Materi Fisika - Gelombang Cahaya: Penjelasan, Rumus & Contoh Soal
Oct 25, 2020
Edit
Materi Fisika SMA kelas 11 - Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik dengan spektrum yang terbatas (spektrum optik atau spektrum tampak), dimana pada spektrum tertentu tersebut gelombang elektromagnetik dapat terlihat yang kemudian kita sebut sebagai cahaya. Tidak ada batasan yang eksak mengenai spektrum optik tersebut, akan tetapi mata normal manusia dapat menerima/merasakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 400 sampai 700 nm (yang kita sebut sebagai cahaya tampak).
Selain cahaya adalah gelombang, cahaya juga dapat dikatakan terdiri dari partikel yang disebut foton. Arah getar cahaya tegak lurus terhadap arah rambatnya, jadi gelombang cahaya dikategorikan sebagai gelombang transversal.
Kita dapat mengamati sifat cahaya ini dengan menggunakan prisma sebagai medan pembias. Pada prisma, cahaya yang masuk akan mengalami pembiasa dua kali, yakni saat masuk ke prisma dan saat keluar ke prisma.
Pelangi merupakan salah satu contoh dispersi cahaya yang dapat kita amati secara alami. Air hujan membiaskan cahaya matahari sehingga cahaya terdispersi menjadi berbagai cahaya tampak yang kita sebut sebagai pelangi.
Interferensi cahaya pada celah ganda terjadi karena adanya beda fase cahaya dari cahaya yang melalui kedua celah tersebut. Ketika sebuah sumber cahaya yang sama persis frekeuensi dan panjang gelombangnya melewati dua buah celah, maka akan terjadi superposisi yang menyebabkan munculnya garis-garis gelap dan terang pada layar.
Karena superposisi gelombangnya memiliki sudut interferensi, persamaannya dapat ditulis sebagai:
Perhatikan gambar diatas, jika sudut nya sangat kecil (Sin θ ≈ Tan θ) sehingga nilai Sin θ sebesar y/l, maka persamaannya menjadi:
θ = sudut interferensi
m = orde (0,1,2,…)
𝜆 = panjang gelombang (m)
y = jarak pita orde-m ke terang pusat (m)
l = jarak celah ke layar (m)
Difraksi Celah Tunggal:
Saat cahaya melalui celah yang sangat kecil maka dapat terjadi peristiwa terbentuknya pita gelap dan terang yang disebut sebagai difraksi celah tunggal. Setelah cahaya melalui celah tersebut, terbentuklah cahaya baru (dengan menganggap celah sebagai sumber cahaya baru) yang menyebar ke segala arah.
Pada difraksi celah tunggal, pita terang akan menutup satu orde-m. Maka persamaannya menjadi:
Difraksi pada kisi (Celah Banyak)
Jika sebuah cahaya monokromatis dilewatkan pada lempeng kisi atau celah banyak, maka akan terbentuk pola difraksi berupa pola gelap dan terang pada layar. Kisi adalah susunan celah yang sejajar dan memiliki ukuran yang sama, dan dapat dibuat dengan cara membuat goresan-goresan pada lempeng kaca atau logam menggunakan ujung intan.
Hubungan antara banyaknya celah dengan jarak antar celah dirumuskan sebagai:
Di mana: N = konstanta kisi (garis/m)
Pada difraksi celah banyak, pola terang dan gelang sama dengan Interferensi.
Polarisasi akibat pembiasan:
Jika sinar pantul tegak lurus dengan sinar biasnya, maka sinar pantul akan terpolarisasi. Besarnya sudut polarisasi dapat dihitung dengan persamaan:
Di mana:
ip = sudut polarisasi
n2 = indeks bias tujuan
n1 = indeks bias asal
Polarisasi akibat absorpsi:
Jika intensitas cahaya terpolarisasi, maka setelah melewati polarisator pertama, maka persamaan intensitas cahaya menjadi:
Di mana:
I1 = intensitas cahaya setelah melewati polarisator (cd)
I0 = intensitas sumber cahaya (cd)
A. 24
B. 25
C. 26
D. 50
E. 51
Pembahasan:
Dari soal, diketahui:
Pertama, tentukan hubungan antara banyaknya celah dengan jarak antar celah:
Lalu, kita bisa dapatkan orde m-nya:
Jadi, banyaknya garis terang pada layar adalah 25 pada bagian atas, 25 pada bagian bawah, dan 1 pada pusatnya di tengah. Sehingga total banyaknya garis terang yang terbentuk adalah:
m = 25 + 25 + 1
m = 51
Jadi, jawaban yang benar adalah E
Sifat Gelombang Cahaya
Gelombang cahaya memiliki empat karakteristik utama, yaitu:1. Dispersi Cahaya
Dispersi merupakan pembiasan cahaya putih (cahaya polikromatik) menjadi komponennya yaitu cahaya monokromatik. Dispersi akan terjadi saat cahaya putih melewati medan pembias.Kita dapat mengamati sifat cahaya ini dengan menggunakan prisma sebagai medan pembias. Pada prisma, cahaya yang masuk akan mengalami pembiasa dua kali, yakni saat masuk ke prisma dan saat keluar ke prisma.
Pelangi merupakan salah satu contoh dispersi cahaya yang dapat kita amati secara alami. Air hujan membiaskan cahaya matahari sehingga cahaya terdispersi menjadi berbagai cahaya tampak yang kita sebut sebagai pelangi.
2. Interferensi Cahaya
Interferensi cahaya merupakan penjumlahan superposisi dua gelombang cahaya atau lebih yang dapat menimbulkan terbentuknya gelombang lain.Interferensi cahaya pada celah ganda terjadi karena adanya beda fase cahaya dari cahaya yang melalui kedua celah tersebut. Ketika sebuah sumber cahaya yang sama persis frekeuensi dan panjang gelombangnya melewati dua buah celah, maka akan terjadi superposisi yang menyebabkan munculnya garis-garis gelap dan terang pada layar.
Untuk pita terang:
Untuk pita gelap:
Di mana:
d = jarak antar celah (m)θ = sudut interferensi
m = orde (0,1,2,…)
𝜆 = panjang gelombang (m)
y = jarak pita orde-m ke terang pusat (m)
l = jarak celah ke layar (m)
3. Difraksi Cahaya
Difraksi merupakan pelenturan cahaya saat cahaya melalui celah sehingga cahaya akan terpecah-pecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan memiliki sifat cahaya yang baru.Difraksi Celah Tunggal:
Saat cahaya melalui celah yang sangat kecil maka dapat terjadi peristiwa terbentuknya pita gelap dan terang yang disebut sebagai difraksi celah tunggal. Setelah cahaya melalui celah tersebut, terbentuklah cahaya baru (dengan menganggap celah sebagai sumber cahaya baru) yang menyebar ke segala arah.
Untuk pita terang:
Untuk pita gelap:
Jika sebuah cahaya monokromatis dilewatkan pada lempeng kisi atau celah banyak, maka akan terbentuk pola difraksi berupa pola gelap dan terang pada layar. Kisi adalah susunan celah yang sejajar dan memiliki ukuran yang sama, dan dapat dibuat dengan cara membuat goresan-goresan pada lempeng kaca atau logam menggunakan ujung intan.
Hubungan antara banyaknya celah dengan jarak antar celah dirumuskan sebagai:
Pada difraksi celah banyak, pola terang dan gelang sama dengan Interferensi.
Untuk pita terang:
Untuk pita gelap:
4. Polarisasi Cahaya
Polarisasi cahaya merupakan berkurangnya intensitas cahaya yang diakibatkan oleh berkurangnya komponen pada gelombang cahaya. Polarisasi hanya dapat terjadi pada gelombang transversal. Polarisasi cahaya dapat terjadi akibat pemantulan, pembiasan, absorpsi dan hamburan.Polarisasi akibat pembiasan:
Jika sinar pantul tegak lurus dengan sinar biasnya, maka sinar pantul akan terpolarisasi. Besarnya sudut polarisasi dapat dihitung dengan persamaan:
ip = sudut polarisasi
n2 = indeks bias tujuan
n1 = indeks bias asal
Polarisasi akibat absorpsi:
Jika intensitas cahaya terpolarisasi, maka setelah melewati polarisator pertama, maka persamaan intensitas cahaya menjadi:
I1 = intensitas cahaya setelah melewati polarisator (cd)
I0 = intensitas sumber cahaya (cd)
Contoh Soal Gelombang Cahaya dan Pembahasan
Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm tegak lurus pada kisi difraksi. Jika kisi memiliki 400 garis tiap cm sudut deviasi sinar 300, maka banyaknya garis terang pada layar adalah…A. 24
B. 25
C. 26
D. 50
E. 51
Pembahasan:
Dari soal, diketahui:
m = 25 + 25 + 1
m = 51
Jadi, jawaban yang benar adalah E