Download - GELOMBANG CAHAYA Memer
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 1/26
1
FISIKA SEKOLAH
Satuan Pendidikan : SMA
Kelas : XII
Semester : I
Standar Kompetensi
1. Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikan
masalah.
Kompetensi Dasar
1.2. Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang bunyi dan cahaya.
Indikator
Siswa dapat :
1. Mendefinisikan gelombang bunyi
2. Mendeskripsikan ciri-ciri dasar gelombang bunyi
3. Menentukan cepat rambat gelombang bunyi
4. Membedakan antara kenyaringan dan ketinggian gelombang bunyi5. Menentukan intensitas gelombang bunyi
6. Menentukan taraf intensitas gelombang bunyi
7. Menjelaskan peristiwa pemantulan pada gelombang bunyi
8. Menjelaskan peristiwa pembiasan pada gelombang bunyi
9. Menjelaskan peristiwa difraksi pada gelombang bunyi
10. Menjelaskan peristiwa interferensi pada gelombang bunyi
11. Mengidentifikasi sumber-sumber bunyi
12. Menentukan frekuensi pada dawai
13. Menentukan frekuensi pada pipa organa
14. Menjelaskan Efek Doppler
15. Medefinisikan gelombang cahaya.
16. Mendeskripsikan sifat-sifat gelombang cahaya.
17. Menjelaskan peristiwa interferensi pada gelombang cahaya.
18. Menjelaskan peristiwa dispersi pada gelombang cahaya.
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 2/26
2
19. Menentukan sudut dispersi
20. Menjelaskan peristiwa difraksi pada gelombang cahaya
21. Menjelaskan peristiwa polarisasi pada gelombang cahaya
22. Menjelaskan fenomena yang menyebabkan cahaya terpolarisasi
Materi Prasyarat
1. Gelombang stasioner
2. Optika geometri
Konsep Essensial
1. Cepat rambat gelombang bunyi
2. Intensitas dan Taraf Intensitas gelombang bunyi
3. Pemantulan
4. Pembiasan
5. Difraksi
6. Interferensi
7. Efek Doppler
8. Sifat-sifat gelombang cahaya
9. Interferensi
10. Dispersi
11. Difraksi
12. Polarisasi
Uraian Materi
GELOMBANG BUNYI DAN CAHAYA
BUNYI
A. Ciri-Ciri Gelombang Bunyi
Jika kita memetik senar gitar, senar tersebut akan bergetar dan
mengetarkan udara sekitar selanjutnya kita dapat mendengar bunyi dari
petikan gitar tersebut. Bunyi merupakan gelombang yang merambat melalui
medium atau perantara. Gelombang seperti ini disebut gelombang mekanik.
Gelombang bunyi memiliki ciri-ciri sebagai berikut
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 3/26
3
1. Bunyi merupakan gelombang longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya searah
dengan arah rambatnya. Salah satu contoh gelombang longitudinal adalah
bunyi. Ketika kita memukul drum, getaran selaput drum merupakan
denyut berdimensi dua yang dipantulkan secara berulang-ulang oleh batas
selaput sehingga selaput akan bergetar secara periodik. Ketika selaput
bergerak ke luar, akan terjadi pemampatan udara di depannya.
Pemampatan ini menyebabkan tekanan udara di daerah tersebut bertambah
dan disebut sebagai rapatan. Rapatan bergerak menjauhi selaput dalam
batas kecepatan bunyi. Sedangkan ketika selaput drum masuk, maka
kerapatan udara di depan selaput tersebut akan merenggang, yang disebut
regangan. Terjadinya rapatan dan regangan udara mengindikasikan bahwa
gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal.
2. Bunyi berasal dari benda yang bergetar
3. Bunyi membutuhkan perantara untuk merambat
4. Cepat rambat bunyi
Cepat rambat bunyi berbeda untuk setiap medium, baik medium gas,
zat cair maupun zat padat. Hal tersebut karena jarak antar molekul-
molekul tiap medium berbeda.
Cepat rambat bunyi pada medium gas tidak bergantung pada tekanan
gas, melainkan bergantung pada temperatur. Selain itu, jenis partikel yang
membentuk udara pun sangat berpengaruh, sehingga perumusan laju
rambat bunyi di udara adalah :
√
Keterangan :
: konstanta laplace
: tetapan umum gas (8,31 J/mol K)
: suhu mutlak gas (K)
: massa molekul gas (g/mol)
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 4/26
4
Cepat rambat bunyi dalam medium cair bergantung pada Modulus
Bulk dan kerapatan zat. Sehingga perumusan untuk laju rambat bunyi
dalam zat cair adalah
√
Keterangan :
B = Modulus Bulk (N/m2)
= massa jenis zat cair (kg/m3
)
Laju Bunyi dalam zat padat dipengaruhi oleh modulus Young dan
massa jenis zat tersebut.
√
B = Modulus Young (N/m2)
= massa jenis zat cair (kg/m3)
5. Kenyaringan dan Ketinggian bunyi
Ketika kita berbicara tentang bunyi, terdapat dua hal yang dirasakan
oleh pendengaran, yaitu kenyaringan (loudness) dan ketinggian ( pitch).
Kedua sensasi subyektif ini dapat dinyatakan dalam suatu besaran fisis.
Kenyaringan berhubungan dengan energi dan intensitas bunyi. Ketinggian
berhubungan dengan frekuensi gelombang bunyi. Makin rendah frekuensi,
makin rendah ketinggian bunyi yang didengar. Seperti pada bass drum atau
senar bass. Sebaliknya, makin tinggi frekuensi, makin tinggi ketinggian
bunyi yang didengar. Seperti pada seruling atau pun biola.
Telinga manusia hanya dapat mendengar rentang frekuensi
gelombang bunyi tertentu. Berdasarkan frekuensinya, bunyi dapat
diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu :
- Audiosonik ,merupakan rentang frekuensi gelombang bunyi yang dapat
didengar oleh manusia. Rentang freskuensi tersebut terletak antara 20
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 5/26
5
Hz dan 20.000 Hz. Jangkauan pendengaran ini berbeda untuk tiap
orang. Satu kecenderungan umum adalah jika orang bertambah tua,
mereka makin tidak mendengar frekuensi tinggi, sehingga batas
frekuensi tinggi mungkin menjadi 10.000 Hz bahkan kurang.
- Ultrasonik, merupakan rentang frekuensi di atas 20.000 Hz. Binatang
yang pendengarannya ultrasonik adalah anjing dapat mendengar hingga
50.000 Hz, kelelawar dapat mendeteksi frekuensi hingga 100.000 Hz
- Infrasonik , merupakan gelombang bunyi yang frekuensinya di bawah
jangkauan yang dapat terdengar, yaitu 20 Hz. Sumber gelombang
infrasonic termasuk gempa bumi, Guntur, gunung berapi, dan
gelombang yang dihasilkan oleh mesin-mesin berat. Gelombang
infrasonik walaupun tidak terdengar tetapi dapat menyebabkan
kerusakan pada tubuh manusia.
Kenyaringan bunyi, dapat diukur dengan besaran fisis energi bunyi
dan intensitas bunyi.
Intensitas Bunyi
Intesitas bunyi didefinisikan sebagai daya rata-rata persatuan luas
waktu
Satuan intensitas adalah W/m2. Telinga manusia dapat mendeteksi
bunyi dengan intensitas serendah 10-12
W/m2
dan 1 W/m2
Taraf Intensitas Bunyi
Taraf intensitas gelombang bunyi dinyatakan dengan skala
logaritmik. Satuan skala untuk taraf intensitas adalah bel atau dalam
decibel (dB) yang merupakan 1/10 bel (10 dB = 1 bel). Tingkat
intensitas, β, dari bunyi didefinisikan dalam intensitasnya ,I, sebagai
berikut :
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 6/26
6
B. Sifat-Sifat Gelombang Bunyi
1. Pemantulan
Pemantulan bunyi terjadi ketika terdapat penghalang sehingga
gelombang bunyi tidak dapat diteruskan melainkan dipantulkan ke arah
datang gelombang. Contoh yang paling sering kita dengar dalam
kehidupan sehari-hari adalah gaung dan gema. Ketika kita berteriak di
pegunungan, suara kita akan terdengar berkali-kali, hal ini disebabkan
suara kita kembali dipantulkan oleh material pegunungan yang terdapat
disana. Contoh lainnya, pertunjukan dalam ruang tertutup, seperti opera,
bioskop, membutuhkan alat peredam bunyi untuk menghindari adanya
pantulan bunyi sehingga suara yang terdengar tidak bising
2. Pembiasan
Gelombang bunyi mengalami pembiasan ketika melewati medium
yang berbeda kerapatannya. Contoh pembiasan gelombang bunyi adalah
perbedaan suara petir pada siang hari dan malam hari. Pada siang hari
suara petir akan terdengar lebih Pada siang hari, udara pada lapisan atas
lebih dingin daripada lapisan bawah. laju bunyi pada suhu dingin lebih
kecil daripada suhu panas. Dengan demikian kecepatan bunyi pada lapisan
udara atas lebih kecil daripada kecepatan bunyi pada lapisan bawah, yang
berarti medium pada lapisan atas lebih rapat daripada medium pada
lapisan bawah. Jadi pada siang hari, bunyi petir yang merambat dari
lapisan udara atas ke lapisan udara bawah akan dibiaskan menjauhi garis
normal. Hal sebaliknya terjadi, pada malam hari, udara pada lapisan atas
lebih panas daripada lapisan bawah. Dengan demikian kecepatan bunyi
pada lapisan udara atas lebih besar daripada kecepatan bunyi pada lapisan
bawah, yang berarti medium pada lapisan atas lebih renggang daripada
medium pada lapisan bawah. Jadi pada malam hari, bunyi petir yang
merambat dari lapisan udara atas ke lapisan udara bawah akan dibiaskan
mendekati garis normal.
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 7/26
7
3. Difraksi
Difraksi bunyi adalah pelenturan gelombang ketika melewati celah,
yang ukuran celahnya se-orde dengan panjang gelombangnya. Dalam
kehidupan sehari-hari, peristiwa difraksi gelombang bunyi dapat kita
dengar ketika kita mendengar bunyi mobi yang melintasi daerah
pegunungan yang berkelok atau suara percakapan orang yang beda
ruangan dengan pendengar.
4. Interferensi
Interferensi bunyi terjadi ketika dua gelombang bunyi yang memiliki
frekuensi sama atau hampir sama melalui daerah yang sama di udara dan
dalam arah yang berlawanan. Dua gelombang tersebut akan berinteferensi.
Pada suatu titik kita akan mendengar penguatan bunyi pada titik yang lain
pada ruang yang sama kita akan mendengar pelemahan bunyi. Penguatan
bunyi disebut interferensi konstruktif dan pelemahan bunyi disebut
interferensi destruktif. interferensi konstruktif terjadi jika dua gelombang
bunyi yang bertemu di suatu titik memiliki fase yang sama atau memiliki
beda lintasan yang merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang
bunyi. Sedangkan interferensi destruktif terjadi jika dua gelombang bunyi
yang bertemu di suatu titik memiliki beda lintasan setengah panjang
gelombang.
Layangan
Layangan bunyi terjadi ketika superposisi dua gelombang yang
memiliki frekuensi yang sedikit berbeda dan merambat dalam arah
yang sama. Satu pelayangan didefinisikan sebagai dua bunyi keras
atau dua bunyi lemah yang terjadi secara berurut. Misalnya lemah-
kuat-lemah atau kuat-lemah-kuat
C. Sumber Bunyi
1. Dawai
Salah satu sumber bunyi adalah dawai gitar. Nada yang dihasilkan
dawai gitar dapat diubah2 dengan cara menekan senar pada titik-titik
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 8/26
8
tertentu. Pola gelombang yang dapat terjadi pada dawai gitar ditunjukkan
gambar 1.
1. Nada dasar (harmonik pertama)
=
2. Nada atas kesatu
3. Nada atas kedua ( harmonik ketiga)
= =3
4. Nada atas ke-n
Laju gelombang pada dawai sebesar
√
2. Pipa organa
Pipa organa adalah alat yang menggunakan kolom udara sebagai
sumber getar. Contohnya adalah seruling dan terompet.
Gambar 1
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 9/26
9
Pipa organa ada dua jenis yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa
tertutup.
a) Pipa Organa Terbuka
Pipa organa terbuka adalah alat tiup berupa tabung yang kedua
ujung penampangnya terbuka. Kedua ujung pipa organa terbuka menjadi
perut gelombang pada kolom udara. Pola gelombang yang terjadi pada
pipa organa terbuka ditunjukkan Gambar 2.
Nada dasar (harmonik pertama)
=
Nada atas kedua f 1 (harmonik kedua)
Nada atas kedua ( harmonik ketiga)
= =3
Nada atas ke-n
Gambar 2
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 10/26
10
Perbandingan frekuensi yang dihasilkan oleh setiap pola gelombang
pada pipa organa terbuka adalah
.
b) Pipa Organa Tertutup
Pipa organa tertutup merupakan alat tiup berupa tabung yang salah
satu ujungnya tertutup dan ujung yang lainnya terbuka. Pola gelombang
pada pipa organa tertutup ditunjukkan Gambar 3
1)
Nada dasar (harmonik pertama)
2) Nada atas pertama
3) Nada atas kedua ( harmonik ketiga)
Gambar 3
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 11/26
11
4) Nada atas ke-n f n
Perbandingan frekuensi-frekuensi di atas yaitu
,
,
D. Efek Doppler
Ketika sebuah sumber bunyi bergerak mendekati pengamat, ketinggian
nada lebih tinggi daripada ketika sumber bunyi tersebut dalam keadaan
diam. Ketika sebuah sumber bunyi bergerak menjauhi pengamat,
ketinggian nada lebih rendah daripada ketika sumber bunyi tersebut dalam
keadaan diam. Peristiwa seperti ini dinamakan efek Doppler.
Terdapat beberapa kasus untuk meninjau efek Doppler yang terjadi
secara umum effek Doppler dapat dirumuskan sebagai berikut:
Penentuan tanda vp dan vs sebagai berikut:
Jika pendengar mendekati sumber, f > f s maka vp bertanda (+)
Jika pendengar menjauhi sumber, f p < f s maka vp bertanda (-)
Jika sumber mendekati pendengar f p > f s maka vs bertanda (-)
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 12/26
12
Jika sumber menjauhi pendengar f p < f s maka vs bertanda (+)
Pada perumusan efek doppler di atas, kita mengabaikan pengaruh angin.
Jika pengaruh angin diperhitungkan, untuk angin yang bergerak searah dengan
perambatan gelombang (dari sumber menuju pendengar), cepat rambat gelombang
menjadi:
Maka
Untuk angin yang bergerak berlawanan dengan arah perambatan gelombang (dari
pendengar menuju sumber), cepat rambat gelombang menjadi:
Maka
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 13/26
13
CAHAYA
Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi
oleh mata manusia. Karena itu, cahaya selain memiliki sifat-sifat gelombang
secara umum juga memiliki sifat-sifat gelombang elektromagnetik, yaitu dapat
merambat melalui ruang hampa.
Ada dua jenis cahaya, yaitu cahaya polikromatik dan cahaya monokromatik.
Cahaya polikromatik adalah cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjang
gelombang. Contoh cahaya polikromatik adalah cahaya putih. Adapaun cahaya
monokromatik adalah cahaya yang hanya terdiri atas satu warna dan satu panjang
gelombang. Contoh cahaya monokromatik adalah cahaya merah dan ungu.
Sifat-Sifat Gelombang Cahaya
Cahaya merupakan salah satu spektrum gelombang elektromagnetik yaitu
gelombang yang merambat tanpa memerlukan medium. Cahaya memiliki
sifat-sifat sebagai berikut :
1. Dapat dilihat oleh mata.
2. Memiliki arah rambat yang tegak lurus getar (transversal)
3. Merambat menurut garis lurus.
4. Memiliki energi.
5. Dipancarkan dalam bentuk radiasi.
6. Dapat mengalami interferensi, difraksi (lenturan), dan polarisasi (terserap
sebagian arah getarnya).
a. Interferensi
Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu
gelombang baru. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar maja
interferensinya sulit diamati. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat
berikut ini :
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 14/26
14
o Kedua gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bahwa kedua
gelombang cahaya harus memiliki beda fase yang selalu tetap, oleh
sebab itu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama.
o Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitudo yang hampir
sama.
1. Interferensi Celah Ganda
Pada tahun 1804, seorang fisikawan bernama Thomas Young
(1773-1829) dapat mendemonstrasikan interferensi cahaya. Young
melewatkan cahaya koheren (sinar-sinarnya sefase dan frekuensi sama)
melalui dua celah sempit yang dikenal dengan celah ganda. Jika
cahayanya tidak berupa berkas sinar maka interferensinya sulit
diamati.
Pada gambar 1 (a), dua berkas cahaya koheren dilewatkan pada
celah ganda kemudian dapat mengenai layar. Pada layar itulah tampak
pola garis-garis terang seperti pada gambar 1 (b). Pola garis terang dan
gelap inilah bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi.
Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya /beda
lintasan optik dari kedua celah tersebut. Berkas cahaya dari S1 dan S2
yang sampai pada layar terlihat berbeda lintasan sebesar S = d sin .
Gambar 1. (a) Diagram percobaan celah ganda Young (b) Pola garis
terang dan gelap pada layar
(a) (b)
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 15/26
15
Perbedaan panjang lintasan inilah yang dapat menimbulkan fase
antara dua berkas cahaya tersebut berbeda. Interferensi akan saling
menguatkan jika berkas cahaya sefase dan saling melemahkan jika
berlawanan fase. Sefase berarti berbeda sudut fase = 0, 2, 4,.....
sedangkan berlawanan fase berarti berbeda sudut fase = 0, 3,
5,.....
a. Interferensi Maksimum
Apabila dua gelombang tertentu, dan saling menguatkan makaakan terjadi interferensi maksimum dan terbentuk pola garis terang.
Pada celah ganda, interferensi ini akan terjadi apabila kedua
gelombang memiliki fase yang sama (sefase), yaitu apabila
keduanya berfrekuensi sama dan titik-titik yang bersesuaian berada
pada tempat yang sama selama osilasi pada saat yang sama.
Jarak garis terang ke-n dari pusat terang dinyatakan dengan
persamaan :
n . λ = d sin .............................. (1)
dengan :
d = jarak antar celah (m)
= sudut yang dibentuk berkas cahaya dengan garis mendatar
n = pola interferensi (orde), garis terang n = 0,1,2,3,....
λ = panjang gelombang cahaya yang berinterferensi (m)
b. Interferensi Minimum
Interferensi minimum terjadi jika dua gelombang bertemu dan
saling menguatkan. Namun, jika dua gelombang tidak bertemu, dan
akan saling meniadakan maka terjadi interferensi minimum,
sehingga terbentuk pola garis gelap. Interferensi ini terjadi pada
dua gelombang yang tidak sefase. Jarak garis gelap ke-n dari pusat
terang adalah :
........................ (2)
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 16/26
16
dengan :
d = jarak antar celah (m)
= sudut yang dibentuk berkas cahaya dengan garis mendatar
n = pola interferensi (orde), garis terang n = 1,2,3,....
λ = panjang gelombang cahaya yang berinterferensi (m)
Perhatikan kembali gambar 1 (a), untuk sudut kecil ( ≤ 120)
akan berlaku sin ≈ tan berarti selisih lintasannya memenuhi
hubungan berikut :
2. Interferensi pada Lapisan Tipis
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat fenomena yang
ditimbulkan oleh interferensi cahaya. Sebagai contoh timbulnya garis-
garis berwarna yang tampak pada lapisan tipis minyak tanah yang
tumpah di permukaan air, warna-warni yang terlihat pada gelembung
sabun yang mendapat sinar matahari, serta timbulnya warna-warni
pada cakram padat (compact disc). Pola interferensi pada lapisan tipis
dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu panjang lintasan optik dan
perubahan fase sinar pantul.
Gambar 2. Interferensi cahaya pada lapisan tipis
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 17/26
17
Dari gambar 2, sinar AB merupakan sinar monokromatik yang
datang pada permukaan pelat tipis. Sebagian sinar AB dipantulkan
oleh permukaan bidang batas udara dan pelat (sinar BE) dan sebagian
lagi dibiaskan ke dalam medium pelat (sinar BC). Sinar BC
dipantulkan oleh permukaan bidang batas pelat dan udara (sinar CD).
Sinar CD dipantulkan oleh permukaan atas dan sebagian lagi
dibiaskan keluar film (sinar DF). Sinar BE dan DF datang bersamaan
di mata kita.
Sinar datang dengan sudut datang i pada lapisan tipis dengan
ketebalan d dan indeks bias n,sehingga sinar mengalami pemantulan
dan pembiasan dengan sudut bias r . Dengan mempertimbangkan
kedua faktor di atas, dapat ditentukan syarat-syarat terjadinya
interferensi berikut ini.
a. Syarat terjadinya interferensi maksimum (terang)
2n.d.cos r = (m - ) λ ; m = 1, 2, 3,..... ......................... (4)
b. Syarat terjadinya interferensi minimum (gelap)
2n.d.cos r = m λ ; m = 0, 1, 2,..... ............................... (5)
b. Dispersi
Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya putih (polikromatik)
menjadi komponen-komponennya karena pembiasan. Komponen-
komponen warna yang terbentuk yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru,
nila, dan ungu. Dispersi terjadi akibat adanya perbedaan deviasi untuk
setiap panjang gelombang. Setiap panjang gelombang memiliki indeks
bias yang berbeda. Indeks bias benda adalah sebuah besaran yang
menyatakan kemampuan benda untuk membiaskan cahaya. Semakin kecil
panjang gelombangnya maka semakin besar pula indeks biasnya.
1. Dispersi Cahaya pada Prisma
Prisma adalah benda bening (transparan) terbuat dari gelas yang
dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu
yang berfungsi menguraikan (sebagai pembias) sinar yang
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 18/26
18
mengenainya. Permukaan ini disebut bidang pembias, dan sudut yang
dibentuk oleh kedua bidang pembias disebut sudut pembias (β).
Cahaya yang melalui prisma akan mengalami dua kali pembiasan,
yaitu saat memasuki prisma dan meninggalkan prisma. Jika sinar
datang mula-mula dan sinar bias akhir diperpanjang, maka keduanya
akan berpotongan di suatu titik dan membentuk sudut yang disebut
sudut deviasi. Jadi, sudut deviasi (δ) adalah sudut yang dibentuk oleh
perpanjangan sinar datang mula-mula dengan sinar yang
meninggalkan bidang pembias atau pemantul.
Pada segiempat ABCE berlaku hubungan :
β + < ABC = 1800
Pada segitiga ABC berlaku hubungan :
r1 + i2 + < ABC = 1800
sehingga diperoleh hubungan :
β = r 1 + i2 .................................................................. (6)
dengan :
β = sudut pembias prisma
i2 = sudut datang pada permukaan 2
r1 = sudut bias pada permukaan 1
Pada segitiga ACD, <ADC + < CAD + < ACD = 1800
dengan
< CAD = i1 – r 1 dan < ACD = = r 2 – i2, sehingga berlaku hubungan :
< ADC + (i1 – r 1) + (r 2 – i2) = 1800
Gambar 3. Dispersi cahaya pada Prisma
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 19/26
19
< ADC = 1800
+ (r 1 – i2) - (i1 – r 2)
Jadi, sudut deviasi (δ) adalah :
δ = 1800
- < ADC
= 1800 – [180
0 +(r 1 – i2) - (i1 – r 2)]
= (i1 + r 2) - (r 1 + i2)
Diketahui β = r 2 + i2 (persamaan (6)), maka besar sudut deviasi yang
terjadi pada prisma adalah :
δ = (i1 + r 2) – β ................................ (7)
dengan :δ = sudut deviasi
i1 = sudut datang mula-mula
r 2 = sudut bias kedua
β = sudut pembias
2. Sudut Dispersi
Sudut dispersi merupakan sudut yang dibentuk antara deviasi
sinar satu dengan sinar lain pada peristiwa dispersi (penguraian
cahaya). Sudut ini merupakan selisih deviasi antara sinar-sinar yang
bersangkutan.
Jika sinar-sinar polikromatik diarahkan pada prisma, maka akan
terjadi penguraian warna (sinar monokromatik) yang masing-masing
sinar mempunyai deviasi tertentu.
Gambar 4. Dispersi sinar merah terhadap sinar ungu
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 20/26
20
Selisih sudut deviasi antara dua sinar adalah sudut dispersi, φ.
Sebagai contoh, pada gambar 4 dapat dinyatakan :
Deviasi sinar merah δm = (nm – 1) β
Deviasi sinar ungu δu = (nu – 1) β
Dengan demikian, dispersi sinar merah terhadap ungu sebesar :
φ = δu - δm ............................................... (8)
= (nu – 1) β - (nm – 1) β
Φ = (nu – nm) β ................................... (9)
dengan :
φ = sudut dispersi
nu = indeks bias warna ungu
nm = indeks bias warna merah
β = sudut pembias prisma
c. Difraksi
Difraksi adalah pelenturan suatu gelombang. Berarti difraksi cahaya
dapat didefinisikan sebagai pelenturan cahaya yaitu saat suatu cahaya
melalui celah maka cahaya dapat terpecah-pecah menjadi bagian-bagian
yang lebih kecil dan memiliki sifat seperti cahaya baru. Sifat-sifat difraksi
pada cahaya ini dapat dibuktikan dengan melihat pola interferensi yang
terjadi pada layar saat dipasang di belakang celah sehingga menghasilkandaerah penguatan dan pelemahan.
1. Difraksi Celah Tunggal
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 21/26
21
Pada gambar 5 di atas menunjukkan gelombang cahaya dengan
panjang gelombang λ didifraksikan oleh celah sempit dengan lebar d.
Pola gelap dan terang terbentuk ketika gelombang cahaya mengalami
interferensi.
Beda lintasan ke titik P adalah sin , dengan adalah sudut
antara garis tegak lurus terhadap celah dan garis dari pusat celah ke P.
Apabila beda lintasan yang terjadi adalah , maka kedua cahaya
(gambar 5) akan saling memperlemah dan menyebabkan terjadinya
interferensi minimum sehingga pada layar terbentuk pola gelap.
Jadi, pola gelap (difraksi minimum) terjadi jika :
d sin = n.λ ; n = 1, 2, 3,....... ............................ (10)
Sementara itu, pola terang (difraksi maksimum) terjadi bila :
( )
dengan :
d = lebar celah (m)
= sudut berkas sinar dengan arah tegak lurus (derajat)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
2. Difraksi Celah Majemuk (Kisi Difraksi)
Gambar 5. Difraksi celah tunggal
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 22/26
22
Kisi difraksi merupakan piranti untuk menghasilkan spektrum
dengan menggunakan difraksi dan interferensi, yang tersusun oleh
celah sejajar dalam jumlah sangat banyak dan memiliki jarak yang
sama (biasanya dalam orde 1.000 per mm). Dengan menggunakan
banyak celah, garis-garis terang dan gelap yang dihasilkan pada layar
menjadi lebih tajam. Bila banyaknya garis celah per satuan panjang,
misalnya cm adalah N, maka tetapan kisi d adalah :
Jika cahaya melewati celah majemuk (kisi) maka cahaya itu akan
mengalami difraksi atau pelenturan. Bukti difraksi pada kisi ini dapat
dilihat dari pola-pola interferensi yang terjadi pada layar, yaitu :
1. Garis terang (maksimum), bila :
d sin = n.λ ; n = 0, 1, 2,....... ............................ (13)
2. Garis gelap (minimum), bila :
( )
d. Polarisasi
Polarisasi adalah proses pembatasan gelombang vektor yang
membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah.
Polarisasi dapat juga didefinisikan sebagai pengurangan intensitas karena
berkurangnya komponen-kompenen gelombangnya. Tidak seperti
interferensi dan difraksi yang dapat terjadi pada gelombang transversal
dan longitudinal, efek polarisasi hanya dialami oleh gelombang
transversal. Cahaya dapat mengalami polarisasi menunjukkan bahwa
cahaya termasuk gelombang transversal yang memiliki komponen-
komponen yang saling tegak lurus. Polarisasi cahaya dapat disebabkan
oleh beberapa macam di antaranya adalah :
Gambar 6. Kisi Difraksi
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 23/26
23
1. Polarisasi karena Pembiasan dan Pemantulan
Cahaya datang dan mengenai batas medium akan mengalami
pemantulan dan pembiasan.
Perubahan sudut datang akan merubah sudut pantul i dan sudut
bias r . Pada suatu saat sinar pantul dan sinar bias akan saling tegak
lurus. Saat terjadi keadaan seperti inilah akan terjadi pembagian
intensitas pada kedua sinar itu, dan untuk sinar bias dan
untuk
sinar pantul sehingga sinarnya mengalami polarisasi.
Pada polarisasi linier ini akan berlaku hubungan-hubungan
seperti di bawah :
ip + r = 90o
Gambar 7. Polarisasi pembiasan dan pemantulan
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 24/26
24
tan ip =............................................... (15)
Persamaan 15 ini dikenal sebagai Hukum Brewster sesuai nama
ilmuwan yang pertama kali mempelajarinya, Daved Brewter (1781-
1868).
2. Absorbsi Selektif
Cahaya yang terpolarisasi bidang bias diperoleh dari cahaya
yang tidak terpolarisasi dengan menggunakan bahan bias ganda yang
disebut polaroid. Polaroid adalah suatu bahan yang dapat menyeraparah 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.
Cahaya yang tidak terpolarisasi terdiri atas cahaya dengan arah
polarisasi (vektor medan listrik) yang acak, yang masing-masing
arah polarisasinya diuraikan menjadi komponen yang saling tegak
lurus. Ketika cahaya yang tidak terpolarisasi melewati alat polarisasi,
satu dari komponen-komponennya dihilangkan. Jadi, intensitas
cahaya yang lewat akan diperkecil setengahnya karena setengah dari
cahaya tersebut dihilangkan.
............................................... (16)
Gambar 8. Perubahan intensitas cahaya dari cahaya tidak
terpolarisasi menjadi cahaya terpolarisasi
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 25/26
25
Jika satu berkas cahaya terpolarisasi bidang jatuh pada polaroid
yang sumbunya membentuk sudut
terhadap arah polarisasi datang,amplitudonya akan diperkecil sebesar cos . Karena intensitas berkas
cahaya sebanding dengan kuadrat amplitudo, maka intensitas
terpolarisasi bidang yang ditransmisikan oleh alat polarisasi adalah :
I = I o cos2 ............................................. (17)
dengan :
Io = intensitas cahaya awal
I = intensitas cahaya terpolarisasi = sudut antara kedua polarisator
Persamaan 17 inilah yang kemudian dikenal sebagai hukum Mallus.
3. Polarisasi karena Pembiasan Ganda (Bias Kembar)
Bias ganda merupakan sifat yang dimiliki oleh beberapa kristal
tertentu (terutama kalsit) untuk membentuk dua sinar bias dari suatu
sinar datang tunggal. Sinar bias (ordinary ray) mengikuti hukum-
hukum pembiasan normal (hukum Snellius) dan cahaya ini tidak
terpolarisasi. Sinar bias lain, yang dinamakan sinar luar biasa/sinar
istimewa (extraordinary ray), karena tidak memenuhi hukum snellius
dan cahaya ini adalah cahaya yang terpolarisasi.
`
4. Polarisasi karena Hamburan
Cahaya yang datang pada zat gas akan mengalami polarisasi
sebagian. Elektron-elektron dalam partikel akan menyerap dan
Gambar 9. Polarisasi karena pembiasan ganda
5/13/2018 GELOMBANG CAHAYA Memer - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/gelombang-cahaya-memer 26/26
26
memancarkan kembali sebagian dari cahaya. Suatu peristiwa
penyerapan dan pemancaran kembali suatu gelombang cahaya oleh
partikel disebut hamburan. Fenomena yang menerapkan prinsip ini
antara lain warna biru pada langit dan warna merah yang terlihat
ketika matahari terbenam.
Langit pada siang hari tampak berwarna biru karena sinar biru
dihamburkan lebih banyak daripada warna lain. Ketika matahari
terbenam dan berada di kerendahan langit, cahaya dari akhir
spektrum biru dihamburkan. Matahari terlihat berwarna kemerahan
karena warna dari akhir spektrum lewat ke mata kita, tetapi warna
biru lolos.