Makalah Optika Fisis Kapita Selekta 2

KATA PENGANTAR

Puji syukur tim panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya tim bisa menyelesaikan makalah yang berjudul “Optika Fisis” ini. Makalah ini diajukan guna memenuhi tugas mata kuliah Kapita Selekta 2. Tim mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu, sehingga makalah ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Tim sadar bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat tim harapkan demi sempurnanya makalah ini. Semoga makalah iini memberikan informasi bagi pembaca dan juga seluruh masyarakat, serta bermanfaat untuk pengembangan wawasan dan peningkatan ilmu pengetahuan bagi kita semua.

Kupang, September 2016

Tim Penyusun

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Cabang fisika yang mempelajari cahaya yang meliputi bagaimana terjadinya cahaya, bagaimana perambatannya, bagaimana pengukurannya dan bagaimana sifat-sifat cahaya yang dikenal dengan nama Optika. Dari sini kita kemudian mengenal kata optik yang berkaitan dengan kacamata sebagai alat bantu penglihatan. Optika terbagi menjadi dua, yaitu optika geometri dan optika fisis. Pada optika geometri dipelajari sifat-sifat cahaya dengan menggunakan alat-alat yang ukurannya relatif lebih besar dibandingkan dengan panjang gelombang cahaya. Sedangkan pada optika fisis dipelajari dengan menggunakan alat-alat yang ukurannya relatif atau lebih kecil dibanding panjang gelombang cahaya sendiri. Seperti telah diketahui bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang bergerak dengan kecepatan 3 x

8

10

m/s dalam ruang hampa udara (tanpa membutuhkan

medium). Kita dapat melihat benda-benda di sekitar karena pantulan cahaya dari benda tersebut.

1.2

Rumusan Makalah 1. 2. 3. 4. 5.

Apa itu Optika Fisis? Apa itu polarisasi cahaya? Apa itu difraksi cahaya? Apa itu dispersi cahaya? Apa itu interferensi cahaya?

1.3 Tujuan Makalah 1. Untuk dapat mengetahui lebih dalam lagi tentang optika fisis. 2. Untuk dapat memahami tentang polarisasi, difraksi, dispersi dan interferensi cahaya.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1.

PENGERTIAN OPTIKA FISIS Optik merupakan cabang dari ilmu fisika dalam bahasa Inggris adalah Physics,, yaitu ilmu yang mempelahari dalam ruang lingkup konsep cahaya. Optik sendiri terdiri dari dua, yaitu optik fisis dan optik geometri. Ilmu fisika yang mempelajari tentang pemantulan dan pembiasan cahaya disebut optika geometris. Sedangkan Ilmu fisika yang mempelajari tentang difraksi, interferensi, dan polarisasi cahaya disebut optika fisis. Optika fisis mempelajari mengenai cahaya yang tidak bisa terdefinisi atau tidak terhingga oleh optik geometris dengan pendekatan sinarnya. Dalam makalah ini, kita akan pelajari tentang optika fisis.

2.2.

CIRI-CIRI GELOMBANG CAHAYA

A. POLARISASI CAHAYA Polarisasi cahaya atau polarisasi optik adalah salah satu sifat cahaya yang bergerak secara osilasi dan menuju arah tertentu. Karena cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, maka cahaya ini mempunyai medan listrik, E dan juga merupakan medan magnet, H yang keduanya saling beroscilasi dan saling tegak lurus satu sama lain, serta tegak lurus terhadap arah rambatan (lihat gambar).

Sebagai gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi. Polarisasi cahaya dapat disebabkan oleh empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), absorbsi (penyerapan), pembiasan (refraksi) ganda dan hamburan. 1. Polarisasi karena refleksi Pemantulan akan menghasilkan cahaya terpolarisasi jika sinar pantul dan sinar biasnya membentuk sudut 90o. Arah getar sinar pantul yang terpolarisasi akan sejajar dengan bidang pantul. Oleh karena itu sinar pantul tegak lurus sinar bias, berlaku ip + r = 90° atau r = 90° – ip . Dengan demikian, berlaku pula

Jadi, diperoleh persamaan :

Dengan n2 adalah indeks bias medium tempat cahaya datang n1 adalah medium tempat cahaya terbiaskan, sedangkan ip adalah sudut pantul yang merupakan sudut terpolarisasi. Persamaan di atas merupakan bentuk matematis dari Hukum Brewster.

2. Polarisasi karena absorbsi selektif

Polarisasi jenis ini dapat terjadi dengan bantuan kristal polaroid. Bahan polaroid bersifat meneruskan cahaya dengan arah getar tertentu dan menyerap cahaya dengan arah getar yang lain. Cahaya yang diteruskan adalah cahaya yang arah getarnya sejajar dengan sumbu polarisasi polaroid.

Seberkas cahaya alami menuju ke polarisator. Di sini cahaya dipolarisasi secara vertikal yaitu hanya komponen medan listrik E yang sejajar sumbu transmisi. Selanjutnya cahaya terpolarisasi menuju analisator. Di analisator, semua komponen E yang tegak lurus sumbu transmisi analisator diserap, hanya komponen E yang sejajar sumbu analisator diteruskan. Sehingga kuat medan listrik yang diteruskan analisator menjadi: E2 = E cos θ Jika cahaya alami tidak terpolarisasi yang jatuh pada polaroid pertama (polarisator) memiliki intensitas I0, maka cahaya terpolarisasi yang melewati polarisator adalah: I1 = ½ I 0

Cahaya dengan intensitas I1 ini kemudian menuju analisator dan akan keluar dengan intensitas menjadi: I2 = I1 cos2θ = ½ I0 cos2θ

3. Polarisasi karena pembiasan ganda Jika berkas kaca dilewatkan pada kaca, kelajuan cahaya yang keluar akan sama ke segala arah. Hal ini karena kaca bersifat homogen, indeks biasnya hanya memiliki satu nilai. Namun, pada bahan-bahan kristal tertentu misalnya kalsit dan kuarsa, kelajuan cahaya di dalamnya tidak seragam karena bahan-bahan itu memiliki dua nilai indeks bias (birefringence).

Cahaya yang melalui bahan dengan indeks bias ganda akan mengalami pembiasan dalam dua arah yang berbeda. Sebagian berkas akan memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar biasa), sedangkan sebagian yang lain tidak memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar istimewa).

4. Polarisasi karena hamburan Jika cahaya dilewatkan pada suatu medium, partikel-partikel medium akan menyerap dan memancarkan kembali sebagian cahaya itu. Penyerapan dan pemancaran kembali cahaya oleh partikel-partikel medium ini dikenal sebagai fenomena hamburan. Polarisasi cahaya atau polarisasi optik adalah salah satu sifat cahaya yang bergerak secara oscillasi dan menuju arah tertentu. Karena cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, maka cahaya ini mempunyai medan listrik, E dan juga merupakan medan magnet, H yang keduanya saling beroscilasi dan saling tegak lurus satu sama lain, serta tegak lurus terhadap arah rambatan

Pada peristiwa hamburan, cahaya yang panjang gelombangnya lebih pendek cenderung mengalami hamburan dengan intensitas yang besar. Hamburan ini dapat diamati pada warna biru yang ada di langit kita.

Sebelum sampai ke bumi, cahaya matahari telah melalui partikel-partikel udara di atmosfer sehingga mengalami hamburan oleh partikel-partikel di atmosfer itu. Oleh karena cahaya biru memiliki panjang gelombang lebih pendek daripada cahaya merah, maka cahaya itulah yang lebih banyak dihamburkan dan warna itulah yang sampai ke mata kita.

B. DIFRAKSI CAHAYA

Difraksi Cahaya adalah peristiwa

pelenturan

muka gelombang ketika melewati

celah

sempit. Pola difraksi gelombang cahaya dapat diamati dengan eksperimen menggunakan difraksi celah tunggal dan kisi difraksi.

1. Difraksi celah tunggal Setiap titik pada celah tunggal dapat dianggap sebagai sumber gelombang sekunder. Selisih antara kedua berkas yang terpisah sejauh d adalah d sin θ.

Gambar Pola difraksi celah tunggal. Analogi dengan pola interferensi celah ganda Young, pola terang difraksi celah tunggal diperoleh jika: d sin θ = n λ, dengan n = 0, 1, 2, 3, … dengan d adalah lebar celah. Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n = 1, 2, 3, …

2. Difraksi pada kisi Kisi difraksi terdiri atas banyak celah dengan lebar yang sama. Lebar tiap celah pada kisi difraksi disebut konstanta kisi dan dilambangkan dengan d. Jika dalam sebuah kisi sepanjang 1 cm terdapat N celah konstanta kisinya adalah:

Pola terang oleh kisi difraksi diperoleh jika: d sin θ = n λ, dengan n =0, 1, 2, 3, … dengan d adalah konstanta kisi dan θ adalah sudut difraksi. Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n =1, 2, 3, …

Dalam optika dikenal difraksi Fresnel dan difraksi Fraunhofer. Difraksi Fresnel terjadi jika gelombang cahaya melalui celah dan terdifraksi pada daerah yang relatif dekat, menyebabkan setiap pola difraksi yang teramati berbeda-beda bentuk dan ukurannnya, relatif terhadap jarak. Difraksi Fresnel juga disebut difraksi medan dekat.

Difraksi Fraunhofer terjadi jika gelombang medan melalui celah atau kisi, menyebabkan perubahan hanya pada ukuran pola yang teramati pada daerah yang jauh. Gelombang-gelombang cahaya yang keluar dari celah atau kisi pada difraksi Fraunhofer hampir sejajar. Difraksi fraunhofer juga disebut difraksi medan jauh.

Daya Urai Optik Jika kita memiliki dua benda titik yang terpisah pada jarak tertentu, bayangan kedua benda bukanlah dua titik tetapi dua pola difraksi. Jika jarak pisah kedua benda titik terlalu dekat maka pola difraksi kedua benda saling menindih.

Kriteria Rayleigh yang ditemukan Lord Rayleigh menyatakan bahwa dua benda titik yang dapat dibedakan oleh alat optik, jika pusat pola difraksi benda titik pertama berimpit dengan pita gelap (minimum) ke satu pola difraksi benda kedua. Ukuran sudut pemisah agar dua benda titik masih dapat dipisahkan secara tepat berdasarkan Kriteria Rayleigh disebut sudut resolusi minimum (θm)

D=diameter bukan alat optik l = jarak celah ke layar dm = jari-jari lingkaran terang θ = sudut resolusi Pola difraksi dapat diperoleh dengan menggunakan sudut θ yang menunjukkan ukuran sudut dari setiap cincin yang dihasilkan dengan persamaan:

dengan λ merupakan panjang gelombang cahaya yang digunakan. Untuk sudut-sudut kecil, maka diperoleh θ≈sinθ ≈ tan θ = dm/l dan sama dengan sudutnya θ sehingga dapat ditulis:

C. DISPERSI CAHAYA Gejala dispersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik). Cahaya polikromatik adalah cahaya yang mempunyai bermacam-macam panjang gelombang. Jika cahaya ini didatangkan pada sisi prisma, maka akibat adanya perbedaan indeks bias dari masing-masing panjang gelombang, maka cahaya yang keluar mengalami peristiwa penguraian atau lebih dikenal sebagai peristiwa dispersi. Spektrum dispersinya yaitu:

Gambar Spektrum Dispersi. Cahaya putih merupakan cahaya polikromatik, artinya cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjang gelombang. Jika cahaya putih diarahkan ke prisma, maka cahaya putih akan terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Cahaya-cahaya ini memiliki panjang gelombang yang berbeda. Cahaya putih merupakan campuran dari semua panjang gelombang cahaya tampak. Ketika cahaya ini jatuh pada sisi prisma, panjang gelombang yang berbeda ini dibelokkan dengan derajat yangberbeda pula, sesuai dengan hukum Snellius. karena indeks bias yang lebih besar untuk panjang gelombang yang lebih pendek, maka cahaya ungu akan dibelokkan paling jauh dan merah akan dibelokkan paling dekat. Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. Semakin kecil panjang gelombangnya semakin besar indeks biasnya. Disperi pada prisma terjadi karena adanya perbedaan indeks bias kaca setiap warna cahaya.

Dispersi cahaya pada prisma Seberkas cahaya polikromatik diarahkan ke prisma. Cahaya tersebut kemudian terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Tiap-tiap cahaya mempunyai sudut deviasi yang berbeda. Selisih antara sudut deviasi untuk cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi. Besar sudut dispersi dapat dituliskan sebagai berikut: Φ = δu - δm = (nu – nm) β ....... Keterangan: Φ = sudut dispersi nu = indeks bias sinar ungu nm = indeks bias sinar merah δu = deviasi sinar unguδm=deviasi sinar merah Penerapan Dispersi: Contoh peristiwa dispersi pada kehidupan sehari-hari adalah pelangi. Pelangi hanya dapat kita lihat apbila kita membelakangi matahari dan hujan terjadi di depan kita. Jika seberkas cahaya matahari mengenai titik-titik air yang besar, maka sinar itu dibiaskan oleh bagian depan permukaan air. Pada saat sinar memasuki titik air, sebagian sinar akan dipantulkan oleh bagian belakang permukaan air, kemudian mengenai permukaan depan, dan akhirnya dibiaskan oleh permukaan depan. Karena dibiaskan, maka sinar ini pun diuraikan menjadi pektrum matahari.Peristiwa inilah yang kita lihat di langit dan disebut pelangi. Bagan terjadinya proses pelangi:

Proses terjadinya pelangi

D. INTERFERENSI CAHAYA Interferensi cahaya terjadi jika dua (atau lebih) berkas cahaya kohern dipadukan. Di bagian ini kita akan mempelajari interferensi antar dua gelombang cahaya kohern.

Dua berkas cahaya disebut kohern jika kedua cahaya itu memeiliki beda fase tetap. Interferensi destruktif (saling melemahkan) terjadi jika kedua gelombang cahaya berbeda fase 180o. Sedangkan interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi jika kedua gelombang cahaya sefase atau beda fasenya nol. Interferensi destruktif maupun interferensi konstruktif dapat diamati pada pola interferensi yang terjadi. Pola interferensi dua cahaya diselidiki oleh Fresnel dan Young. Fresnel melakukan percobaan interferensi dengan menggunakan rangkaian dua cermin datar untuk menghasilkan dua sumber cahaya kohern dan sebuah sumber cahaya di depan

cermin. Young menggunakan celah ganda untuk menghasilkan dua sumber cahaya koheren.

1. Percobaan Fresnel

Pada gambar diatas, sumber cahaya monokromatis S0 ditempatkan di depan dua cermin datar yang dirangkai membentuk sudut tertentu. Bayangan sumber cahaya S0 oleh kedua cermin, yaitu S1dan S2 berlaku sebagai pasangan cahaya kohern yang berinterferensi. Pola interferensi cahaya S1dan S2ditangkap oleh layar. Jika terjadi interferensi konstruktif, pada layar akan terlihat pola terang. Jika terjadi interferensi destruktif, pada kayar akan terlihat pola gelap.

2. Interferensi

celah ganda Young

Pada eksperimen Young, dua sumber cahaya kohern diperoleh dari cahaya monokromatis yang dilewatkan dua celah. Kedua berkas cahaya kohern itu akan bergabung membentuk pola-pola interferensi.

Inteferensi maksimum (konstruktif) yang ditandai pola terang akan terjadi jika kedua berkas gelombang fasenya sama. Ingat kembali bentuk sinusoidal fungsi

gelombang berjalan pada grafik simpangan (y) versus jarak tempuh (x). Dua gelombang sama fasenya jika selisih jarak kedua gelombang adalah nol atau kelipatan bulat dari panjang gelombangnya.

Berdasarkan gambar di atas, selisih lintasan antara berkas S1dan d sin θ, dengan d adalah jarak antara dua celah. Jadi interferensi maksimum (garis terang) terjadi jika d sin θ = n λ, dengan n =0, 1, 2, 3, …

Pada perhitungan garis terang menggunakan rumus di atas, nilai n = 0 untuk terang pusat, n = 1 untuk terang garis terang pertama, n = 2 untuk garis terang kedua, dan seterusnya.

Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika selisih lintasan kedua sinar merupakan kelipatan ganjil dari setengah panjang gelombang. Diperoleh, d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n =1, 2, 3, …

Pada perhitungan garis gelap menggunakan rumus di atas, n = 1 untuk terang garis gelap pertama, n = 2 untuk garis gelap kedua, dan seterusnya. Tidak ada nilai n = 0 untuk perhitungan garis gelap menggunakan rumus di atas.

3. Interferensi pada lapisan tipis Interferensi dapat terjadi pada lapisan tipis seperti lapisan sabun dan lapisan minyak. Jika seberkas cahaya mengenai lapisan tipis sabun atau minyak, sebagian berkas cahaya dipantulkan dan sebagian lagi dibiaskan kemudian dipantulkan lagi.

Gabungan berkas pantulan langsung dan berkas pantulan setelah dibiaskan ini membentul pola interferensi.

Seberkas cahaya jatuh ke permukaan tipis dengan sudut datang i. Sebagian berkas langsung dipantulkan oleh permukaan lapisan tipis (sinar a), sedangkan sebagian lagi dibiaskan dulu ke dalam lapisan tipis dengan sudut bias r dan selanjutnya dipantulkan kembali ke udara (sinar b). Sinar pantul yang terjadi akibat seberkas cahaya mengenai medium yang indeks biasnya lebih tinggi akan mengalami pembalikan fase (fasenya berubah 180 o), sedangkan sinar pantul dari medium yang indeks biasnya lebih kecil tidak mengalami perubahan fase. Jadi, sinar a mengalami perubahan fase 180o, sedangkan sinar b tidak mengalami perubahan fase. Selisih lintasan antara a dan b adalah 2d cos r. Oleh karena sinar b mengalami pembalikan fase, interferensi konstruktif akan terjadi jika selisih lintasan kedua sinar sama dengan kelipatan bulat dari setengah panjang gelombang (λ). Panjang gelombang yang dimaksud di sini adalah panjang gelombang cahay pada lapisan tipis, bukan panjang gelombang cahaya pada lapisan tipis dapat ditentukan dengan rumus: λ = λ0/n. Jadi, interferensi konstruktif (pola terang) akan terjadi jika 2d cos r = (m – ½ ) λ ; m = 1, 2, 3, … dengan m = orde interferensi. Interferensi destruktif (pola gelap) terjadi jika 2d cos r = m λ ; m = 0, 1, 2, 3, …

4.

Cincin Newton Fenomena cincin Newton merupakan pola interferensi yang disebabkan oleh pemantulan cahaya di antara dua permukaan, yaitu permukaan lengkung (lensa

cembung) dan permukaan datar yang berdekatan. Ketika diamati menggunakan sinar monokromatis akan terlihat rangkaian pola konsentris (sepusat) berselang-seling antara pola terang dan pola gelap. Jika diamati dengan cahaya putih (polikromatis), terbentuk pola cincin dengan warna-warni pelangi karena cahaya dengan berbagai panjang gelombang berinterferensi pada ketebalan lapisan yang berbeda. Cincin terang terjadi akibat interferensi destruktif.

Cincin di bagian luar lebih rapat dibandingkan di bagian dalam. Dengan R adalah jari-jari kelengkungan lensa, dan panjang gelombang cahaya dalam kaca adalah λ, radius cincin terang ke-n, yaitu rn dapat dihitung dengan rumus

Dengan m = 1, 2, 3, … adalah nomor urut cincin terang. Sedangkan radius cincin gelap ke-n, yaitu rn dapat dihitung dengan rumus

Dengan m = 1, 2, 3, … adalah nomor urut cincin gelap.

Perlu diingat bahwa panjang gelombang λ pada persamaan di atas adalah panjang gelombang cahaya dalam kaca (lensa) yang dapat dinyatakan dengan: λ

=

λ0 r ,

di mana λ0 adalah panjang gelombang cahaya di udara dan n adalah indeks bias kaca (lensa).

BAB III PENUTUP

A. KESIMPULAN 

Polarisasi cahaya atau polarisasi optik adalah salah satu sifat cahaya yang bergerak secara



osilasi dan menuju arah tertentu. Difraksi Cahaya adalah peristiwa pelenturan muka gelombang ketika melewati celah sempit. Pola difraksi gelombang cahaya dapat diamati dengan eksperimen menggunakan



difraksi celah tunggal dan kisi difraksi. Dalam optika dikenal difraksi Fresnel dan difraksi Fraunhofer. Difraksi Fresnel terjadi jika gelombang cahaya melalui celah dan terdifraksi pada daerah yang relatif dekat, menyebabkan setiap pola difraksi yang teramati berbeda-beda bentuk dan ukurannnya,



relatif terhadap jarak. Difraksi Fraunhofer terjadi jika gelombang medan melalui celah atau kisi, menyebabkan perubahan hanya pada ukuran pola yang teramati pada daerah yang jauh.



Gejala dispersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik).



Interferensi cahaya terjadi jika dua (atau lebih) berkas cahaya kohern dipadukan. Di bagian



ini kita akan mempelajari interferensi antar dua gelombang cahaya kohern. Dua berkas cahaya disebut kohern jika kedua cahaya itu memeiliki beda fase tetap. Interferensi destruktif (saling melemahkan) terjadi jika kedua gelombang cahaya berbeda fase 180o. Sedangkan interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi jika kedua



gelombang cahaya sefase atau beda fasenya nol. Fenomena cincin Newton merupakan pola interferensi yang disebabkan oleh pemantulan cahaya di antara dua permukaan, yaitu permukaan lengkung (lensa cembung) dan permukaan datar yang berdekatan.

DAFTAR PUSTAKA http://optika-fisis/Fisika-Optik.html http://optika-fisis/Dispersi-Cahaya~All-About-Optics.html http://optika-fisis/dispersi _ jalanan.html http://optika-fisis/MATERI-8 -DISPERSI_Belajar-Optik-Bersama.html http://optika-fisis/A.-Polarisasi-Cahaya_Fisika-Memang-Asyik.html http://optik-fisis/Difraksi-Cahaya_Fisika-Optik.html http://optika-fisis/DIFRAKSI-CAHAYA_Syrjart-Keepinding.html http://optika-fisis/Difraksi-Cahaya_OPTIK-kita.html http://optika-fisis/Optika-fisis-Wikipedia-bahasa-Indonesia,ensiklopedia-bebas.html http://optika-fisis/Polarisasi-Cahaya_Fisika-Optik.html