Optika Fisis

Nama Kelompok Abdillah Zihad Rizal Alhabsyi Ade Motik Bayu Aji Pangestu Indharta Asmita Mahardika Soleh Andi Nugroho Teuku Andre Ravanelly Tiara Utami Yogi Berkat R

GELOMBANG CAHAYA

Cahaya merupakan suatu gelombang elektromagnetik yang tidak memiliki

massa atau massa dapat diabaikan yang dapat diterima dan dapat dideteksi

oleh mata..

Cahaya dibagi atas 2 bagian ;

1. Cahaya Polikromatik

Cahaya Polikromatik adalah cahaya yang terdiri atas banyak warna dan

panjang gelombang . Cahaya polikromatik dapat diuraikan menjadi cahaya

monokromatik

2. Cahaya Monokromatik

Cahaya monokromatik adalah cahaya yang terdiri atas 1 warna dan 1

panjang gelombang . Cahaya monokromatik tidak dapat diuraikan

lagi .Cahaya monokromatik dibagi menjadi 7 komponen warna , antara lain ;

Merah , Jingga , Kuning, Hijau ,Biru , Nila dan Ungu

Tahukah Anda ?Jika matahari hilang dari sistem tata surya , kita akan mengetahuinya 8

menit kemudian ?

Cahaya memiliki sifat-sifat umum gelombang cahaya , antara lain :

1. Cahaya dapat dibiaskan dan dipantulkan

2. Cahaya akan mengalami difraksi, jika melewati celah yang sempit.

3. Cahaya dapat mengalami polarisasi (pengutuban).

4. Cahaya akan mengalami interferensi jika dua cahaya bertemu.

Sifat – Sifat Gelombang Cahaya

Persamaan MaxwellJames Clerk Maxwell (1831 – 1879 )

“Cahaya adalah suatu bentuk radiasi gelombang

elektromagnetik oleh muatan yang dipercepat.dengan medan listrik dan medan magnet yang bergetar saling tegak lurus“

Dari percobaan yang dilakukan Maxwell didapat hasil bahwa cepat rambat cahaya sama dengan cepat rambat gelombang elektromagnetik .

Rumus Cepat rambat cahaya :

Keterangan :

Hasil Penemuan Maxwell

Berdasarkan penemuan Maxwell, diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik

adalah suatu gelombang sinusoida dengan medan listrik E dan medan magnet B

berubah terhadap jarak x dan waktu t

Sehingga Maxwell menemukan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik

sama dengan panjang gelombang dan frekuensi gelombang pada suatu gelombang

Sinusoida

Rumus :

Keterangan :

Pemantulan/pembiasan cahaya

a. Pemantulan

Cahaya datang pada benda-benda mengkilap misal cermin, maka akan dipantulkan.

b. Pembiasan

Jika cahaya melewati dua medium yang berbeda misal udara dan air, maka pada bidang batas duua medium tersebut cahaya dibiaskan.

Berlaku hukum Snellius :

= atau =

OPTIKA FISIS

D.POLARISASIC. DIFRAKSIB. INTERFERENSIA. DISPERSI

Peristiwa peruraian cahaya polikromatik (putih) menjadi spektrum cahaya monokromatik

Perpaduan dua gelombang yang memiliki beda fase konstan (koheren)

Gejala pelenturan gelombang pada celah sempit

Gejala pengkutuban gelombang hingga hanya memiliki satu atah getar saja

1. Sudut deviasi

2. Sudut dispersi

3. Warna benda

1. Interferensi celah ganda

2. Interferensi pada selaput tipis

3. Cincin Newton

1. Difraksi pada celah tunggal

2. Difraksi pada celah majemuk

3. Difraksi dan alat optik

1. Polarisasi akibat penyerapan

2. Polarisasi akibat pemantulan

3. Polarisasi akibat bias kembar

1. DISPERSI CAHAYA

Bila seberkas sinar putih (Polikromatik) mengenai batas antara dua media bening yang mempunyai indeks bias berbeda, maka selain dibiaskan, berkas sinar ini pun akan diuraikan menjadi berbagai warna, hal ini secara sederhana dapat digunakan prisma sebagai media bening.

Kebergantungan laju gelombang dan indeks refraksi terhadap panjang gelombang dinamakan dispersi.

A. DISPERSI Cahaya polikromatik

Spekrum cahaya-cahaya monokromatik(MEJIKUHIBINIU)

Sudut deviasi ()

Di1r2

Besar sudut penyimpangan arah sinar datang dan kelaur dari prisma, 21 ri Jika 21 ri

terjadi deviasi minimum )(

2

sin2

sin

n

Jika sudut pembiasa prisma

<15o berlaku :

1 n

Dari merah ke ungu

Sudut deviasi

Indeks bias

frekuensi

Semakin besar

n=indeks bias prisma

nudara =1 nprisma=n

Kesimpulan :

Sudut deviasi dipengaruhi oleh : 1. Indeks bias prisma (n)

2. Sudut pembias prisma

)(

Indeks bias prisma tergantung pada : 1. Jenis bahan prisma

2. Jenis sinar yang datang pada prismaPada peristiwa dispersi :

1. Sinar ungu terdeviasi paling besar karena indeks biasnya terbesar

2. Sinar merah terdeviasi paling kecil karena indeks biasnya terkecilSelisih sudut deviasi antara dua warna cahaya disebut sudut dispersi

DmDu

mu DD

mu

Untuk sinar yang mengalami deviasi minimum :

Kesimpulan :

Sudut deviasi dipengaruhi oleh : 1. Indeks bias prisma (n)

2. Sudut pembias prisma

)(

Indeks bias prisma tergantung pada : 1. Jenis bahan prisma

2. Jenis sinar yang datang pada prismaPada peristiwa dispersi :

1. Sinar ungu terdeviasi paling besar karena indeks biasnya terbesar

2. Sinar merah terdeviasi paling kecil karena indeks biasnya terkecilSelisih sudut deviasi antara dua warna cahaya disebut sudut dispersi

DmDu

mu DD

mu

Untuk sinar yang mengalami deviasi minimum :

Interferensi CahayaInterferensi adalah Perpaduan dua atau lebih sumber cahaya sehingga

menghasilkan keadaan yang lebih terang (interferensi maksimum) dan keadaan yang gelap (interferensi minimum). Syaratnya Cahaya tersebut harus koheren. Koheren adalah Dua sumber cahaya atau lebih yang mempunyai frekwensi, amplitudo dan beda fase yang tetap.

Untuk mendapatkan cahaya koheren dapat digunakan beberapa metode :– Percobaan cermin Fresnell.– Percobaan Young.– Cincin Newton.– Interferensi cahaya pada selaput tipis

• Ada dua macam interferensi cahaya :• Interferensi maksimum : Pada layar didapatkan garis terang

apabila beda jalan cahaya antara celah merupakan bilangan genap dari setengah panjang gelombang.

• Interferensi minimum : Pada layar didapatkan garis gelap apabila beda jalan antara kedua berkas cahaya merupakan bilangan ganjil dari setengah panjang gelombang.

Beda Lintasan

Jarak tempuh cahaya yang melalui dua celah sempit mempunyai perbedaan (beda lintasan), hal ini yang menghasilkan pola interferensi. menghasilkan pola interferensi.

Interferensi Celah Ganda Pertama kali ditunjukkan oleh Thomas Young pada tahun

1801 Ketika dua gelombang yang koheren menyinari/melalui dua

celah sempit, maka akan teramati pola interferensi terang dan gelap pada layar.

Interferensi Maksimum : gelombang saling memperkuat/konstruktif, menghasilkan garis terang

Interferensi Minimum : gelombang saling memperlemah/destruktif, menghasilkan garis gelap

Pola Interferensi Celah Ganda

Interferensi maksimum Interferensi maksimum disebut juga interferensi konstruktif,

akan menghasilkan garis terang pada layar d sin θ = n λ; n = 0, 1, 2 ………. Bilangan n disebut orde terang . Untuk n = 0 disebut terang

pusat, n = 1 disebut terang ke-1 dst.

Karena jarak celah ke layar l jauh lebih besar dari jarak kedua celah d (l >> d), maka sudut θ sangat kecil, sehingga sin θ = tan θ = p/l, dengan demikian :

pd/l = nλ Dengan p adalah jarak terang ke-n ke pusat terang.

Interferensi minimum

Interferensi minimum akan menghasilkan garis gelap pada layar d sin θ = (n – ½ )λ; n = 1, 2, 3 …………Bilangan m disebut orde gelap. Tidak ada gelap ke 0.

Untuk n = 1 disebut gelap ke-1 dst. Mengingat sin θ = tan θ = p/l, maka pd/l = (n – ½ )λ Dengan p adalah jarak gelap ke-n ke pusat terang.

Paduan Gelombang

Syarat terjadinya interferensiSumber harus bisa mempertahankan suatu beda fasa yang tetap (sumber koheren).

Sumber harus monokromatis dan menghasilkan cahaya dengan panjang gelombang sama.

PERCOBAAN YOUNG

Sumber cahaya yang monokromatik dilewatkan suatu celah yang sempit S kemudian diteruskan melalui celah S1 dan S2. S1 dan S2 berlaku sebagai dua buah sumber cahaya garis yang sejajar dan koheren yang baru. Penyelesaian yang berlaku sama halnya dengan percobaan cermin Fresnell. Untuk min/gelap

Untuk max/terang

d sin = (2k-1) 2

1

d sin = (2k) 2

1

“Metode cahaya koheren”

Karena kecil sekali maka sin l

p, sehingga :

Untuk min/gelap

Untuk max/terang Harga k = 1,2,3,4,…n Keterangan :

S = Sumber utama yang koheren. S1 = Sumber koheren 1 S2 = Sumber koheren 2 d = Jarak antara sumber S1 dan S2. p = Jarak interferensi. l = Jarak antara sumber dan layar.

l

p.d = (2k-1)2

1

1

p.d = (2k)2

1

Bila P adalah garis terang ke k setelah garis terang pusat M, maka :

Untuk k = 1,2,3,…n

Keterangan : p = Jarak terang pusat ke garis gelap pada layar (PM). d = Jarak antara sumber cahaya (S1 dan S2). l = Jarak sumber cahaya ke layar. = Panjang gelombang cahaya yang dipergunakan..

1

p.d = (2k)2

1

a. Percobaan cermin fresnella. Percobaan Cermin Fresnell.

Fresnell menggunakan dua cermin datar yang ujung-ujungnya diletakkan satu sama lain sehingga membentuk sebuah sudut yang mendekati 1800.Sinar dari S dipantulkan oleh cermin I seolah-olah berasal dari S1 dan oleh cermin II seolah-olah S2.Bila P adalah garis gelap ke k di sebelah M, maka :

c. Cincin Newton

Bila cahaya dijatuhkan pada susunan lensa plankonveks yang diletakkan diatas kaca, karena diantara lensa dan kaca terdapat lapisan udara yang bertindak sebagai selaput tipis, cahaya tersebut akan mengalami interferensi. Bila cahaya yang dijatuhkan berupa cahaya monokromatik, maka di permukaan datar lensa plankonveks terlihat cincin gelap (minimum) dan terang (maksimum). Tetapi bila yang dijatuhkan sinar polikromatik akan terlihat cincin berwarna. Cincin yang terlihat ini dinamakan cincin Newton.

Untuk menentukan gelap dan terang digunakan rumus :

Terang (max) : rk

2 = 2

1R(2k + 1)

Gelap (min) : rk2 = R(k)

Harga k = 0,1,2,3,…n

Difraksi.Peristiwa pembelokan arah sinar jika sinar tersebut mendapat halangan.

Penghalang yang dipergunakan biasanya berupa kisi, yaitu celah sempit.

Difraksi celah tunggal

d sin θ = n λ , n = 1,2,3, … ( minimum garis gelap )

d sin θ = ( n - 1 )λ/2 , n = 0,1,2,… ( maksimum garis terang )

Difraksi kisi (celah banyak) Kisi adalah kepingan kaca yang digores,

menurut garis sejajar sehingga dapat bekerja sebagai celah yang banyak jumlahnya.

Jika N menyatakan banyak garis per satuan panjang (misal cm)maka tetapan kisi adalah kebalikan dari N.

d = 1/Nd sin θ = n λ , n = 1,2,3, … ( MAKSIMUM garis terang)

d sin θ = ( n - 1 ) λ/2 , n = 0,1,2,… ( MINIMUM garis gelap)

Polarisasi

Pengkutuban daripada arah getar dari gelombang transversal.

(Dengan demikian tidak terjadi polarisasi pada gelombang

longitudinal

Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal, dan tidak

terjadi pada gelombang longitudinal.

Gelombang cahaya dapat terpolarisasi karena gelombang cahaya

adalah gelombang transversal, sedangkan gelombang bunyi tidak

dapat terpolarisasi karena gelombang bunyi termasuk gelombang

longitudinal

Polarisasi

Model Cahaya tak terpolarisasi

akibat pembiasan dan pemantulan

n1

n2

i rp

rb

90o

Cahaya pantul terpolarisasi sempurna jika sudut datang i mengakibatkan sudut bias rb dgn sudut pantul rp saling tegak lurus

pri obp rr 90

po

b rr 90

1

2

sin

sin

n

n

r

i

b

1

2

90sin

sin

n

n

r

r

po

p

1

2

cos

sin

n

n

r

r

p

p

1

2tann

nrp

dan

Hukum Snellius :

Sudut datang ini disebut sudut polarisai atau sudut Brewster

Hukum Brewster

Akibat absorpsi (cara lebih umum)Menyerap semua gelombang yang tak diinginkan dan meloloskan

gelombang yang arah getar medan listriknya tertentu

Io oII2

11 2

12 cosII

202 cos

2

1II

Vektor medan E membentuk sudut

Ey

Ex

E

dengan sumbu transisi sehingga E terdiri dari komponen Ex dan Ey

Komponen Ex diserap oleh polaroid dan Ey diteruskan

2yy EI 2cosoy EI

karena

Polarisator

Analisator

Jika sumbu transisi polarisator dan analisator

sejajar Sinar terang

tegak lurus Sinar redup

Rumus Malus

𝐸𝑦=𝐸0 cos𝜃

Perputaran arah polarisator dapat dilakukan dengan melewatkan sinar terpolarisasi melalui suatu zat (larutan gula, kristal kwarsa) yang disebut zat optik aktif

Polarisator

Cahaya terpolarisasi

Analisator

L

Berisi zat optik aktif

Besarnya sudut perubahan arah polarisasi cahaya ( ) tergantung kepada :

1. Panjang larutan (L)

2. Konsentrasi larutan (C)

3. Sudut putar jenis larutan ( )

CL