Makalah Optik Polarisasi Karena Pemantulan

)

DosenPengampuh :

ApitFathurohman, S.Pd.,M.Si.

2015

Program Studi Pendidikan Fisika

FakultasKeguruandanIlmuPendidikan

UniversitasSriwijaya

1

POLARISASI KARENA PEMANTULAN

POLARIZATION DUE TO REFLECTION

Indah Listari1, Nia Nopeliza2, Derin3, Dwi Agustina4, DebyPermatasari5, DwiSuseno

Wati6, Fitri Wulandari7

Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya, Inderalaya

ABSTRACT

Polarization is an event changes the direction of the light waves that vibrate randomly into the direction of vibration. Other types of polarization between linear polarization, circular polarization, the polarization ellipse. If unpolarized light falls on the boundary between two transparent media such as glass-to-air or air-to-glass, the light beam reflected and refracted be polarized portion. E. L. Malus is engineers and scientists from France in 1808 found the polarization of natural light using the reflection from the glass surface. He saw when the natural light on a field on the glass in a certain angle, the reflected light is polarized field. Brewster prove that the tangent of the angle of reflection polarization is obtained mathematically equal to the refractive index of the medium. If pan angle and n is the refractive index of the medium n = tan p

Keywords: Polarization, Reflection, Brewster's Law

ABSTRAK

Polarisasi adalah suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang pada cahaya yang acak menjadi satu arah getar. Jenis polarisasi antara lain polarisasi linear, polarisasi melingkar, polarisasi ellips. Jika cahaya tak terpolarisasi jatuh pada bidang batas antara 2 medium yang transparan seperti kaca ke udara atau udara ke kaca, berkas cahaya yang dipantulkan dan dibiaskan akan terpolarisasi sebagian.E. L .MalusmerupakaninsinyurdanilmuwandariPrancispadatahun 1808menemukanpolarisasidaricahayaalammenggunakanpemantulandaripermukaankaca. Dia melihat ketika cahaya alam mengenai sebuah bidang pada kaca dalam sudut tertentu, sinar yang dipantulkan merupakan bidang polarisasi.Brewster membuktikan bahwa tangen dari sudut polarisasi adalah didapatkan dari pemantulan secara matematis sama dengan indeks bias dari mediumnya. Jika pmerupakan sudut dan n adalah indeks bias medium, yaknin = tan p.

Kata kunci :Polarisasi, Pemantulan, Brewsters Law

1 PENDAHULUAN

Sekitar 50 tahun yang lalu, Maxwell mengembangkan teori tentang elektromagnetik

dan menyatakan bahwa gelombang cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik merupakan bagian dari gelombang transversal, itu berarti

bahwa gelombang cahaya sendiri termasuk dalam gelombang transversal. Konsep

transversal sendiri sebenarnya mengacu kepada konsep polarisasi.[1]

2

Cahaya datang dari tempat yang umum bukan merupakan polarisasi. Keadaan

polarisasi tidak dapat terdeteksi dengan mata biasa. Pemahaman dari polarisasi sendiri

penting untuk memahami konsep perambatan dari gelombang elektromagnetik dan fiber

optik. Polarisasi cahaya mempunyai banyak aplikasi dalam industry dan teknologi. Satu

dari aplikasi yang penting adalah di LCDs ( Liquid Crystal Displays ) yang mana sangat

digunakan di jam tangan, kalkulator, layar TV dan lain-lain.[1]

Polarisasi dapat diartikan sebagai suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang

pada cahaya yang acak menjadi satu arah getar; dari sumber lain mengatakan

bahwa Polarisasiadalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang.

2 LANDASAN TEORI

I. Hakikat Cahaya

Cahaya adalah kesan (dalam bentuk energi) yang diterima oleh indera mata. Ada

beberapa teori tentang hakikat cahaya, antara lain:

I.a.Teori Korpuskuler menurut Hukum Newton

Teori ini mengatakan bahwa cahaya adalah partikel-partikel atau korpuskel-

korpuskel yang dipancarkan oleh sumber cahaya dan merambat menurut garis lurus

dengan kecepatan besar. Teori ini dianggap benar sampai kira-kira pertengahan abad 17.

Teori ini dapat menerangkan dengan jelas mengenai peristiwa pemantulan dan

pembiasan, tetapi tidak dapat dipakai untuk menerangkan terjadinya peristiwa

interferensi. Peristiwa interferensi hanya dapat diterangkan dengan teori gelombang,

sedangkan menurut hukum Newton cahaya merupakan partikel.

I.b.Teori Gelombang atau Teori Undulasi

Menurut Huygens pada awal pertengahan abad 17, cahaya adalah gelombang yang

berasal dari sumber yang bergetar. Gelombang yang berasal dari sumber yang bergetar

ini merambat dalam medium yang disebut eter, yaitu zat yang mengisi seluruh ruangan

termasuk ruang vakum.

I.c. Teori Gelombang Elektromagnetik

Menurut Maxwell, teori ini mengemukakan bahwa cahaya adalah gelombang

elektromagnetik.

3

II. Polarisasi[1]

Polarisasi adalah suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang pada cahaya

yang acak menjadi satu arah getar; dari sumber lain mengatakan bahwa polarisasiadalah

peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang.

Gejala polarisasi hanya dapat dialami oleh gelombang transversal saja, sedangkan

gelombang longitudinal tidak mengalami gejala polarisasi. Fakta bahwa cahaya dapat

mengalami polarisasi menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal.

Pada umumnya, gelombang cahaya mempunyai banyak arah getar. Suatu

gelombang yang mempunyai banyak arah getar disebut gelombang tak terpolarisasi,

sedangkan gelombang yang memilki satu arah getar disebut gelombang terpolarisasi.

Gejala polarisasi dapat digambarkan dengan gelombang yang terjadi pada tali

yang dilewatkan pada celah. Apabila tali digetarkan searah dengan celah maka

gelombang pada tali dapat melewati celah tersebut. Sebaliknya jika tali digetarkan dengan

arah tegak lurus celah maka gelombang pada tali tidak bisa melewati celah tersebut.

II.a. Jenis-jenis Polarisasi[5]

Suatu cahaya dikatakan terpolarisasi apabila cahaya itu bergerak merambat ke arah

tertentu. Arah polarisasi gelombang ini dicirikan oleh arah vektor bidang medan listrik

gelombang tersebut serta arah vektor bidang medan magnetnya.Beberapa macam / jenis

polarisasi antara lain adalah polarisasi linear, polarisasi melingkar, polarisasi ellips.

Gelombang dengan polarisasi melingkar dan polarisasi ellips dapat diuraikan menjadi 2

gelombang dengan polarisasi tegak lurus. Polarisasi linear terjadi ketika cahaya

merambat hanya dengan satu arah yang tegak lurus terhadap arah rambatan atau bidang

medan listriknya.

4

a) Polarisasi Linier

Suatu gelombang dikatakan terpolarisasi linier apabila vektor medan elektrik (atau

medan magnetik) pada suatu titik selalu diorientasikan sepanjang garis lurus yang

sama pada setiap waktu sesaat. Kondisi yang memenuhi hal ini adalah apabila vektor

medan (elektrik atau magnetik) memiliki:

a. Hanya satu komponen, atau

b. Dua komponen orthogon allinear yang sefasa dalam waktu atau berbedafasa

sebesar 180o (atau kelipatannya).

b) Polarisasi Lingkaran

Suatu gelombang dikatakan terpolarisasi lingkaran apabila vektor medanelektrik

(atau medan magnetik) pada suatu titik membentuk suatu lingkaransebagai fungsi

waktu. Kondisi yang memenuhi hal ini adalah apabila vektor medan (elektrik atau

magnetik) memiliki :

a. Medan harus mempunyai dua komponen Orthogonal linear, dan

b. Kedua komponen harus mempunyai besaran yang sama, dan

c. Kedua komponen harus mempunyai perbedaan fasa sebesar perkalian ganjil

Penentuan arah rotasi selalu ditentukan dengan merotasi komponen yang fasanya

mendahului terhadap komponen yang tertinggal fasa dan mengamatirotasi medan

seolah-olah gelombang tersebut terlihat bergerak menjauh dari pengamat. Jika

rotasinya searah jarum jam, maka gelombang terpolarisasi sirkular sesuai kaidah

tangan kanan; jika rotasinya berlawanan arah jarum jam, makagelombang

terpolarisasi sirkular menurut kaidah tangan kiri. Rotasi komponenmendahului fasa

terhadap komponen tertinggal fasa harus dilakukan sepanjang pemisahan sudut

diantara dua komponen yang kurang dari 180o.

5

Fasa yang lebih besar atau sama dengan 0o dan kurang dari 180o akan dianggap

mendahului sedangkan yang lebih besar dari atau sama dengan 180o dan kurang dari

360o akan dianggap tertinggal.

c) Polarisasi Elips

Suatu gelombang dikatakan terpolarisasi elips apabila ujung vektor medanelektrik

(atau medan magnetik) pada suatu titik membentuk kedudukan elipsdalam ruang.

Pada variasi waktu sesaat, medan vektor berubah secara kontinyuseiring waktu

dengan cara yang sama untuk menggambarkan tempat kedudukan elips. Arah rotasi

ditentukan dengan menggunakan aturan yang sama sepeti halnya pada polarisasi

sirkular.

Sebagai tambahan untuk mengetahui arah rotasi,gelombang yang terpolarisasi

elliptical juga dinyatakan dengan rasio aksial yang besarnya merupakan perbandingan

sumbu mayor terhadap sumbu minornya.

Kondisi yang memenuhi hal ini adalah apabila vektor medan (elektrik

ataumagnetik) memiliki :

a.Medan harus mempunyai dua komponen orthogonal linear, dan

b.Kedua komponen dapat memiliki besaran yang sama atau berbeda.

c.(1) Jika keduanya memiliki besaran yang berbeda, beda fasa-waktudiantara

keduanya tidak boleh 0o atau perkalian 180o (karena akan bersifatlinier).

(2) Jika kedua komponen memiliki besaran yang sama, beda fasa-

waktudiantara keduanya tidak boleh kelipatan bilangan ganjil dari 90o

(karenaakan bersifat circular).

6

II.b. SebabterjadinyaPolarisasi

Cahaya dapat mengalami polarisasi dengan berbagai cara, antara lain :

1. Polarisasi karena peristiwa pemantulan

2. Polarisasi karena pembiasan

3. Polarisasi karena bias kembar

4. Polarisasi karena absorbsi selektif

5. Polarisasi karena hamburan.

III. Polarisasi karena Pemantulan

Jika cahaya tak terpolarisasi jatuh pada bidang batas antara 2 medium yang

transparan seperti kaca ke udara atau udara ke kaca, berkas cahaya yang dipantulkan

dan dibiaskan akan terpolarisasi sebagian. Lalu tingkat Polarisasi tergantung pada sudut

datang serta indeks bias medium dan ketika terbentuk sudut sedemikian tersebut sinar-

sinar yang dihasilkan oleh pemantulan dan pembiasan akan saling tegak lurus, maka saat

itulah cahaya terpolarisasi sempurna atau terjadi saat sinar pantul dan sinar bias

membentuk sudut 90 derajat.[3]

Misalkan sinar datang dari cermin datar dengan sudut 57 derajat, maka sinar

pantul merupakan sinar terpolarisasi. Cahaya yang berasal dari cermin I adalah cahaya

terpolarisasi akan dipantulkan ke cermin.Apabila cermin II diputar sehingga arah getar

antara cermin I dan cermin II saling tegak lurus, maka tidaka akan ada caya yang akan

dipantulkan oleh cermin II.Peristiwa yang terjadi ini merupakan peristiwa terjadinya

polarisasi. Cermin I disebut Polarisator, sedangkan cermin II disebut analisator.

Polarisator akan menyebabkan sinar yang awalnya termasuk sinar tak terpolarisasi

7

menjadi sinar yang terpolarisasi. Sedangkan analisator akan menganalisi apakah sinar

tersebut termasuk sinar terpolarisasi atau tidak.[3]

IV. PolarisasiKarenaPemantulandanPembiasan

E. L .MalusmerupakaninsinyurdanilmuwandariPrancispadatahun

1808menemukanpolarisasidaricahayaalammenggunakanpemantulandaripermukaankaca.

Dia melihat ketika cahaya alam mengenai sebuah bidang pada kaca dalam sudut tertentu,

sinar yang dipantulkan merupakan bidang polarisasi.[1]

8

IV.a. Brewsters Law

Sir David Brewster melakukan serangkaian eksperimen polarisasi cahaya dengan

pemantulan di permukaan. Dia menemukan bahwa sudut polarisasi bergantung pada

indeks bias medium. Pada tahun 1892, Brewster membuktikan bahwa tangen dari sudut

polarisasi adalah didapatkan dari pemantulan secara matematis sama dengan indeks bias

dari mediumnya. Jika pmerupakan sudut dan n adalah indeks bias medium, maka

n = tan p

Hal ini dikenal sebagai Hukum Brewster

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 p + r =

90 atau r = 90 p.[2]

Dengan demikian, berlaku pula :

2

1 =

sin 2

sin =

sin

sin ( 90 ) =

sin

cos = tan

Jadi, diperoleh persamaan

21

= tan

9

Dengan n2 adalah indeks bias medium tempat cahaya datang n1 adalah medium

tempat cahaya terbiaskan, sedangkan p adalah sudut pantul yang merupakan sudut

terpolarisasi. Persamaan di atas merupakan bentuk matematis dari Hukum Brewster.

Sudut Polarisasi pjuga dikenal sebagai sudut Brewster dan dituliskan dengan

B.Cahaya dipantulkan dari segala arah dan sudut Brester terpolarisasi sebagian.

IV.b. Aplikasi Brewster Law[1]

a. Hukum Brewster dapatdigunakanuntukmenentukanindeks bias dari material buram.

b. Membantukitauntukmenghitungsudutpolarisasi yang diperlukanuntuk total

polarisasidarisinar yang dipantulkanuntutkbanyak material

jikaindeksbiasnyadiketahui. Akan tetapi,

hukuminitidakdapatdiaplikasikanpadapermukaanlogam.

c. Duajendela yang biasadikenaldenganjendela Brewster yang digunakan di laser gas.

Merekatersusun di sudut Brewster di duaujungtabung laser.

Setiapwaktucahayamelewatijendela, di perjalanannyakecerminpemantuldari

resonator optic, s-komponenhilang. Padaakhirnya, cahayamunculdari laser

terdiridaricahaya yang terpolarisasi linear dari p-component.

d. Aplikasipenggunaansudut Brewster

lainnyaadalahuntukmemancarkanberkascahayakedalamataukeluar fiber

optiktanpapemantulan yang hilang.

10

DAFTAR PUSTAKA

[5] Sarojo, A., G. 2011. Gelombang dan Optik. Jakarta: Salemba Teknika.

[1] Subrahmanyam, N., Brij Lal., M.N. Avadhanulu.1966. A text book of Optics. India :

Rajendra Ravindra Printers

[2] http://www.g-excess.com/pengertian-polarisasi-beserta-macam-macamnya.html

[3] https://fisikamemangasyik.wordpress.com/fisika-3/optik-fisis/a-polarisasi-cahaya/

[4] http://optikoptik.blogspot.com/2013/04/polarisasi-dan-jenis-jenisnya.html