkan pada celah. Apabila tali digetarkan searah dengan celah maka gelombang pada tali dapat melewati celah tersebut. Sebaliknya jika tali digetarkan dengan arah tegak lurus celah maka gelombang pada tali tidak bisa melewati celah tersebut.  

Sinar alami seperti sinar Matahari pada umumnya adalah sinar yang tak terpolarisasi. Cahaya dapat mengalami polarisasi dengan berbagai cara, antara lain karena peristiwa pemantulan, pembiasan, bias kembar, absorbsi selektif, dan hamburan.  1. Polarisasi karena Pemantulan Cahaya yang datang ke cermin dengan sudut datang sebesar 57o, maka sinar yang terpantul akan merupakan cahaya yang terpolarisasi. Cahaya yang berasal dari cermin I adalah cahaya terpolarisasi akan dipantulkan ke cermin. 

Apabila cermin II diputar sehingga arah bidang getar antara cermin I dan cermin II saling tegak lurus, maka tidak akan ada cahaya yang dipantulkan oleh cermin II. Peristiwa ini menunjukkan terjadinya peristiwa polarisasi. Cermin I disebut polarisator, sedangkan cermin II disebut analisator. Polarisator akan menyebabkan sinar yang tak terpolarisasi

menjadi sinar yang terpolarisasi, sedangkan  analisator akan menganalisis sinar tersebut merupakan sinar terpolarisasi atau tidak.

2. Polarisasi karena Pemantulan dan Pembiasan 

Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan para ilmuwan Fisika menunjukkan bahwa polarisasi karena pemantulan dan pembiasan dapat terjadi apabila cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan saling tegak lurus atau membentuk sudut 90o. 

Di mana cahaya yang dipantulkan merupakan cahaya yang terpolarisasi sempurna, sedangkan sinar bias merupakan sinar terpolarisasi sebagian.  Sudut datang sinar yang dapat menimbulkan cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan merupakan sinar yang terpolarisasi. 

Sudut datang seperti ini dinamakan sudut polarisasi (ip) atau sudut Brewster. Pada saat sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus (membentuk sudut 90o) akan berlaku ketentuan bahwa :i' + r = 90o atau r = 90o - iDari hukum Snellius tentang pembiasan berlaku bahwa :

3. Polarisasi karena Bias Kembar (Pembiasan Ganda) 

Polarisasi karena bias kembar dapat terjadi apabila cahaya melewati suatu bahan yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari satu, misalnya pada kristal kalsit.  

Cahaya yang lurus disebut cahaya biasa, yang memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini tidak terpolarisasi. Sedangkan cahaya yang dibelokkan disebut cahaya istimewa karena tidak memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini adalah cahaya yang terpolarisasi.  

4. Polarisasi karena Absorbsi 

Selektif Polaroid adalah suatu bahan yang dapat menyerap arah 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.  

Peristiwa polarisasi ini disebut polarisasi karena absorbsi selektif. Polaroid banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain untuk pelindung pada kacamata dari sinar matahari (kacamata sun glasses) dan polaroid untuk kamera.  

5. Polarisasi karena Hamburan 

Polarisasi cahaya karena peristiwa hamburan dapat terjadi pada peristiwa terhamburnya cahaya matahari oleh partikel-partikel debu di atmosfer yang menyelubungi Bumi. Cahaya matahari yang terhambur oleh partikel debu dapat terpolarisasi. Itulah sebabnya pada hari yang cerah langit kelihatan berwarna biru. Hal itu disebabkan oleh warna cahaya biru dihamburkan paling efektif dibandingkan dengan cahaya-cahaya warna yang lainnya.  

6. Pemutaran Bidang PolarisasiSeberkas cahaya tak terpolarisasi melewati sebuah polarisator sehingga cahaya yang diteruskan terpolarisasi. Cahaya terpolarisasi melewati zat optik aktif, misalnya larutan gula pasir, maka arah polarisasinya dapat berputar.

A. Polarisasi CahayaVersi Bahasa Inggris (klik disini)

Sebagai gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi. Polarisasi cahaya dapat disebabkan oleh empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), absorbsi (penyerapan), pembiasan (refraksi) ganda dan hamburan.

1. Polarisasi karena refleksi

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

Jadi, diperoleh persamaan

Dengan n2 adalah indeks bias medium tempat cahaya datang n1 adalah medium tempat cahaya terbiaskan, sedangkan ip adalah sudut pantul yang merupakan sudut terpolarisasi. Persamaan di atas merupakan bentuk matematis dari Hukum Brewster.

Gambar 1. Polarisasi karena refleksi

2. Polarisasi karena absorbsi selektif

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

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 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 θ

Jika 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

 3. Polarisasi karena 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).

Gambar 4. Skema polarisasi akibat pembiasan ganda.

4. 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.

Gambar 5. Warna biru langit akibat fenomena polarisasi karena hamburan

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.

Soal:

1. Suatu cahaya tak terpolarisasi mengenai polaroid pertama dengan intensitas I0. Tentukan intensitas cahaya yang keluar dari sistem polaroid, yang terdiri dari dua buah polaroid, jika kedua sudut antara kedua sumbu transmisi adalah 30o! (kunci jawaban)

2. Suatu sumber cahaya terang dipandang melalui dua lembar polaroid yang arah sumbu polarisasinya mula-mula sejajar. Jika : a) Melalui sudut berapakah salah satu polaroid harus diputar untuk mengurangi amplitudo getaran medan listrik yang diamati menjadi setengah dari nilainya semula. b) Apakah pengaruh sudut salah satu polaroid terhadap intensitas cahaya yang diteruskan. c) Melalui sudut berapakah salah satu polaroid harus diputar untuk mengurangi intensitas cahaya yang diteruskan menjadi setengah dari nilainya semula.

3. Suatu berkas cahaya monokromatis tak terpolarisasi dating pada bidang batas udara-kaca dengan indeks bias relative 1,50. Hitung sinus sudut dating yang menghasilkan sinar pantul terpolarisasi linier!

4. Ketika cahaya dating dari udara ke kaca, sudut polarisasi adalah 57o. berapakah besar sudut polarisasi untuk bidang batas yang sama tetapi cahaya dari kaca ke udara?

no 4. 33 derajat => 90-ip >> 90 – 57= 33

Mengapa langit berwarna biru?Sebuah berawan hari waktu yang jelas langit adalah biru karena molekul-molekul di udara menyebarkan cahaya biru dari matahari lebih dari yang mereka menghamburkan cahaya merah. Ketika kita melihat ke arah matahari saat matahari terbenam, kita melihat warna merah dan oranye karena cahaya biru telah tersebar dan jauh dari garis pandang.

Cahaya putih dari matahari adalah campuran dari semua warna pelangi. Hal ini ditunjukkan oleh Isaac Newton, yang menggunakan prisma untuk memisahkan berbagai warna dan berbagai bentuk spektrum. Warna cahaya dibedakan oleh panjang gelombang yang berbeda mereka. Bagian terlihat dari spektrum berkisar antara lampu merah dengan panjang gelombang sekitar 720 nm, untuk ungu dengan panjang gelombang sekitar 380 nm, dengan oranye, kuning, hijau, biru dan nila antara. Ketiga jenis reseptor warna dalam retina mata manusia merespon paling kuat untuk merah, hijau dan biru panjang gelombang, memberikan kita penglihatan warna kita.