GELOMBANG CAHAYA

Kalor jenis gelombang elektromagnetik dapat merambat melalui medium vakum atau medium material. Cahaya merupakan sebuah gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat oleh mata, dengan panjang sekitar 380-750 nm. Disebut sebagai gelombang karena cahaya memiliki sifat-sifat seperti yang dimiliki gelombang.

Gelombang cahaya dalam kehidupan sehari-hari seperti lampu menggunakan gelombang cahaya untuk menghasilkan cahaya dan memberikan penerangan dalam ruangan. Televisi menggunakan gelombang cahaya untuk menampilkan gambar dan suara melalui teknologi layar LED atau OLED. Kamera menggunakan gelombang cahaya untuk menangkap gambar melalui lensa dan sensor yang mampu mengubah sinyal cahaya menjadi gambar digital

Warna pelangi terjadi karena adanya difraksi yang menyebabkan cahaya polikromatik. Cahaya polikromatik masuk ke medium yang berbeda panjang gelombangnya dan mengalami indeks refraksi atau pembiasan yang berbeda-beda juga. Alhasil, sudut pembelokannya juga berbeda sehingga muncul deh warna pelangi

A. Sifat Gelombang Cahaya beserta Contohnya

Sifat gelombang cahaya adalah karakteristik atau perilaku yang dimiliki oleh gelombang cahaya. Sifat gelombang Cahaya:

Merambat lurus
Gelombang cahaya bersifat dapat merambat lurus.
Contoh sifat meramabat lurus adalah ketika cahaya lampu motor menyinar kedepan
Dapat dipantulkan (refleksi)
gelombang cahaya memiliki sifat dapat dipantulkan.
Contoh refleksi ketika kita bercermin, maka bayangan kita akan dipantulkan oleh cermin
Dapat dibiaskan (refraksi)
Pembiasan cahaya merupakan peristiwa pembelokan cahaya saat merambat dari satu medium ke medium lain yang memiliki indeks bias berbeda. Pembiasan ini terjadi karena dua medium yang dilewati oleh cahaya memiliki kecepatan partikel yang berbeda.
Contoh Proses pembiasan cahaya dapat dilihat ketika dimasukkan pensil ke dalam segelas air yang terkena cahaya. akan terlihat pensil tampak lebih besar dari ukuran aslinya.
Dapat diserap (absorbsi)
Sama halnya dengan sifat gelombang, cahaya memiliki sifat dapat diserap atau absorpsi. Absorbsi merupakan peristiwa saat sinar atau cahaya masuk ke dalam material transparan, maka sebagian energinya akan berkurang menjadi energi panas. Berkurangnya intensitas cahaya ini disebut sebagai absorbsi.
Dapat diuraikan (dispersi)
dispersi merupakan pemisahan cahaya tampak menjadi cahaya dengan warna berbeda. Sifat dispersi dapat terlihat ketika ada pelangi. Pada peristiwa ini cahaya matahari yang aslinya putih dibiaskan oleh titik air hujan sehingga menghasilkan berbagai warna yang disebut sebagai pelangi.
Mengalami pelenturan (difraksi)
Difraksi merupakan keadaan yang terjadi ketika cahaya merambat dan menembus celah atau penghalang. Contoh difraksi ketika cahaya masuk melalui lubang kecil pada ruangan tertutup. Meskipun lubang atau celah tersebut sangat sempit, cahaya tetap bisa masuk karena pembelokan cahaya yang terdifraksi. contoh lagi ketika sinar matahari menembus celah awan, pintu terbuka kecil cahaya masih dapat melewatinya.
Dapat menembus benda bening
Cahaya dapat menembus benda bening atau transparan. Hal ini dapat terjadi lantaran benda bening dapat dirambati cahaya dengan mudah dan mampu meneruskan cahaya. dapat dilihat pada kaca mobil yang bening. Saat di dalam mobil kamu bisa melihat ke luar kaca karena cahaya masih bisa merambat masuk ke luar kaca bening yang tertangkap oleh mata.
Dapat disearahkan (polarisasi)
Polarisasi cahaya adalah keadaan dimana intensitas cahaya berkurang karena sifat cahaya yang tegak lurus dengan arah perambatannya. Keadaan ini membuat cahaya terbatas untuk satu arah bidang, dan jika di arahkan ke media polarisator maka intensitas cahaya berkurang karena berkurangnya komponen gelombang cahaya.

B. Difraksi Celah Tunggal

Pada difraksi celah tunggal, sumber cahaya yang merambat hanya melewati satu buah celah saja. Sebagai contoh, sebuah cahaya laser ditembakkan melalui celah tunggal akan menghasilkan pola gelap-terang pada layar.

Persamaan Pola gelap: d sin θ = n x λ
Persamaan Pola terang: d sin θ = (2n + 1) x 1/2 λ

Keterangan :
d = Lebar Celah (m)
θ = Sudut (derajat)
n = 1,2,3,…
λ = Panjang Gelombang (m)

C. Difraksi Kisi (Celah Banyak)

Difraksi kisi merupakan susunan dari sejumlah besar celah paralel yang lebar dan jarak antar celahnya sama. Sebagai contoh, ada sinar laser yang ditembakkan melalui celah kisi maka akan menghasilkan pola gelap-terang pada layar.

jarak antara pita terang pusat dengan pita terang 1 yaitu 1 panjang gelombang. Sedangkan, jarak antara pita gelap dengan pita terang yaitu ½ panjang gelombang

Persamaan kisi difraksi

d sin θ = dy / L = n λ

d = 1 / N

Keterangan:
d = lebar celah (m)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
n = banyak celah
n = 0, 1, 2, …

D. Interferensi Cahaya

Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi satu gelombang baru. jika kedua gelombang yang terpadu sefase maka terjadi interferensi konstruktif (saling menguatkan) jika kedua gelombang yang terpadu berlawanan fase maka terjadi interferensi destruktif(saling melemahkan)

d = jarak antara dua celah, l = jarak layar ke celah, y = jarak teramg ke- atau gelap ke- keterang pusat

terbentuknya garis terang atau gelap pada layar tergantung pada selisih lintasan cahaya yang berinterferensi. pada gambar,

selisih lintasan cahaya S₁P dan S₂P adalah ΔS yang memenuhi

Terjadinya terang (interferensi konstruktif/maksimal)

m = 0, 1, 2, 3,…bersesuaian dengan terang pusat/ke-0 ke terang ke-0, terang ke-1, dan
seterusnya

Syarat terjadinya gelap (interferensi destruktif/minimal)

m = 1, 2, 3, ……bersesuaian dengan terang pusat/ke-0 ke gelap ke-1, terang ke-2, dan
seterusnya

jarak terang atau gelap ke.

n = 1 untuk pola gelap ke gelap terdekat atau terang ke terang terdekat
n = 1/2 untuk pola terang ke gelap terdekat

Contoh
tentukan jarak terang ke-3 ke gelap ke-13

E. Dispersi Cahaya

Dirpersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna warni (monokromatik).

Φ = δ_u – δ_m = n_u – n_m

Keterangan:
Φ = sudut dispersi
δ_u = devisi sinar ungu
δ_m = devisi sinar merah
n_u = indeks bias sinar ungu
n_m = indeks bias sinar merah

F. Polarisasi Cahaya

Jika kita keluar pada siang hari, kita akan merasa silau oleh terik matahari. Tetapi, itu tidak akan terjadi jika kita memakai kacamata hitam. Mengapa? Karena, gelombang dari matahari tersebut diserap oleh kacamata hitam yang kita pakai. Dan ini merupakan salah satu bukti dari salah satu sifat polarisasi cahaya.

Polarisasi cahaya adalah salah satu sifat gelombang elektromagnetik selain pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi, dan polarisasi.

Gelombang elektromagnetik sendiri dihasilkan berdasarkan muatan listrik yang dipercepat. Perubahan yang terus berlangsung mengakibatkan perubahan medan magnet dan listrik secara sinusoidal atau grafik sin

Gelombang berwarna merah : gelombang magnetik
Gelombang berwarna biru : gelombang listrik

*Melalui filter polarisator, gelombang elektromagnetik akan tereduksi menjadi satu arah, Intensitas cahayanya berubah menjadi ½ dari intensitas awalnya.

I₁ = 1/2 I₀

*Intensitas sinar yang diteruskan oleh analisator

I = I₀ Cos² θ

I = Intensitas Sinar yang diteruskan
I₀ = Intensitas gelombang dari polarisator
θ = Sudut antara sumbu polarisasi dan polarisator

G. Contoh Soal dan Pembahasan

Contoh 1
Contoh Soal Difraksi
Sebuah celah sempit tunggal dengan lebar a disinari oleh cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 5.890 Å. Agar terjadi pola difraksi maksimum dengan orde pertama pada sudut 30°, lebar celah tersebut adalah …
A. 5.890Å
B. 11.780 Å
C. 17.670 Å
D. 23.670 Å
E. 29.450 Å
Pembahasan
d sin θ = (2n + 1) x 1/2 λ
d sin θ = (m + 1/2) λ
a sin 30° = (1 + 1/2) 5.890 Å
a . 1/2 = 3/2 . 5.890 Å
a = 3 . 5.890 Å = 17.670 Å
Soal ini jawabannya C.

Contoh 2
Sebuah kisi yang mempunyai 2 x 10 garis/cm menerima seberkas sinar monokromatis. Sudut deviasi garis terang pertama yang dipakai 30°. Panjang gelombang sinar monokromatis yang digunakan …
A. 1.000 nm
B. 750 nm
C. 500 nm
D. 250 √ 3 nm
E. 250 nm

Pembahasan

Contoh 3
Seberkas cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 5 . 10^-5 cm diarahkan tegak lurus pada kisi difraksi. Jika difraksi orde kedua terjadi dengan sudut 30°, banyaknya garis tiap cm pada kisi tersebut adalah …
A. 2.000
B. 2.500
C. 3.000
D. 5.000
E. 10.000

Pembahasan

Contoh 4
Contoh soal Polarisasi cahaya
Sebuah cahaya dengan intensitas 100 W/m² ditembakkan menuju polarisator. polarisator terdiri dari 2 bagian, yaitu polarisator 1 dan polarisator 2, berapa intensitas cahaya yang keluar dari polarisator 2, jika sudut sebesar 30⁰
a. 100 W/m²
b. 75 W/m²
c. 50 W/m²
d. 37,5 W/m²
e. 25 W/m²

Contoh 5
Dua celah sempit yang terpisah pada jarak 0,2 mm disinari tegak lurus. Garis terang ketiga terletak 7,5 mm dari garis terang ke-nol pada layar yang jaraknya 1 m dari celah. Panjang gelombang sinar yang dipakai adalah …
A. 2,5 x 10^-4 mm
B. 5,0 x 10^-4 mm
C. 1,5 x 10-3 mm
D. 2,5 x 10^-3 mm
E. 5,0 x 10^-3 mm

Pembahasan

Contoh 6
Pada percobaan Young, dua celah berjarak 1 mm diletakkan pada jarak 1 m dari sebuah layar. Bila jarak terdekat antara pola interferensi garis terang pertama dan garis terang kesebelas adalah 4 mm, maka panjang gelombang cahaya yang menyinari adalah…
A. 1.000 Å
B. 2.000 Å
C. 3.500 Å
D. 4.000 Å
E. 5.000 Å
Pembahasan

Contoh 7
Celah tunggal selebar 0,5 mm disinari berkas cahaya sejajar dengan panjang gelombang 500 nm. Pola difraksi yang terjadi ditangkap pada layar yang berjarak 120 cm dari celah. Jarak antara garis gelap ketiga dan garis terang pusat adalah ….
A. 3,00 mm
B. 3,60 mm
C. 4,80 mm
D. 5,80 mm
E. 6,00 mm

Pembahasan
Menghitung jarak antara garis gelap ketiga (n = 3) dan garis terang pusat :
d · sin θ = nλ
d · y/L = nλ
0,5 · y/1.200 = 3 × 5.000 × 10^‒7
0,5y = 1.200 × 15.000 × 10^‒7
0,5y = 12 × 15 × 10⁵ × 10^‒7
0,5y = 180 × 10^‒2
y = 180/0,5 × 10^‒2
y = 360 × 10^‒2 = 3,6 mm

Jadi, jarak antara garis gelap ketiga dan garis terang pusat adalah 3,60 mm.
Jawaban: B