Oleh : ARJENA FAIZAL N,S.Pd. OPTIKA FISIS Oleh : ARJENA FAIZAL N,S.Pd.

PERKEMBANGAN TEORI TENTANG CAHAYA Teori abad ke-10 Abu Ali Hasan Ibn Al-Haitham /Alhazen (965–sekitar 1040), menganggap bahwa sinar cahaya adalah kumpulan partikel kecil yang bergerak pada kecepatan tertentu.

Teori Partikel Isaac Newton (1675) bahwa cahaya terdiri dari partikel halus (corpuscles) yang memancar ke semua arah dari sumbernya. Teori ini dapat digunakan untuk menerangkan pemantulan cahaya, tetapi ketika menerangkan pembiasan cahaya ia menghadapi batu sandungan, karena cahaya harus dianggap menjadi lebih cepat ketika memasuki medium yang padat karena daya tarik gravitasi lebih kuat.

Teori Gelombang Christiaan Huygens (1678) menyatakan bahwa cahaya dipancarkan ke semua arah sebagai muka-muka gelombang. Pandangan ini menggantikan teori partikel halus. Hal ini karena gelombang tidak diganggu oleh gravitasi, dan gelombang menjadi lebih lambat ketika memasuki medium yang lebih padat. Kelemahan teori ini adalah gelombang cahaya seperti gelombang bunyi, memerlukan medium untuk dihantar. (Lalu apa medium perambatan cahaya?) Suatu hipotesis yang disebut luminiferous aether telah diusulkan, tetapi hipotesis itu tidak disetujui.

Teori Elektromagnetik James Clerk Maxwell pada akhir abad ke-19, menyebut bahwa gelombang cahaya adalah gelombang elektromagnet, ia tidak memerlukan medium untuk merambat.

Teori Kuantum Teori ini di mulai pada abad ke-19 oleh Max Planck, yang menyatakan bahwa cahaya terdiri dari paket (kuanta) energi yang dikenal sebagai Foton.

Teori Dualitas Partikel-Gelombang Teori ini menggabungkan tiga teori yang sebelumnya, dan menyatakan bahwa cahaya adalah partikel dan gelombang. Pertamakali di jelaskan oleh albert Einstein pada awal abad 20, berdasarkan karya tulisnya tentang efek fotolistrik, dan hasil penlitian Planck. Lebih general lagi, teori tersebut menjelaskan bahwa semua benda mempunyai sifat partikel dan gelombang.

1. DISPERSI CAHAYA Bila seberkas sinar putih (Polikromatik) mengenai batas antara dua media bening yang mempunyai indeks bias berbeda, maka selain dibiaskan, berkas sinar inipun akan diuraikan menjadi berbagai warna, hal ini secara sederhana dapat digunakan prisma sebagai media bening. Kebergantungan laju gelombang dan indeks refraksi terhadap panjang gelombang dinamakan dispersi.

Refleksi, Refraksi, Dispersi dan Pelangi Tetesan air - dari air hujan - adalah salah contoh benda yang tersedia di alam yang bisa menguraikan cahaya putih. Ketika seberkas cahaya putih mengenai setetes air, tetesan air ini berprilaku seperti prisma. Dia menguraikan sinar putih tadi sehingga terciptalah warna-warna pelangi. Terciptalah pelangi. Cahaya matahari datang dari belakang pengamat, direfraksikan ke dalam sebuah tetes air, kemudian ia akan dirfleksikan dari permukaan belakang tetesan air, selanjutnya direfraksikan kembali ke udara. Dalam semua prosesnya cahaya mengalami dispersi, maka terurailah cahaya putih menjadi pelangi.

DAFTAR PANJANG GELOMBANG YANG DIPANCARKAN OLEH MATAHARI

HAMBURAN CAHAYA Cahaya yang kita lihat dari matahari adalah cahaya yang telah mengalami penyerapan kemudian diradiasikan kembali oleh molekul-molekul di atmosfer. Peristiwa molekul menyerap dan kemudian meradiasikan kembali suatu cahaya dinamakan sebagai HAMBURAN CAHAYA. Peristiwa inilah yang menjadi “dalang” dibalik rahasia mengapa langit berwarna biru ketika siang hari, dan berwarna merah ketika pagi atau sore hari. Bisakah anda jelaskan detailnya ???

Langit hanya berwarna biru di siang hari Langit hanya berwarna biru di siang hari. Bumi diselubungi lapisan udara yang disebut atmosfer udara yang terdiri atas partikel-partikel kecil. Cahaya dari matahari dihamburkan oleh partikel-partikel kecil tersebut. Tetapi kita tahu, cahaya dari matahari terdiri dari paduan semua warna, dari merah, kuning, hijau, biru, hingga ungu. Warna-warna itu memiliki frekuensi yang berbeda. (Merah < kuning < hijau < biru < ungu). Semakin besar frekuensi cahaya, semakin kuat cahaya itu dihamburkan. Warna langit adalah sebagian cahaya matahari yang dihamburkan. Karena yang paling banyak dihamburkan adalah warna berfrekuensi tinggi (hijau, biru, dan ungu), maka langit memiliki campuran warna-warna itu, yang kalau dipadukan menjadi biru terang.

LANGIT BERWARNA MERAH DI SORE HARI Pada sore hari, sering matahari berubah warna menjadi merah. Pada saat itu, sinar matahari yang sudah miring menempuh jarak lebih jauh untuk mencapai mata kita, sehingga semakin banyak cahaya yang dihamburkan. Sehingga yang banyak tersisa adalah cahaya frekuensi rendah, yaitu merah. Di bulan dan di planet yang tidak memiliki atmosfir, cahaya matahari tidak dihamburkan, sehingga langit selalu berwarna hitam, walaupun di siang hari.

2. Interferensi Celah Ganda Pertama kali ditunjukkan oleh Thomas Young pada tahun 1801 Ketika dua gelombang yang koheren menyinari/melalui dua celah sempit, maka akan teramati pola interferensi terang dan gelap pada layar. Interferensi Maksimum : gelombang saling memperkuat/konstruktif, menghasilkan garis terang Interferensi Minimum : gelombang saling memperlemah/destruktif, menghasilkan garis gelap

Paduan gelombang Syarat terjadinya interferensi Sumber harus bisa mempertahankan suatu beda fasa yang tetap (sumber koheren). Sumber harus monokromatis dan menghasilkan cahaya dengan panjang gelombang sama.

POLa Interferensi celah ganda

Beda Lintasan Jarak tempuh cahaya yang melalui dua celah sempit mempunyai perbedaan (beda lintasan), hal ini yang menghasilkan pola interferensi.

Interferensi maksimum Interferensi maksimum disebut juga interferensi konstruktif, akan menghasilkan garis terang pada layar d sin θ = n λ; n = 0, 1, 2 ………. Bilangan n disebut orde terang . Untuk n = 0 disebut terang pusat, n = 1 disebut terang ke-1 dst. Karena jarak celah ke layar l jauh lebih besar dari jarak kedua celah d (l >> d), maka sudut θ sangat kecil, sehingga sin θ = tan θ = p/l, dengan demikian : pd/l = nλ Dengan p adalah jarak terang ke-n ke pusat terang.

Interferensi minimum Interferensi minimum akan menghasilkan garis gelap pada layar d sin θ = (n – ½ )λ; n = 1, 2, 3 ………… Bilangan m disebut orde gelap. Tidak ada gelap ke 0. Untuk n = 1 disebut gelap ke-1 dst. Mengingat sin θ = tan θ = p/l, maka pd/l = (n – ½ )λ Dengan p adalah jarak gelap ke-n ke pusat terang.

Contoh Soal: Pada percobaan young digunakan dua celah sempit yang berjarak 0,3 mm satu dengan yang lainnya. Jika jarak layar dengan celah 1 m dan jarak garis terang pertama dari terang pusat 1,5 mm, maka panjang gelombangnya adalah……

3. INTERFERENSI PADA LAPISAN SABUN (Wedge Shaped Film)

Ketika cahaya dipantulkan dari buih sabun atau dari layar tipis dari minyak yang mengambang dalam air terlihat bermacam-macam warna. Hal ini akibat pengaruh inteferensi antara dua gelombang cahaya yang dipantulkan pada permukaan yang berlawanan dari lapisan tipis larutan sabun atau minyak

Sinar 1 dan sinar 2 akan sefase, interferensi maksimum jika: Jika sinar 1 dan sinar 2 berlawanan fase, terjadi interferensi minimum pada : , m = 0, 1, 2, ……

Difraksi. Peristiwa pembelokan arah sinar jika sinar tersebut mendapat halangan. Penghalang yang dipergunakan biasanya berupa kisi, yaitu celah sempit.

Difraksi cdlah tunggal d sin θ = n λ , n = 1,2,3, … ( minimum garis gelap ) d sin θ = ( n - 1 )λ/2 , n = 0,1,2,… ( maksimum garis terang )

Difraksi kisi (celah banyak) Kisi adalah kepingan kaca yang digores, menurut garis sejajar sehingga dapat bekerja sebagai celah yang banyak jumlahnya. Jika N menyatakan banyak garis per satuan panjang (misal cm)maka tetapan kisi adalah kebalikan dari N. d = 1/N d sin θ = n λ , n = 1,2,3, … ( MAKSIMUM garis terang) d sin θ = ( n - 1 ) λ/2 , n = 0,1,2,… ( MINIMUM garis gelap)

Polarisasi Pengkutuban daripada arah getar dari gelombang transversal. (Dengan demikian tidak terjadi polarisasi pada gelombang longitudinal Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal, dan tidak terjadi pada gelombang longitudinal. Gelombang cahaya dapat terpolarisasi karena gelombang cahaya adalah gelombang transversal, sedangkan gelombang bunyi tidak dapat terpolarisasi karena gelombang bunyi termasuk gelombang longitudinal

Polarisasi Model Cahaya tak terpolarisasi

Dua polaroid yang disilangkan