PANTULAN DAN PEMBIASAN CAHAYA

Apa itu cahaya? Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika: cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak. Cahaya adalah paket partikel yang disebut foton.

Sifat cahaya Cahaya merupakan gelombang transversal yang termasuk gelombang elektromagnetik. Cahaya dapat merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan 3 x 108 m/s. Sifat cahaya : Dapat mengalami pemantulan (refleksi) Dapat mengalami pembiasan (refraksi) Dapat mengalami pelenturan (difraksi) Dapat dijumlahkan (interferensi) Dapat diuraikan (dispersi) Dapat diserap arah getarnya (polarisasi) Bersifat sebagai gelombang dan partikel

Laju Cahaya Kelajuan cahaya (kelajuan cahaya dalam ruang vakum) adalah sebuah konstanta fisika yang disimbolkan dengan huruf c, singkatan dari celeritas (yang dirujuk dari dari bahasa Latin) yang berarti “speed of light“ Merupakan kelajuan maksimum dapat dilajui oleh segala bentuk energi, materi, dan informasi dalam alam semesta. Merupakan kelajuan segala partikel tak bermassa dan medan fisika, termasuk radiasi elektromagnetik dalam vakum.

Cahaya Matahari diperkirakan memerlukan waktu 8 menit untuk mencapai Bumi

Laju Cahaya Pada tahun 1676, sebuah percobaan awal untuk mengukur laju cahaya dilakukan oleh Ole Christensen Rømer. Dengan menggunakan teleskop, Ole Christensen Rømer mengamati gerakan planet Jupiter dan salah satu satelitnya, bernama Io.] Dengan menghitung pergeseran periode orbit Io, Rømer memperkirakan jarak tempuh cahaya pada diameter orbit bumi sekitar 22 menit. Jika pada saat itu Rømer mengetahui angka diameter orbit bumi, perhitungan laju cahaya yang dibuatnya akan mendapatkan angka 227×106 meter/detik

Laju Cahaya Hyppolite Louis Fizaeu Pada tahun 1849, pengukuran laju cahaya, yang lebih akurat, dilakukan di Eropa oleh Hippolyte Fizeau. Fizeau menggunakan roda sprocket yang berputar untuk meneruskan cahaya dari sumbernya ke sebuah cermin yang diletakkan sejauh beberapa kilometer. Pada kecepatan rotasi tertentu, cahaya sumber akan melalui sebuah kisi, menempuh jarak menuju cermin, memantul kembali dan tiba pada kisi berikutnya.

Efek Doppler dinamakan mengikuti tokoh fisika, Christian Andreas Doppler  adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari sebuah sumber gelombang yang diterima oleh pengamat, jika sumber suara/gelombang tersebut bergerak relatif terhadap pengamat/pendengar Gelombang suara yang memancar dari sebuah ambulans akan diterima lebih tinggi/rendah frekuensinya jika ambulans tersebut mendekati/menjauhi kita

Efek Doppler dengan Μ0  permeabilitas vakum = 4π × 10-7 Wb/A.m ε0  permitivitas vakum = 8,85418 × 10-12 C2/N.m2 C = 2,99792 × 108 m/s ≈ 3 × 108 m/s. Sebagai gelombang, cahaya juga mengalami efek Doppler, yaitu pergeseran frekuensi akibat gerak relatif antara sumber cahaya dan pengamat. Frekuensi cahaya yang diterima pengamat akibat efek Doppler (fp) dapat didekati dengan rumus:

Efek Doppler Efek Doppler total, f, dapat merupakan hasil superposisi dari gerakan sumber dan/atau gerakan pengamat, sesuai dengan rumusan berikut: v = kecepatan gelombang dalam medium vs = kecepatan sumber gelombang relatif terhadap medium; positif jika pengamat mendekati sumber gelombang/suara. vr = kecepatan pengamat (receiver) relatif terhadap medium; positif jika sumber menjauhi pengamat

Efek doppler pada cahaya Dalam cahaya, perbedaan frekuensi muncul sebagai perbedaan dalam warna. Misalnya, cahaya merah memiliki frekuensi sekitar 5 1.014 hertz, lampu hijau, frekuensi sekitar 6 1014 hertz, dan cahaya biru, frekuensi sekitar 7 1014 hertz. Misalkan seorang melihat lampu kendaraan yang menghasilkan cahaya hijau sangat murni. Kemudian bahwa lkendaraan mulai bergerak cepat menjauh dari pengamat. Efek Doppler menyatakan bahwa frekuensi cahaya akan menurun. Lampu warna hijau murni, akan cenderung menuju ke warna merah. Semakin cepat lampu bergerak menjauh dari pengamat, semakin ia akan muncul untuk menjadi yang pertama kuning, lalu oranye, lalu merah. Pada kecepatan yang sangat tinggi, cahaya yang datang dari lampu akan tidak lagi terlihat hijau sama sekali, tetapi akan menjadi merah.

Pada tahun 1923, astronom Amerika Edwin Hubble (1889 - 1953) membuat penemuan yang menarik. Ia menemukan bahwa semua bintang di luar pergeseran merah galaksi kita menunjukkan cahaya. Artinya, semua bintang di luar galaksi kita harus bergerak menjauh dari Bumi. Selanjutnya, semakin jauh bintang-bintang, semakin berwarna merah mereka, dan dengan demikian, semakin cepat mereka bergerak menjauh dari kita.

Efek doppler pada kecepatan cahaya

Polarisasi cahaya Refleksi Absorbsi Refraksi Hamburan POLARISASI Sebagai gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi Refleksi Absorbsi Refraksi Hamburan POLARISASI

Polarisasi karena refleksi Refleksi (atau pemantulan) perubahan arah rambat cahaya ke arah sisi (medium) asalnya, setelah menumbuk antarmuka dua medium. hukum refleksi yaitu: Sinar datang, sinar refleksi dan sumbu normal antarmuka ada pada satu bidang yang sama Sudut yang dibentuk antara masing-masing sinar datang dan sinar refleksi terhadap sumbu normal adalah sama besar. Jarak tempuh sinar datang dan sinar refleksi bersifat reversible.

Refleksi difusi adalah perubahan arah rambat gelombang cahaya yang terjadi setelah menumbuk antarmuka granular yang tidak rata dengan hamburan cahaya kembali ke arah sisi (medium) asalnya dengan banyak sudut pantul Diagram refleksi difusi

refleksi yang terjadi pada antarmuka yang mengkilap yang merupakan sebab akibat dari hukum refleksi. Contoh perbedaan antara refleksi difusi dengan refleksi spekular dapat ditemui pada warna cat yang kusam dan mengkilap Diagram refleksi spekular

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

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

Polarisasi karena refleksi Contoh: Kita ingin menggunakan sebuah pelat kaca (n = 1,5), sebagai sebuah polarisator. Berapakah sudut polarisasi?berapakah sudut refraksi? Jawab: p = tan-1 (1,5) = 56,3 Sin p =n sin r sin r = sin 56,3 / 1,5 = 0,55  r = 33,7 

Polarisasi karena absorbsi selektif 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.

Polarisasi karena absorbsi selektif 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

REFRAKSI (PEMBIASAN) Refraksi (atau pembiasan) dalam optika geometris didefinisikan sebagai perubahan arah rambat partikel cahaya akibat terjadinya percepatan Tumbukan antara gelombang cahaya dengan antarmuka dua medium menyebabkan kecepatan fase gelombang cahaya berubah. Panjang gelombang akan bertambah atau berkurang dengan frekuensi yang sama, karena sifat gelombang cahaya yang transversal (bukan longitudinal).

REFRAKSI (PEMBIASAN) Refraksi (pembiasan) gelombang-gelombang cahaya di air. Persegi gelap menunjukkan posisi sebenarnya sebatang pensil yang diletakkan dalam semangkuk air. Persegi terang menunjukkan posisi tampak dari pensil itu. Perhatikan bahwa ujungnya (X) seakan-akan terlihat di Y, posisi yang jelas lebih dangkal

PEMBIASAN GANDA adalah dekomposisi sinar cahaya menjadi dua sinar cahaya yang disebut ordinary ray dan extraordinary ray. Refraksi ganda terjadi pada saat gelombang cahaya melalui medium material anisotropik seperti kristal kalsit atau Boron nitrat.

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).

Polarisasi karena pembiasan ganda 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.

Why is the sky blue? A clear cloudless day-time sky is blue because molecules in the air scatter blue light from the sun more than they scatter red light.  When we look towards the sun at sunset, we see red and orange colours because the blue light has been scattered out and away from the line of sight.

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.

Pembiasan dan Pemantulan sempurna pada kehidupan sehari-hari Pembiasan sinar bintang Karena cahaya bintang merambat dari ruang hampa ke atmosfer yang kerapatannya berbeda-beda, maka cahaya tersebut dibiaskan mendekati garis normal, sehingga bintang yang kita lihat tidak tepat pada posisi aslinya.

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.

Pada siang hari yang panas terik kita sering melihat bayangan air pada jalan. Hal ini disebabkan oleh cahaya matahari yang mengalami pemantulan sempurna karena perbedaan kerapatan udara di atas jalan. Fatamorgana

DISPERSI CAHAYA Gejala dispersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik).

indeks bias juga dapat digunakan untuk mengetahui besarnya konsentrasi gula dalam produk makanan dan minuman, seperti contoh untuk mengetahui kandungan gula dalam jus buah, kandungan gula dalam kue, dan lain-lain. refractometer Untuk menghitung indeks bias larutan bisa juga untuk menghitung kadar gula

Buat diskusi per kelompok Tentang: Hukum Snellius Persamaan Fresnel Prinsip Fermat Prinsip Huygens Buat resume dan kumpulkan!