Sabtu, 19 Januari 2019

✅ Gelombang Cahaya Sifat Dispersi Difraksi Interferensi Contoh Soal

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).

gelombang 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.

Sifat Gelombang Cahaya

Gelombang cahaya memiliki empat karakteristik utama, yaitu:

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.

dispersi cahaya

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

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.

interferensi cahaya

Karena superposisi gelombangnya memiliki sudut interferensi, persamaannya dapat ditulis sebagai:

d \cdot \sin \theta = m \cdot \lambda

Perhatikan gambar diatas, jika sudut nya sangat kecil (\sin \theta \approx \tan \theta) sehingga nilai \sin \theta sebesar y/l, maka persamaannya menjadi:

Untuk pita terang:

d \frac{y}{l} = m \cdot \lambda

Untuk pita gelap:

d \frac{y}{l} = (m - \frac{1}{2}) \cdot \lambda

Di mana:

d = jarak antar celah (m)θ = sudut interferensim = orde (0,1,2,…)𝜆 = panjang gelombang (m)y = jarak pita orde-m ke terang pusat (m)l = jarak celah ke layar (m)

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.

difraksi cahaya celah tunggal

Pada difraksi celah tunggal, pita terang akan menutup satu orde-m. Maka persamaannya menjadi:

Untuk pita terang:

d \frac{y}{l} = (m + \frac{1}{2}) \cdot \lambda

Untuk pita gelap:

 d \frac{y}{l} = m \cdot \lambda

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:

d = \frac{1}{N}

Di mana: N = konstanta kisi (garis/m)

Pada difraksi celah banyak, pola terang dan gelang sama dengan Interferensi.

Untuk pita terang:

 d \frac{y}{l} = m \cdot \lambda

Untuk pita gelap:

d \frac{y}{l} = (m - \frac{1}{2}) \cdot \lambda

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:

    \tan i_p = \frac{n_2}{n_1}

    Di mana:

    ip = sudut polarisasin2 = indeks bias tujuann1 = indeks bias asal

  • Polarisasi akibat absorpsi:

    • Jika intensitas cahaya terpolarisasi, maka setelah melewati polarisator pertama, maka persamaan intensitas cahaya menjadi:

    I_1 = \frac{1}{2}I_0

    Di mana:

    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. 24B. 25C. 26D. 50E. 51

    Pembahasan:

    Dari soal, diketahui:

    \theta = 30^{\circ}

    \lambda = 500 nm = 5 \times 10^{-7} m

    N = 400 \frac{garis}{cm} = 4 \times 10^{4} \frac{garis}{m}

    Pertama, tentukan hubungan antara banyaknya celah dengan jarak antar celah:

    d = \frac{1}{N}

    d = \frac{1}{4 \times 10^4} m

    Lalu, kita bisa dapatkan orde m-nya:

    d \cdot \sin \theta = m \cdot \lambda

    \frac{1}{4 \times 10^4} \cdot \sin 30^{\circ} = m \cdot 5 \times 10^{-7}

    m = 25

    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

    Kontributor: IbadurrahmanS2 Teknik Mesin FT UI

    Materi StudioBelajar.com lainnya:

  • Energi Potensial & Energi Kinetik
  • Hukum Ohm
  • Listrik Statis

    • GELOMBANG CAHAYA - INTERFERENSI,DIFRAKSI,POLARISASI - SIMPLE KONSEP - (Fitur Baru : SMARRT Online)


    Source : https://www.studiobelajar.com/gelombang-cahaya/
    Diposting oleh di
    Label: , , , ,

    Tidak ada komentar:

    Posting Komentar

    Langganan: Posting Komentar (Atom)