cahaya sebagai gelombang

CAHAYA SEBAGAI GELOMBANG
Sifat cahaya sebagai gelombang dapat ditunjukkan melalui fenomena interferensi maupun difraksi.
Interferensi Cahaya
Interferensi merupakan salah satu gejala gelombang, dimana gelombang-gelombang yang koheren
(amplitude, frekuensi, dan beda fase sama) saling berpadu dan menghasilkan pelemahan (interferensi
minimum) dan penguatan (interferensi maksimum)
Interferensi cahaya akan menghasilkan pola gelap terang sebagai bentuk interferensi minimum dan
maksimum.
Interferensi Lapisan Tipis
Ketika sinar dalam lapisan minyak mengenai bidang batas minyak dan air, sinar yang dipantulkan mengalami
perubahan fase (berlawanan fase). Akibatnya sinar yang berinterferensi memiliki beda fase ½. Dengan
demikian, interferensi maksimum terjadi jika selisih lintasan optik kedua sinar adalah
1 3 5
 ,  ,  ,...
2 2 2
sebaliknya interferensi minimum terjadi jika selisih lintasan optiknya 0 , 1 , 2 ,3 ,... Secara matematis pita


terang terjadi saat 2nd cos r   m 
1
  , m= 0, 1, 2, 3,…
2
Interferensi Celah Ganda (Percobaan Young)
Percobaan Interferensi cahaya dilakukan oleh Thomas Young dengan menggunakan peralatan celah ganda,
seperti tampak pada ilustrasi di bawah. Sebuah sumber cahaya berada di belakang dua celah yang akan
menghasilkan dua sumber cahaya yang koheren.
Layar diletakkan di depan celah tersebut yang akan menghasilkan pola gelap-terang yang selalu dimulai
dengan terang pusat.
Parameter percobaan celah ganda adalah :
p : jarak pola gelap-terang dari terang pusat (m)
d : jarak dua celah (m)
L : jarak celah ke layar (m)
 : panjang gelombang (m)
m : orde pola gelap terang
∆S : selisih lintasan (m)
 : sudut interferensi
 Jarak pola gelap dari terang pusat pada Interferensi celah ganda berlaku :
1
d
1
d sin   (m  ) atau p  (m  ) , dengan m : 1, 2, 3, … tidak ada gelap pusat
2
L
2
 Jarak pola terang dari terang pusat pada Interferensi celah ganda berlaku :
d sin   m atau p
d
 m , dengan m : 0, 1, 2, 3, … dimana m = 0 adalah orde terang pusat
L
Difraksi Cahaya
Peristiwa difraksi merupakan pelenturan cahaya karena melewati “penghalang” dan akan menghasilkan pola
gelap terang sama seperti interferensi. Penghalang ini bisa berupa celah tunggal maupun kisi (celah banyak)
 Difraksi Kisi
Pelenturan muka gelombang cahaya karena melewati celah banyak (kisi). Pola gelap terang dapat diamati di
layar dan akan memenuhi persamaan :
 Jarak pola gelap dari terang pusat pada difraksi kisi berlaku,
1
d
1
d sin   (m  ) atau p  (m  ) , dengan m : 1, 2, 3, … tidak ada gelap pusat
2
L
2
 Jarak pola terang dari terang pusat pada difraksi kisi berlaku :
d sin   m atau p
d
 m , dengan m : 0, 1, 2, 3, … dimana m = 0 adalah orde terang pusat
L
Parameter percobaan difraksi kisi adalah :
d
1
, dengan N : konstanta kisi (celah/m)
N
 Difraksi Celah Tunggal
Pelenturan muka gelombang cahaya karena melewati celah tunggal. Pola gelap terang dapat diamati di layar
dan akan memenuhi persamaan :
 Jarak pola terang dari terang pusat pada difraksi celah tunggal berlaku,
1
d
1
d sin   ( m  ) atau p  ( m  )  , dengan m : 1, 2, 3,… kecuali terang pusat
2
L
2
 Jarak pola gelap dari terang pusat pada Interferensi celah ganda berlaku :
d sin   m atau p
d
 m , dengan m : 1, 2, 3, …
L
Parameter percobaan celah ganda adalah :
d : lebar celah (m)
 Jarak dua pola gelap atau terang yang berdekatan akan berlaku persamaan :
p
d

L
 Polarisasi
Polarisasi adalah peristiwa 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 tranversal.
Polarisasi karena pemantulan dan pembiasan cahaya
Polarisasi cahaya dapat terjadi karena pemantulan dan pembiasan cahaya. Seperti gambar di bawah, berkas
cahaya masuk dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat sehingga berkas cahaya dibiaskan
mendekati garis normal. Saat berkas sinar pantul dan sinar bias membentuk sudut 90° (ip+r=90°) maka
sudut sinar datang (ip) yang membentuk sinar pantul terpolarisasi linier disebut sudut Brewster (sudut
polarisasi).
Hukum Snellius tentang pembiasan :
sin i p
sin r

sin i p n 2
n2
n

dimana r=(90°-ip ) menyebabkan sin r  cos i p , sehingga
atau tan i p  2
n1
cos i p n1
n1
Polarisasi karena serapan efektif
Cahaya terpolarisasi dapat juga diperoleh dari sinar tak terpolarisasi dengan melewatkannya melalui sebuah
polarisator. Polaroid menggunakan dua polarisator yaitu polarisator 1 sebagai polarisator dan polarisator
kedua sebagai analisator. Sinar tak terpolarisasi yang melewati polarisator 1 intensitasnya berkurang menjadi
setengah kali semula atau I1 
1
I 0 . Jika sudut orientasi antara polarisator (polarisator 1) dan analisator
2
(polarisator 2) membentuk sudut θ, maka sesuai dengan Hukum Mallus,
I 2  I1 cos 2  
1
I 0 cos 2 
2
Latihan Soal
1. Dua buah celah terpisah pada jarak 1 mm satu sama lain. Seberkas cahaya dengan panjang gelombang
7000 Å melewati celah tersebut sehingga terjadi pola interferensi cahaya. Jika jarak celah ke layar 2
meter, tentukanlah :
a. Jarak gelap kedua dari terang pusat
b. terang ketiga dari terang pusat
c. jarak pola gelap kedua dan terang kedua
d. Jarak terang kedua dan gelap keempat
2. Jarak pita terang kedua dari pusat terang pada suatu percobaan interferensi adalah 7,00 mm. Jika panjang
gelombang cahaya yang digunakan adalah 4900 Å dan jarak antara celah dengan layar 1,5 m, tentukan
jarak antar celah ! …
3. Pada percobaan Young digunakan gelombang cahaya dengan panjang gelombang 4500 Å dan jarak
antara celah dengan layar 2 meter. Jika jarak antar celah 0,5 mm, tentukan jarak pita terang kedua dari
pusat terang ! …
4. Seberkas cahaya putih dilewatkan pada kisi difraksi 1.000 garis/cm. Jika panjang gelombang cahaya
merah dan ungu masing-masing 7.000 Å dan 4.000 Å, serta jarak kisi ke layar 1 meter, tentukanlah jarak
pita merah dan ungu untuk orde pertama ! …
5. Seorang siswa melakukan percobaan difraksi cahaya dengan menggunakan kisi difraksi 300 garis/mm,
berjarak 1 m dari layar. Ia mendapatkan pita terang pertama untuk suatu cahaya monokromatik
berjarak 1,8 cm dari pusat terang. Panjang gelombang cahaya yang ia gunakan adalah . . .
6. Cahaya monokromatik dari sebuah sumber mengenai sebuah celah tunggal yang mempunyai
diameter celah 0,06 cm. Jarak garis gelap kedua terhadap pusat terang adalah 0,12 cm. Jika jarak
celah terhadap layar 2,4 m, berapakah panjang gelombang cahaya tersebut? …
7. Sebuah celah sempit tunggal dengan lebar a disinari oleh cahaya monokromatik dengan panjang
gelombang 5,9.10-7 m. Agar terjadi pola difraksi maksimum dengan orde pertama pada sudut 30°, lebar
celah tersebut adalah ? …