Halaman
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 139BAB3CAHAYA SEBAGAI GELOMBANGELEKTROMAGNETIKLihat! Betapaindahnyapemandangandi luar sana!Dengan demikian,setelah mempelajari babini, kita akan memahamikonsep cahaya sebagaigelombangelektromagnetik.Betul. Indah sekali.Tahukah kamu bahwakita dapat menikmatiindahnya pemandangankarena adanya cahaya?Ya. Cahaya sangatpenting bagi kita.Oleh karena itu, kitaakan mempelajarisifat-sifat cahayapada bab ini.Betul. Kita akanmempelajari dispersi,interferensi, difraksi,dan polarisasi cahayabeserta praktikum danpenerapannya.
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 140GerbangA. CahayaCahaya memang menarik untuk dipelajari. Sejak berabad-abad yanglalu banyak ahli yang tertarik untuk meneliti cahaya. Sebagai contoh adalahNewton dan Maxwell. Teori Newton tentang cahaya terkenal dengan teoripartikel cahaya sedangkan teori Maxwell terkenal dengan gelombangelektromagnetik. Fisikawan lain yang juga tertarik akan cahaya adalahHuygens, Thomas Young, dan Fresnell. Tokoh-tokoh fisika ini cukupbanyak memberikan sumbangan terhadap perkembangan teori tentangcahaya.Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang dapatdideteksi mata manusia. Karena itu, cahaya selain memiliki sifat-sifatgelombang secara umum misal dispersi, interferensi, difraksi, danpolarisasi, juga memiliki sifat-sifat gelombang elektromagnetik, yaitu dapatmerambat melalui ruang hampa.Cahaya membuat hidup kita penuh dengan warna dan keindahan. Apa yang terjadiseandainya Tuhan tidak menciptakan cahaya? Pastinya dunia kita tidak akan pernah ada.Tanpa cahaya kita tidak akan bisa menikmati indahnya pemandangan alam dan warna-warnipelangi setelah hujan. Bahkan tanpa cahaya kita tidak bisa melihat dunia di sekitar kita.Demikianlah arti penting cahaya bagi kita. Berikut ini akan kita pelajari sifat-sifat cahaya danpenerapannya.Kata Kunci:Dispersi Cahaya – Interferensi Cahaya – Difraksi Cahaya – Polarisasi CahayaGambar 3.1 Cahaya matahari membuat kita dapat menikmati indahnya pemandangan alamSumber: Dok. CAP
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 141B. Dispersi CahayaCahaya memang menjadikan kehidupan ini terlihat indah. Cobalahperhatikan pelangi yang muncul pada saat musim hujan! Ada banyakwarna melengkung indah menghias angkasa.Pernahkah kamu mengamati pelangi? Mengapa pelangi terjadi padasaat gerimis atau setelah hujan turun dan matahari tetap bersinar? Peristiwaterjadinya pelangi merupakan gejala dispersi cahaya. Gejala dispersi cahayaadalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahayaberwarna-warni (monokromatik). Untuk memahami peristiwa dispersicahaya cobalah lakukan percobaan sederhana berikut ini!Praktikum 1Laksanakan kegiatan berikut bersama kelompokmu!Dispersi CahayaA. Tujuan PercobaanMengamati terjadinya peristiwa dispersi cahaya.B. Alat dan Bahan1. Prisma kaca (FPT 16.19/89)1 buah2.Ray box (kotak cahaya)1 buah3.Power supply (KAL 60)1 buah4. Diafragma 1 celah1 buah5. Kertas HVS1 lembar6. Penggaris1 buahC. Langkah Kerja1. Susunlah alat-alat seperti gambar berikut!Ke powersupplyLipatanDispersiCahayaAda dua jenis cahaya, yaitu cahaya polikromatik dan cahayamonokromatik. Cahaya polikromatik adalah cahaya yang terdiri atasbanyak warna dan panjang gelombang. Contoh cahaya polikromatikadalah cahaya putih. Adapun cahaya monokromatik adalah cahaya yanghanya terdiri atas satu warna dan satu panjang gelombang. Contoh cahayamonokromatik adalah cahaya merah dan ungu.
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1422. Atur kesesuaian antara ray box dengan power supply maupun sumber arusPLN!3. Nyalakan ray box kemudian atur prisma sedemikian sehingga sinar yangmeninggalkan prisma mengenai lipatan kertas seperti pada gambar!4. Amatilah sinar yang mengenai prisma! Adakah warna yang muncul pada tempatjatuhnya sinar? Jika ada, catatlah warna-warna tersebut secara berurutandari ujung ke ujung!5. Diskusikanlah dengan kelompokmu untuk menarik kesimpulan dari hasilpengamatanmu!6. Presentasikan hasil kerja kelompokmu di depan kelas!7.Ingat, sebelum kamu meninggalkan ruang praktik, kembalikanlah alat-alat padatempat semula dengan baik! Jagalah kebersihan lingkungan dan tubuhmu!Bagaimana hasil praktikum yang telah kamulakukan? Mari sekarang kita bahas mengenaidispersi cahaya tersebut. Pembiasan cahayapada prisma merupakan salah satu contohperistiwa dispersi cahaya. Perhatikan gambar 3.2di samping!Seberkas sinar menuju prisma dengan sudutdatang i. Sinar tersebut kemudian meninggalkanprisma dengan sudut keluar r’. Besarnya sudutpenyimpangan antara sinar yang menuju prisma dengan sinar yangmeninggalkan prisma disebut sebagai sudut deviasi. Besar sudut deviasitergantung pada besar kecilnya sudut datang. Sudut deviasi terkecildisebut sudut deviasi minimum. Sudut deviasi minimum terjadi jika:i = r’ , r = i’ serta i’ + r =EBesarnya sudut deviasi minimum pada prisma dirumuskan sebagai:Gm = i + r’ – E. . . (3.1)Karena r’ = r maka:i = 12(Gm +E). . . (3.2)danr = 12E. . . (3.3)Sesuai dengan hukum Snellius, kita peroleh :sin12(Gm +E)= n sin 12E. . . (3.4)Untuk prisma tipis dengan sudut bias E sangat kecil, persamaan 3.4dapat ditulis sebagai berikut.Gambar 3.2 Sudut deviasi (G) pada prismair’i’rGEn2n1n1sinar keluarsudut deviasisinar datang
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 143Contoh SoalSeberkas cahaya putih menembus sebuah prisma tipis dengan sudut pembias 10°,jika indeks bias untuk cahaya merah dan ungu masing-masing 1,49 dan 1,52,tentukanlah besar sudut dispersinya!Penyelesaian:Diketahui:E= 10°nm= 1,49nu= 1,52Ditanyakan: I= . . .?Jawab:I = (nu – nm)EI = (1,52– 1,49)10°I = (0,03)10°I = 0,3°12 (Gm +E) = n12EGm = (n – 1)E. . . (3.5)Keterangan:Gm: sudut deviasi minimumn: indeks bias prismaE: sudut pembias prismaDi depan telah disinggung bahwa cahaya putih merupakan cahayapolikromatik, artinya cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjanggelombang. Jika cahaya putih diarahkan ke prisma maka cahaya putihakan terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, danungu. Cahaya-cahaya ini memiliki panjang gelombang yang berbeda.Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. Semakinkecil panjang gelombangnya semakin besar indeks biasnya. Indeks biascahaya tersebut adalah ungu > nila > biru > hijau > kuning > jingga >merah.Perhatikan gambar 3.3 di samping! Seberkascahaya polikromatik diarahkan ke prisma. Cahayatersebut kemudian terurai menjadi cahaya merah,jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Tiap-tiapcahaya mempunyai sudut deviasi yang berbeda.Selisih antara sudut deviasi untuk cahaya ungudan merah disebut sudut dispersi. Besar sudutdispersi dapat dituliskan sebagai berikut.I = Gmu – Gmm = (nu – nm)E. . . (3.6)Pada peristiwa terjadinya pelangi, kita dapat menganggap titik-titikair sebagai prisma-prisma tipis yang sangat banyak jumlahnya. Agar kamulebih memahami penerapan rumus sudut dispersi, pelajarilah contoh soalberikut! Kemudian kerjakan tugas di bawahnya!GmSinar polikromatikGambar 3.3 Sudut dispersiEungumerahGuGm-u
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 144Gambar 3.4 Skema percobaan YoungC. Interferensi CahayaPembahasan gelombang pada bab terdahulu menyebutkan bahwasalah satu sifat gelombang adalah dapat mengalami interferensi.Bagaimana gejala interferensi dapat terjadi pada gelombang cahaya?Interferensi cahaya terjadi jika dua berkas cahaya yang koheren(memiliki frekuensi yang sama dan beda fase yang tetap) mengenai suatutitik secara bersamaan. Pada peristiwa interferensi, jika berkas-berkascahaya yang datang memiliki fase yang sama maka akan terjadiinterferensi konstruktif (saling menguatkan) sehingga pada titik tersebutakan terlihat titik terang. Sebaliknya, jika berkas cahaya tersebut memilikifase yang berlawanan maka akan terjadi interferensi destruktif (salingmemperlemah) sehingga pada titik tersebut akan terjadi titik gelap.Penelitian mengenai interferensi cahaya dilakukanoleh Thomas Young. Young melewatkan cahaya mata-hari melalui lubang kecil (So) yang dibuat pada layar A.Sinar yang keluar melebar karena adanya difraksi danjatuh pada lubang kecil (S1 dan S2) yang dibuat padalayar B. Dari sini kemudian diteruskan ke layar C.Perhatikan gambar 3.4 di samping!Mari kita tinjau dua berkas cahaya dari S1 dan S2yang jatuh di titik P, seperti pada gambar 3.4. S1 dan S2dapat dianggap sebagai sumber cahaya. Selisihpanjang lintasan optis keduanya adalah:'s = S1P – S2P = d sin T. . . (3.7)dengansin T='sd =yL. . . (3.8)LS1S2'SS0ABCOyPInterferensiCahayadKerja KelompokKerjakan soal berikut bersama kelompokmu!1. Kamu pernah melihat panggung pertunjukan bukan? Panggungpertunjukkan biasanya dihiasi lampu warna-warni agar tampakindah. Carilah referensi di perpustakaan bagaimana pencam-puran cahaya lampu itu menghasilkan warna baru! Diskusikanlahdengan teman sekelompokmu!2. Presentasikan hasil kerjamu di depan kelas!3. Buatlah kesimpulan akhir dari kegiatan tersebut!
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 145Pada titik P akan terjadi pita terang jika berkas cahaya yang jatuhmemiliki fase yang sama atau kelipatan bulat panjang gelombangnya (O).Dengan demikian jarak titik P dari pusat terang O adalah:OLnyd. . . (3.9)Keterangan:y: jarak titik P dari pusat terang O (m)d: jarak S1 dan S2 (m)L: jarak sumber cahaya ke layar (m)O: panjang gelombang cahaya (m)n: 0, 1, 2, . . . . (khusus untuk n = 0, adalah titik terang pusat)Pada titik P akan terjadi pita gelap jika berkas cahaya yang jatuhmemiliki beda fase setengah periode atau selisih lintasan optis kelipatanganjil setengah panjang gelombang. Sehingga persamaan 3.9 menjadi:O§· ̈ ̧©¹212Lydn . . . (3.10)Pola pita terang dan gelap pada inter-ferensi cahaya akan lebih mudah diamatidengan menggunakan grafik intensitas cahayaseperti gambar 3.5 di samping. Untuk lebihjelasnya, perhatikan contoh soal di bawah ini!Contoh SoalPada percobaan Young digunakan gelombang cahaya dengan panjanggelombang 4.500 RAdan jarak antara celah dengan layar 2 meter. Jika jarakantarcelah 0,5 mm, tentukan jarak pita terang kedua dari pusat terang!Penyelesaian:Diketahui:O= 4.500 RA= 4,5 . 10-7 m (1RA= 10-10 m)L= 2 md= 0,5 mm = 0,5 . 10-4 mDitanyakan: y2 = . . .?Jawab:OLnyd-7-32-4... .2 2 4,5 10=3,6 10 m = 3,6 mm.0,5 10Intensitas cahayapita terangypita gelapOGambar 3.5 Pola intensitas cahaya pada peristiwainterferensi cahaya.Sebagai pemantapan pemahamanmu terhadap interferensi cahaya,kerjakanlah soal di bawah ini!
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 146D. Difraksi CahayaPada jarak tertentu mata kita sulit membedakan posisi dua nyalalampu yang sangat berdekatan. Coba kamu perhatikan mengapa hal inidapat terjadi? Gejala ini dikarenakan diameter pupil mata kita sangatsempit. Akibatnya adalah cahaya dua lampu tersebut ketika sampai kemata kita mengalami difraksi. Apakah difraksi cahaya itu?Difraksi cahaya adalah peristiwa pelenturan cahaya yang akan terjadijika cahaya melalui celah yang sangat sempit. Kita dapat melihat gejalaini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kitarapatkan kemudian kita arahkan pada sumber cahaya yang jauh,misalnya lampu neon. Atau dengan melihat melalui kisi tenun kain yangterkena sinar lampu yang cukup jauh.1. Difraksi Celah TunggalGambar 3.6 memperlihatkan gelombang cahaya yang datangpada sebuah celah yang sangat sempit.DifraksiCahayaGambar 3.6 Skema difraksi pada celah tunggalr1OyPLBATr2Kerja Mandiri 1Kerjakan soal berikut dengan tepat!1. Jarak pita terang kedua dari pusat terang pada suatu percobaaninterferensi adalah 7,35 mm. Jika panjang gelombang cahayayang digunakan adalah 4.900ARdan jarak antara celah denganlayar 1,5 m, tentukan jarak antarcelah!2. Jarak pita terang pertama dari pusat terang pada suatu percobaaninterferensi adalah 3,1 mm. Jika jarak antara celah dengan layar2 m dan jarak antarcelah 0,3 mm, tentukan panjang gelombangcahaya yang digunakan!3. Cahaya dengan panjang gelombang 4.500ARdigunakan padasebuah percobaan interferensi. Jika jarak antara celah denganlayar 1,5 m dan jarak antarcelah 0,3 mm, tentukan jarak pita gelapketiga dari pusat terang!
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 147Pada titik O di layar B semua sinar memiliki panjang lintasanoptis yang sama. Karena semua sinar yang jatuh di O memiliki faseyang sama maka titik O memiliki intensitas maksimum.Sekarang kita tinjau titik P. Sinar meninggalkan celah dengansudut T. Sinar r1 berasal dari bagian atas celah dan sinar r2 berasaldari pusatnya. Jika dipilih sudut T sedemikian sehingga selisihlintasannya adalah 12O maka r1 dan r2 berlawanan fase dan tidakmemberikan efek apapun pada P. Setiap sinar dari setengah bagianatas celah akan dihapuskan oleh pasangannya yang berasal daribagian bawah, yaitu mulai dari titik 12d bagian bawah. Titik P akanminimumpadapola difraksi dan memiliki intensitas nol. Syaratkeadaan ini adalah:12 d sin T= n 12Oatau d sin T = n O . . . (3.11)Pita terang utama O akan menjadi lebih lebar jika celahdipersempit. Jika lebar celah sama dengan panjang gelombang (O)maka minimum pertama akan terjadi pada sudut T = 90o.2. Difraksi pada KisiDifraksi cahaya juga terjadi jika cahaya melalui banyak celahsempit terpisah sejajar satu sama lain dengan jarak konstan. Celahsemacam ini disebutkisi difraksi atau sering disebut dengan kisi.OGambar 3.7 Skema difraksi pada kisiPBAdDi titik P akan terjadi terang jika memenuhi persamaan berikut.d sin T = n OatauOdyLn .= . . . (3.12)Keterangan:d: konstanta kisi = 1N , dengan N = jumlah celah/cmDengan menggunakan prinsip difraksi cahaya pada kisi kita dapatmenentukan panjang gelombang cahaya melalui percobaan berikut.yTL
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 148Laksanakan percobaan berikut ini bersama kelompokmu!Difraksi pada KisiA. Tujuan Percobaan1. Mengamati gejala difraksi cahaya pada kisi.2. Menentukan panjang gelombang cahaya kuning.B. Alat dan Bahan1. Kisi difraksi1 buah2.Raybox1 buah3.Power supply1 buah4. Diafragma 1 celah1 buah5. Mistar 1 meter1 buah6. Filter cahaya kuning1 buah7. Jarum pentul1 buahC. Langkah Kerja1. Susunlah alat dan bahan seperti pada gambar!2. Hubungkan ray box dengan power supply pada tegangan yang sesuai!3. Hubungkan power supply dengan arus PLN! Pastikan bahwa power supplydalam keadaan mati (off)!4. Hidupkanlah raybox!5. Dengan menggunakan kisi difraksi, lihatlah diafragma pada ray box!6. Dengan menggunakan jarum pentul, tentukanlah posisi terang pertama, kedua,dan seterusnya!7. Ukurlah jarak jarum pentul ke titik tengah diafragma!8. Catatlah hasilnya ke dalam tabel seperti berikut!Tabel Data Hasil PengamatanNo.d (m)L (m)y (m)1.2.3.9. Dengan menggunakan persamaan 3.4, tentukanlah panjang gelombang cahayakuning!10. Presentasikan hasil pengamatan yang telah kamu lakukan di depan kelas!11.Ingat, sebelum meninggalkan ruang praktik, kembalikanlah peralatanlaboratorium pada tempatnya dalam keadaan baik. Jagalah kebersihan ruangandan tubuhmu!Diafragma + filterL = + 1mJarumMistarKisi difraksiRay boxyPraktikum 2
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 149E. Polarisasi CahayaPada pembahasan sebelumnya telah disebutkan bahwa cahayatermasuk gelombang tranversal. Hal ini dibuktikan oleh peristiwa polarisasicahaya. Polarisasi cahaya adalah pembatasan atau pengutuban dua arahgetar menjadi satu arah getar. Perhatikan gambar 3.8!Gelombang cahayayang belum terpolarisasimempunyai dua arahgetar. Ketika cahayatersebut dilewatkan padasebuah celah (pola-risator), cahaya meng-alami pengutuban (pola-risasi) sehingga cahayahanya mempunyai satuarah getar. Polarisasi cahaya dapat terjadi karena beberapahal berikut.1. PenyerapanPolarisasi akibat penyerapan terjadi jika cahayamelalui zat yang dapat memutar bidang polarisasigelombang cahaya. Zat semacam ini disebut zat optik aktif.Contoh zat ini adalah larutan gula.Gambar 3.9 menunjukkan fenomena polarisasi akibatpenyerapan. Anggaplah seberkas cahaya tak terpolarisasimenembus filter polaroidA. Setelah melalui A hanya cahayayang memiliki arah getar tertentu saja yang dapat menembus.Cahaya yang hanya memiliki arah getar tertentu ini disebutcahayaterpolarisasi. Ketika kedudukan bidang polarisasi Asejajar dengan B, cahaya diteruskan oleh polaroidB,sehingga mata dapat melihat cahaya atau benda. SelanjutnyaPolarisasiCahayaCahaya yang tidak terpolarisasiCahaya yangterpolarisasiPolarisatorGambar 3.8 Polarisasi cahayaSebaiknya TahuFilm Tiga DimensiFilm ini dibuat denganmenggunakan dua buahkamera atau kamera khususdengan dua lensa. Di dalamgedung bioskop, kedua filmdiproyeksikan pada layarsecara simultan. Sebuahfilter polarisasi yangdiletakkan di depan lensaproyektor sebelah kiri akanmeneruskan gelombangcahaya dari gambar padasuatu arah getar tertentu.Bersamaan dengan itu filterlain di bagian kanan akanmeneruskan gelombangcahaya tegak lurus arahgetar yang dihasilkan olehfilter pertama. Penontonmengenakan kacamata khu-sus yang berfungsi sebagaifilter. Filter ini akan menye-babkan kesan gambar yangditerima oleh mata kiri dankanan akan berbeda. Se-hingga kesan gambar tigadimensi akan terasa.Kerja Mandiri 2Kerjakan soal berikut dengan tepat!Seberkas cahaya polikromatik mempunyai spektrum cahaya ungupada O = 400 nm dan cahaya merah pada O= 700 nm. Jika cahayatersebut dikenakan pada kisi dengan 400 garis/mm, tentukan:a. konstanta kisi,b. lebar sudut orde pertama,c. lebar spektrum orde pertama.
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 150polaroidB diputar 90o terhadap sumbu sinar datang. Bidang polarisasiB menjadi tegak lurus bidang polarisasi A atau tegak lurus bidang getarcahaya terpolarisasi. Pada keadaan ini mata tidak dapat melihat cahayaatau benda karena cahaya diserap oleh polaroid B.ABAB(a)(b)Gambar 3.9 Polarisasi cahaya akibat penyerapan (a) bidang polarisasi A sejajar dengan Bdan (b) bidang polarisasi B diputar 90° terhadap sumbu sinar datang.Untuk lebih jelasnya, mari kita melakukan praktik berikut!Praktikum 3Laksanakan bersama kelompokmu!Polarisasi CahayaA. TujuanMengamati terjadinya polarisasi cahaya.B. Alat dan Bahan1. Bangku optik1 buah2. Filter polarisasi1 buah3. Lilin1 buah4. Filter analisator1 buahC. Langkah Kerja1. Susunlah alat dan bahan seperti gambar berikut!2. Aturlah agar kedua filter menunjukkan angka nol!3. Amatilah sinar lilin yang menembus filter dari jendela filter B!4. Putarlah perlahan-lahan filter B, amati apa yang terjadi pada cahaya lilin!5. Catatlah pada sudut berapa saja nyala lilin terlihat paling gelap!6. Diskusikan hasilnya dengan kelompokmu!7. Buatlah kesimpulan dari hasil pengamatan yang telah kamu lakukan!Filter polarisasiFilter analisatorLilinAB
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 151Gambar 3.11 Polarisasi aki-bat pemantulanTpn2>n1Tpn2n1Gambar 3.10 Langit berwarna biru sebagaiakibat polarisasi cahaya karena hamburan2. HamburanSalah satu gejala polarisasi cahaya akibathamburan adalah langit yang berwarna biru. Hal inidisebabkan gelombang cahaya warna biru lebihbanyak dihamburkan oleh atmosfer. Atmosfer kitacenderung lebih banyak menghamburkan cahayadengan panjang gelombang yang pendek daripadapanjang gelombang yang panjang.3. PemantulanKetika cahaya mengenai bidang batas dua medium optik dengankerapatan berbeda, sebagian cahaya akan dipantulkan. Hal ini dapatmenimbulkan terjadinya polarisasi. Tingkat polarisasi bergantung padasudut datang dan indeks bias kedua medium. Cahaya yang terpantulakan terpolarisasi seluruhnya ketika sudut datang sedemikiansehingga antara sinar bias dan sinar pantul saling tegak lurus.Berdasarkan hukum Snellius, besarnya sudut datang saat terjadipolarisasi adalah:n1sin Tp = n2sinT’p. . . (3.13)Karena sinar bias dan sinar pantul saling tegak lurus makaTp + T’p = 90°T’p = 90° – TpDengan demikian persamaan 3.13 menjadi:n1sin Tp = n2sin(90°– Tp)TTppsinnnsin12o (90)Berdasarkan trigonometri sin (90° –Tp) = cos Tp, sehinggaTTppsinnncos12T12ptan nn. . . (3.14)Persamaan 3.14 dikenal sebagai hukum Brewster. Perhatikanlahcontoh soal dan pembahasannya berikut ini!8. Presentasikan hasil pengamatan yang telah kamu lakukan di depan kelas!9.Peringatan:a. Hati-hatilah dalam menggunakan peralatan laboratorium.b. Jaga kebersihan lingkungan dan tubuhmu!c. Setelah selesai, kembalikan peralatan pada tempat semula dalam keadaanbaik.Sumber: Dok. CAP
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1524. Pembiasan GandaGejala pembiasan ganda merupakan fenomena rumit yang terjadipada kristal kalsit atau kristal plastik yang ditegangkan, misalnyaselofen. Pada kebanyakan zat, laju cahaya adalah sama untuk semuaarah. Pada kristal kalsit, laju cahaya bergantung arah rambat padamaterial tersebut. Zat semacam ini disebut zat isotropik.Ketika berkas cahaya masuk pada zat isotropik, berkas tersebutterpisah menjadi dua bagian yang disebut berkas sinar biasa dansinar luar biasa. Berkas-berkas ini terpolarisasi dalam arah yangsaling tegak lurus dan berjalan dengan kecepatan yang berbeda.Ada arah tertentu pada zat di mana keduacahaya merambat dengan kecepatan yang sama.Arah ini disebut sumbu optik. Saat cahayamembentuk sudut terhadap sumbu optik, berkas-berkas cahaya tersebut akan berjalan pada arahyang berbeda dan keluar secara terpisah padaruang. Jika bahan tersebut diputar, berkas cahayayang luar biasa akan berputar di ruang.Contoh SoalTentukanlah besar sudut datang polarisasi pada kaca dengan indeks bias 1,5!Penyelesaian:Diketahui:n1= 1n2= 1,5Ditanyakan: Tp= . . .?Jawab:T121,51,51ptan nnTp= 56,3°sinar luarbiasan2n1sumbuoptiksinar biasaGambar 3.12 Peristiwa polarisasi akibatpembiasan gandaTpn2>n1F.Penerapan Cahaya dalam TeknologiSeperti telah diungkapkan sebelumnya bahwa cahaya sangat pentingbagi kita. Oleh karena itu para ilmuwan terus mempelajari tentang cahaya.Sejauh ini para ilmuwan telah menghasilkan penemuan-penemuan baruyang menakjubkan, misalnya laser, serat optik, dan hologram. Berikut iniakan kita pelajari penemuan-penemuan tersebut.
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1531. LaserLaser adalah akronim dari light amplification by stimulatedemission of radiation. Laser merupakan sumber cahaya yangmemancarkan berkas cahaya yang koheren. Laser termasuk cahayamonokromatik. Laser mempunyai intensitas dan tingkat ketelitian yangsangat tinggi, sehingga laser banyak digunakan dalam berbagaiperalatan.Laser pertama kali dikembangkan pada tahun 1960. Penerapanlaser dalam kehidupan sehari-hari antara lain sebagai pemindaibarcode di supermarket, alat pemutar CD atau DVD, laser printer,dan dioda laser. Di bidang kedokteran, laser digunakan sebagai pisaubedah dan untuk menyembuhkan gangguan akomodasi mata.2. Serat OptikSelain contoh-contoh di atas, pemanfaatan laser jugadapat diterapkan dalam bidang telekomunikasi. Dalambidang telekomunikasi, laser digunakan untuk mengirimsinyal telepon dan internet melalui suatu kabel khususyang disebut serat optik. Serat optik merupakan suatuserat transparan yang digunakan untuk mentransmisicahaya, misalnya laser. Dengan menggunakan seratoptik, data yang dikirim akan lebih cepat sampai. Karenakecepatan data tersebut sama dengan kecepatan cahaya,yaitu 3 . 108 m/s.3. HologramPerkembangan laser juga merambah bidang fotografi.Penggunaan laser dalam fotografi dikenal sebagaiholografi. Holografi adalah pembuatan gambar-gambartiga dimensi dengan menggunakan laser. Hasil yangdiperoleh pada proses holografi disebut hologram.Mekanisme holografi adalah sebagai berikut. Objek yangakan dibuat hologram disinari dengan laser. Objek tersebutkemudian memantulkan sinar dari laser. Perpaduan antaralaser dengan sinar yang dipantulkan objek akan mem-berikan efek interferensi. Efek interferensi inilah yangmemberikan bayangan objek tiga dimensi.Materi di atas hanyalah sebagian penerapan cahaya dalambidang teknologi. Cobalah kamu cari contoh lain penerapan cahayadalam berbagai bidang di perpustakaan atau di internet!Sebaiknya TahuKomputer OptikDalam komputer optik,informasi dibawa olehdenyut cahaya yang cepat,bukan oleh aliran elektronyang lambat. Seperti kabelserat optik, komputer optikdapat membawa banyaksinyal yang berbeda dalamwaktu yang bersamaan(secara paralel). Proses inidikenal dengan pemrosesanparalel yang akan menjadikankomputer optik lebih kuatdaripada komputer elektronikyang hanya melakukan satupekerjaan dalam satu waktu(dikenal sebagai pemrosesanseri). (Sumber: Jejak Sejarah Sains:Cahaya, Pakar Raya. 2006.)
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 154Rangkuman1. Cahaya termasuk gelombang tranversal sehingga cahaya mengalami gejaladispersi, interferensi, difraksi, dan polarisasi.2. Dispersi cahaya terjadi karena perbedaan indeks bias masing-masing warna cahayapenyusun cahaya putih.nm<nj<nk<nh<nb<nn<nu3. Interferensi cahaya terjadi jika dua berkas cahaya yang koheren (memiliki frekuensiyang sama dan beda fase yang tetap) mengenai suatu titik secara bersamaan.4. Difraksi cahaya terjadi jika cahaya melalui banyak celah sempit terpisah sejajarsatu sama lain dengan jarak konstan.5. Polarisasi cahaya adalah pengutuban arah getar gelombang cahaya yangdisebabkan oleh penyerapan, pemantulan, hamburan, dan pembiasan ganda.6. Penerapan cahaya dalam teknologi antara lain adalah laser, serat optik, danholografi.
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 155Soal-soal Uji KompetensiA.Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!1. Sebuah prisma tipis dengan sudutpembias 12o dan indeks bias 1,50.Besarnya sudut datang agar terjadideviasi minimum adalah . . . .a. 12°b. 9°c. 6°d. 3°e. 1,5°2. Sebuah prisma tipis dengan indeksbias 1,5 memiliki deviasi minimum diudara 4°. Deviasi minimum prismatersebut jika di dalam air (nair = 43)adalah . . . .a. 8°b. 4°c. 2°d. 1°e. 0,5°3. Seberkas cahaya putih menembusprisma dengan sudut pembias 10o.Jika indeks bias cahaya merah danungu masing-masing 1,51 dan 1,53maka besarnya sudut dispersi padaprisma tersebut adalah . . . .a. 0,1°b. 0,2°c. 0,3°d. 0,4°e. 0,5°4. Pada percobaan Young digunakangelombang cahaya dengan panjanggelombang 4.500 AR dengan jarakantara celah dengan layar 2 meter.Jika jarak antarcelah 0,5 mm makajarak pita terang ketiga dari pusatterang adalah . . . .a. 0,9 mmb. 1,8 mmc. 2,7 mmd. 3,6 mme. 5,4 mm5. Pita gelap ketiga terletak pada jarak 2mm dari pusat terang pada percobaaninterferensi dengan menggunakancahaya 540 nm (1 nm = 10-9 m ). Jikajarak antara celah dan layar 1 metermaka lebar celah yang digunakanadalah . . . .a. 0,3 mmb. 0,4 mmc. 0,5 mmd. 0,6 mme. 0,7 mm6. Seorang siswa melakukan percobaandifraksi cahaya dengan menggunakankisi difraksi 300 garis/mm. Iamendapatkan pita terang pertamauntuk suatu cahaya monokromatikberjarak 1,8 cm dari pusat terang.Panjang gelombang cahaya yang iagunakan adalah . . . .a. 4.000 angstromb. 4.500 angstromc. 5.000 angstromd. 5.500 angstrome. 6.000 angstrom7. Hal-hal berikut adalah akibat dariperistiwa difraksi cahaya,kecuali . . . .a. bayangan pada alat optik menjadikaburb. terbatasnya daya pemisah alatoptikc. terjadinya biasan warna pelangipada ujung bayangand. terbentuknya lingkaran pelangi disekeliling bulane. mata kita tak mampu memisahkandua sumber cahaya yang sangatberdekatan
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1568. Jika tak ada atmosfer yang menye-lubungi bumi maka pada siang harilangit akan berwarna . . . .a. merahb. kuningc. birud. putihe. hitam9. Suatu medium optik memiliki indeksbias 3 maka sudut datang sinardatang agar terjadi polarisasi cahayaakibat pemantulan adalah . . . .a. 30°b. 45°c. 60°d. 75°e. 90°10. Berikut ini adalah gejala yang timbulakibat polarisasi cahaya, kecuali . . . .a. langit terlihat biru pada siang harib. pemutaran bidang getar padalarutan gulac. cahaya kelihatan lebih redupsetelah menembus kaca rayband. pantulan cahaya yang datangdengan sudut tertentu padamedium optik kelihatan lebihredupe. adanya garis-garis gelap padaspektrum matahariB.Kerjakan soal-soal berikut dengan tepat!1. Seberkas cahaya monokromatikdilewatkan pada sebuah prismadengan sudut pembias 60o. Jikaindeks bias untuk warna merah danungu masing-masing 1,51 dan 1,53,tentukanlah sudut dispersi padaprisma!2. Dua buah celah terpisah pada jarak1 mm satu sama lain. Seberkascahaya dengan panjang gelombang700 nm melewati celah tersebutsehingga terjadi pola interferensicahaya. Jika jarak celah ke layar 2meter, tentukanlah jarak dua pitaterang yang berdekatan!3. Seberkas cahaya putih dilewatkanpada kisi difraksi 1.000 garis/cm. Jikapanjang gelombang cahaya merahdan ungu masing-masing 7.000angstrom dan 4.000 angstrom, sertajarak kisi ke layar 1 meter, tentukanlahjarak pita merah dan ungu untuk ordepertama!4. Indeks bias kaca plan paralel yangterbuat dari kaca kerona (crown)adalah 1,52. Tentukanlah sudutdatang sinar datang agar terjadipolarisasi!5. Jelaskan cara pengukuran jarakbumi–bulan dengan menggunakansinar laser!