GELOMBANG C A H A Y A (The Light Wave) BAB III GELOMBANG C A H A Y A (The Light Wave)

Learning Objectives After study this chapter, you are expected to be able to : Describe phenomena and characteristics of light wave, and Apply the concepts and principles of light wave in technology

Peta Konsep CAHAYA mempelajari Difraksi Polarisasi Interferensi Ditimbulkan oleh Ditimbulkan oleh Pemantulan Ditimbulkan oleh Lapisan tipis Pembiasan ganda Kisi difraksi membatasi Hamburan Celah ganda Penyerapan selektif Hukum Mallus Daya urai lensa Celah tunggal

OPTIKA FISIS Dispersi Cahaya (The Light Dispersion) adalah peristiwa terurainya cahaya putih yang melewati sebuah prisma menjadi warna spektrum akibat perbedaan indeks bias masing-masing warna cahaya.

Sudut deviasi Dari gambar diperoleh :  + PSQ = 180O r1+i2+PSQ =180o sehingga: +PSQ=r1+i2+PSQ  = r1 + i2 T  N1 N2 R D i1 r1 r2 P i2 Q S

Sudut deviasi dirumuskan: Dengan : i1 = sudut datang pada permukaan pertama r2 = sudut bias pada permukaan kedua  = sudut pembias prisma D = sudut deviasi

Deviasi Minimum syarat terjadinya deviasi minimum i1 = r2 atau r1 = i2, sehingga Dm dirumuskan: Dm = 2i1 -  D Dm r2 i1

nm sin ½ ( + Dm) = np sin ½  Dengan menggunakan hukum Snellius sudut deviasi minimum dapat dirumuskan: nm sin ½ ( + Dm) = np sin ½  untuk   15o dirumuskan:

Sudut Dispersi Beberapa sifat spektrum warna: - sudut deviasi semakin besar. - indeks bias semakin besar - frekuensi semakin besar - panjang gelombang semakin kecil

Sudut dispersi dirumuskan: = (nu – nm)  dengan:  = sudut dispersi nu = indeks bias warna ungu nm = indeks bias warna merah Dm Du

contoh Seberkas sinar dengan sudut datang 45o melewati suatu prisma sama sisi yang berada di udara dan terjadi deviasi minimum. Tentukanlah: a. sudut deviasi minimum b. indeks bias prisma

Penyelesaian diket : i1 = 45o  = 60o nm = 1 ditanya : a. Dm b. np

= 2(45o) – 60o = 30o Dm = 2i1 -  Sudut deviasi minimum Indeks bias prisma

Efek Doppler pada cahaya (Doppler’s Effect for Light) Cepat rambat cahaya dalam vakum, di rumuskan: Dengan : 0 = permeabilitas vakum = 4 x 10-7 Wb/A.m 0 = permitivitas vakum = 8,85418 x 10 -12 C2/N.m2

Secara matematis di rumuskan: Efek Doppler adalah pergeseran frekuensi cahaya akibat gerak relatif antara sumber cahaya dan pengamat. Secara matematis di rumuskan: Dengan : fs = frekuensi sumber cahaya fp = frekuensi cahaya yang diterima pengamat Vs = laju sumber cahaya

Interferensi Cahaya adalah perpaduan dari dua gelombang cahaya. Syarat terjadinya interferensi : cahaya bersifat koheren ( frekuensi dan amplitudo sama serta beda fase tetap) Hasil interferensi: - garis terang (interferensi maksimum) - garis gelap (interferensi minimum)

Interferensi Celah Ganda Young (Young’s Double Slits Interference)

P T ke n G ke n p S1 θ θ d TP O R S2 d sin θ l Pola interferensi layar

Interferensi Maksimum (Terang) Syaratnya: fasenya sama beda lintasannya sama dengan nol atau kelipatan dari panjang gelombang dirumuskan: d sin θ = n atau

Dengan: n = orde atau nomor terang = 0, 1, 2,… p = jarak terang ke n dari terang pusat l = jarak celah ke layar d = jarak antar celah  = panjang gelombang

Interferensi Minimum (Gelap) syaratnya: Beda fase 180o Beda lintasannya sama dengan bilangan ganjil kali setengah panjang gelombang. Dirumuskan: dsin θ = (n – ½)  Atau

Dengan: n = orde atau nomor gelap = 1, 2, 3, ….. p = jarak gelap ke n dari terang pusat Garis Terang dan Garis Gelap Berurutan dirumuskan: dengan: p = jarak garis terang yang berurutan atau garis gelap yang berurutan

Contoh Cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 5.000 Å melewati celah ganda yang terpisah pada jarak 2 mm. Jika jarak celah ke layar 1 meter, tentukan jarak terang pusat dengan garis terang orde ketiga pada layar.

Penyelesaian jawab: diket: d = 2 mm l = 1 m = 103 mm  = 5.000 Å = 5 x 10-4mm n = 3 ditanya: p

Interferensi Pada Lapisan Tipis (Interference in the Thin Layer)

Dua faktor yang mempengaruhi interferensi pada lapisan tipis, yaitu: Perbedaan panjang lintasan optik Perubahan fase sinar pantul A E F i i udara B D d r r Lapisan tipis Indeks Bias= n C udara

Syarat terjadinya interferensi maksimum (terang): 2nd cos r = (m- ½)  m = 1, 2, 3,…. n = indeks bias lapisan d = tebal lapisan Syarat terjadinya interferensi minimum (gelap): 2nd cos r = m m = 0, 1, 2, .....

Tentukan tebal lapisan minimum yang dibutuhkan agar terjadi interferensi maksimum pada sebuah lapisan tipis yang memiliki indeks bias 4/3 dengan menggunakan panjang gelombang 5.600 Å

diket: n = 4/3  = 5.600 Å agar tebal lapisan minimum, maka: m = 1 cos r = 1 ditanya: d jawab:

Cincin Newton (Newton Ring)

Syarat terjadinya interferensi: Interferensi maksimum (lingkaran terang): n = 1, 2, … rt = jari-jari lingkaran terang ke-n Cahaya datang Lensa Cembung datar R r d Kaca plan-paralel

Interferensi minimum (lingkaran gelap): rg = jari-jari lingkaran gelap ke-n

Pada suatu percobaan interferensi cincin Pada suatu percobaan interferensi cincin Newton digunakan cahaya dengan panjang gelombang = 5700 Å. Hasil pengamatan menunjukkan jari-jari lingkaran gelap kesepuluh adalah 6 mm. Hitunglah jari-jari kelengkungan lensa.

Penyelesaian Diket: = 5700 Å = 5,7 x 10-7m n = 10 rg= 6 mm = 6 x 10-3 m Ditanya: R Jawab:

Difraksi cahaya (Light Difractio) Adalah peristiwa pelenturan gelombang cahaya melewati suatu celah sempit (lebarnya lebih kecil dari panjang gelombang) sehingga gelombang cahaya tampak melebar pada tepi celah.

Difraksi celah tunggal (Single Slit Diffraction)

d sin θ = n d sin θ = (n-½) dengan: Pola difraksi minimum (gelap) dirumuskan: d sin θ = n Pola difraksi maksimum (terang) d sin θ = (n-½) dengan: n = 1,2,3,…… 5 4 3 d/2 2 d 1 d/2 ½ d sin θ

Contoh Dengan menggunakan celah tunggal, pada layar tampak pola difraksi. Garis terang pusat dan garis gelap ke empat membentuk sudut 30o terhadap garis normal. Jika cahaya yang digunakan memiliki panjang gelombang 6.000 Å, tentukanlah lebar celah yang digunakan.

Penyelesaian Diket: θ =30o n = 4  = 6.000 Å Ditanya: d Jawab: d sin θ = n

Difraksi pada Kisi (Diffraction on grating)

Pola difraksi maksimum: d sin θ = n dengan: d = lebar celah = 1/N N = jumlah celah n = 0, 1, 2, 3, ……. Pola difraksi minimum: d sin θ =( n – ½ ) dengan: n = 1, 2, 3, ….

Sebuah kisi memiliki 10. 000 celah garis per cm Sebuah kisi memiliki 10.000 celah garis per cm. Pada kisi dilewatkan cahaya tegak lurus dengan panjang gelombang . Garis terang difraksi maksimum orde pertama membentuk sudut 30o terhadap garis normal. Tentukan 

Penyelesian Diket: N = 10.000 garis/cm d = 1/N = 1/10.000 = 10-4 cm θ = 30o n = 1 Ditanya:  Jawab:

Daya Urai Alat Optik Daya urai alat optik adalah: kemampuan alat optik untuk menghasilkan bayangan yang terpisah dari dua benda yang berdekatan. Kriteria Rayleigh adalah: dua titik sumber dapat dilihat terpisah bila pusat pola difraksi sumber pertama berimpit dengan minimum pertama pola difraksi sumber kedua.

Karena θ  maka daya urai dirumuskan: Pola difraksi Daya urai dirumuskan: Karena θ  maka daya urai dirumuskan: Celah bulat dm θ D l

Contoh Tentukanlah daya urai dari sebuah celah dengan diameter 1 mm dan jarak celah ke layar 2 m, dengan menggunakan cahaya yang panjang gelombangnya 580 nm. Diket: Ditanya: dm D = 1 mm l = 2 m = 2 x 103mm = 580 nm = 5,8 x 10-4 mm

Penyelesaian Jawab:

Polarisasi Cahaya (Light Polarization) Adalah: peristiwa terserapnya sebagian arah getar gelombang sehingga hanya tinggal memiliki satu arah getar. Cahaya dapat terpolarisasi karena peristiwa: 1. pemantulan 2. pembiasan dan pemantulan 3. bias kembar 4. absorbsi selektif 5. hamburan

Polarisasi Karena Refleksi (Polarization due to Reflection)

Secara matematis, dirumuskan: Brewster Law

Polarisasi Karena Absorbsi Selektif (Polarization due to Selected Absorption)

Polarisasi Karena Pembiasan Ganda (Polarization due to Double Refraction)

Polarisasi Karena Hamburan (Polarization due to Scattering)