BAB IIIGELOMBANG C A H A Y A(The Light Wave)

Learning ObjectivesAfter study this chapter, you are expected to be able to :Describe phenomena and characteristics of light wave, andApply the concepts and principles of light wave in technology

Peta KonsepCAHAYAInterferensi DifraksiPolarisasiLapisan tipisKisi difraksiCelah gandaDaya urai lensaCelah tunggalPemantulan PembiasangandaHamburan PenyerapanselektifHukumMallusmempelajariDitimbulkan olehDitimbulkanolehmembatasiDitimbulkan oleh

OPTIKA FISISDispersi Cahaya (The Light Dispersion)adalah peristiwa terurainya cahaya putih yang melewati sebuah prisma menjadi warna spektrum akibat perbedaan indeks bias masing-masing warna cahaya.

Sudut deviasiDari gambar diperoleh : + PSQ = 180Or1+i2+PSQ =180osehingga:+PSQ=r1+i2+PSQ = r1 + i2N1N2i1r1r2i2DPQTRS

Sudut deviasi dirumuskan:

D= i1 + r2 -

Dengan :i1 = sudut datang pada permukaan pertamar2 = sudut bias pada permukaan kedua = sudut pembias prismaD = sudut deviasi

Deviasi Minimumsyarat terjadinya deviasi minimum i1 = r2 atau r1 = i2, sehingga Dm dirumuskan:

Dm = 2i1 -

Di1r2Dm

Dengan menggunakan hukum Snellius sudut deviasi minimum dapat dirumuskan: nm sin ( + Dm) = np sin

untuk 15o dirumuskan:

Sudut Dispersi Beberapa sifat spektrum warna: - sudut deviasi semakin besar.-indeks bias semakin besar-frekuensi semakin besar-panjang gelombang semakin kecil

Sudut dispersi dirumuskan: = (nu nm)

dengan: = sudut dispersi nu = indeks bias warna ungu nm = indeks bias warna merahDmDu

contohSeberkas sinar dengan sudut datang 45o melewati suatu prisma sama sisi yang berada di udara dan terjadi deviasi minimum. Tentukanlah:a. sudut deviasi minimumb. indeks bias prisma

Penyelesaian diket :i1 = 45o = 60onm = 1ditanya :a. Dmb. np

Sudut deviasi minimumDm = 2i1 - = 2(45o) 60o = 30o

Indeks bias prisma

Efek Doppler pada cahaya(Dopplers Effect for Light)Cepat rambat cahaya dalam vakum, di rumuskan:

Dengan :0 = permeabilitas vakum = 4 x 10-7 Wb/A.m0 = permitivitas vakum = 8,85418 x 10 -12 C2/N.m2

Efek Doppler adalah pergeseran frekuensi cahaya akibat gerak relatif antara sumber cahaya dan pengamat.Secara matematis di rumuskan:

Dengan : fs = frekuensi sumber cahayafp = frekuensi cahaya yang diterima pengamatVs = laju sumber cahaya

adalah perpaduan dari dua gelombang cahaya.Syarat terjadinya interferensi : cahaya bersifat koheren ( frekuensi dan amplitudo sama serta beda fase tetap)Hasil interferensi:- garis terang (interferensi maksimum)- garis gelap (interferensi minimum)

Interferensi Celah Ganda Young(Youngs Double Slits Interference)

OPS1S2d sin layarPola interferensidRlpTPG ke nT ke n

Syaratnya:fasenya samabeda lintasannya sama dengan nol atau kelipatan dari panjang gelombangdirumuskan: d sin = natau

Dengan:n = orde atau nomor terang = 0, 1, 2,p = jarak terang ke n dari terang pusatl = jarak celah ke layard = jarak antar celah = panjang gelombang

syaratnya:Beda fase 180oBeda lintasannya sama dengan bilangan ganjil kali setengah panjang gelombang.Dirumuskan:

dsin = (n ) Atau

Dengan:n = orde atau nomor gelap = 1, 2, 3, ..p = jarak gelap ke n dari terang pusatGaris Terang dan Garis Gelap Berurutandirumuskan: dengan:p = jarak garis terang yang berurutan atau garis gelap yang berurutan

Contoh Cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 5.000 melewati celah ganda yang terpisah pada jarak 2 mm. Jika jarak celah ke layar 1 meter, tentukan jarak terang pusat dengan garis terang orde ketiga pada layar.

Penyelesaian diket:d = 2 mml = 1 m = 103 mm = 5.000 = 5 x 10-4mmn = 3 ditanya: pjawab:

Interferensi Pada Lapisan Tipis(Interference in the Thin Layer)

Dua faktor yang mempengaruhi interferensi pada lapisan tipis, yaitu:Perbedaan panjang lintasan optikPerubahan fase sinar pantulAEFDCBLapisan tipisudaraudaraiirrIndeksBias= nd

Syarat terjadinya interferensi maksimum (terang):2nd cos r = (m- )

m = 1, 2, 3,.n = indeks bias lapisand = tebal lapisanSyarat terjadinya interferensi minimum (gelap):

2nd cos r = m

m = 0, 1, 2, .....

Tentukan tebal lapisan minimum yang dibutuhkan agar terjadi interferensi maksimum pada sebuah lapisan tipis yang memiliki indeks bias 4/3 dengan menggunakan panjang gelombang 5.600

diket:n = 4/3 = 5.600 agar tebal lapisan minimum, maka:m = 1cos r = 1ditanya: djawab:

Cincin Newton(Newton Ring)

Syarat terjadinya interferensi:Interferensi maksimum (lingkaran terang):

n = 1, 2, rt = jari-jari lingkaran terang ke-nCahaya datangRrdKaca plan-paralelLensaCembung datar

Interferensi minimum (lingkaran gelap):

n = 0, 1, 2,rg = jari-jari lingkaran gelap ke-n

Pada suatu percobaan interferensi cincin Newton digunakan cahaya dengan panjang gelombang = 5700 . Hasil pengamatan menunjukkan jari-jari lingkaran gelap kesepuluh adalah 6 mm. Hitunglah jari-jari kelengkungan lensa.

Penyelesaian Diket: = 5700 = 5,7 x 10-7mn = 10rg= 6 mm = 6 x 10-3 m

Ditanya: RJawab:

Difraksi cahaya(Light Difractio)Adalah peristiwa pelenturan gelombang cahaya melewati suatu celah sempit (lebarnya lebih kecil dari panjang gelombang) sehingga gelombang cahaya tampak melebar pada tepi celah.

Difraksi celah tunggal(Single Slit Diffraction)

Pola difraksi minimum (gelap)dirumuskan:d sin = nPola difraksi maksimum (terang)dirumuskan:d sin = (n-)dengan:n = 1,2,3,

12345 d sin dd/2d/2

Contoh Dengan menggunakan celah tunggal, pada layar tampak pola difraksi. Garis terang pusat dan garis gelap ke empat membentuk sudut 30o terhadap garis normal. Jika cahaya yang digunakan memiliki panjang gelombang 6.000 , tentukanlah lebar celah yang digunakan.

Penyelesaian Diket: =30on = 4 = 6.000 Ditanya: dJawab:d sin = n

Difraksi pada Kisi(Diffraction on grating)

Pola difraksi maksimum:

d sin = n

dengan:d = lebar celah = 1/NN = jumlah celahn = 0, 1, 2, 3, .Pola difraksi minimum:

d sin =( n )

dengan:n = 1, 2, 3, .

Sebuah kisi memiliki 10.000 celah garis per cm. Pada kisi dilewatkan cahaya tegak lurus dengan panjang gelombang . Garis terang difraksi maksimum orde pertama membentuk sudut 30o terhadap garis normal. Tentukan

Penyelesian Diket: N = 10.000 garis/cmd = 1/N = 1/10.000 = 10-4 cm = 30on = 1Ditanya: Jawab:

Daya Urai Alat OptikDaya urai alat optik adalah: kemampuan alat optik untuk menghasilkan bayangan yang terpisah dari dua benda yang berdekatan.Kriteria Rayleigh adalah: dua titik sumber dapat dilihat terpisah bila pusat pola difraksi sumber pertama berimpit dengan minimum pertama pola difraksi sumber kedua.

Daya urai dirumuskan:

Karena maka daya urai dirumuskan:

D dm l Pola difraksiCelahbulat

Contoh Tentukanlah daya urai dari sebuah celah dengan diameter 1 mm dan jarak celah ke layar 2 m, dengan menggunakan cahaya yang panjang gelombangnya 580 nm.Diket:Ditanya: dmD = 1 mml = 2 m = 2 x 103mm= 580 nm = 5,8 x 10-4 mm

PenyelesaianJawab:

Polarisasi Cahaya(Light Polarization)Adalah: peristiwa terserapnya sebagian arah getar gelombang sehingga hanya tinggal memiliki satu arah getar.Cahaya dapat terpolarisasi karena peristiwa:1. pemantulan2. pembiasan dan pemantulan3. bias kembar4. absorbsi selektif5. hamburan

Polarisasi Karena Refleksi(Polarization due to Reflection)

Secara matematis, dirumuskan:Brewster Law

Polarisasi Karena Absorbsi Selektif(Polarization due to Selected Absorption)

Polarisasi Karena Pembiasan Ganda (Polarization due to Double Refraction)

Polarisasi Karena Hamburan(Polarization due to Scattering)