Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 1/12

Dispersi Cahaya (Disperse Light Wave) 

Gelombang dan sifat-sifatnya sebagian sudah dikenal pada waktu membahas getaran dan gelombang. ada

bagian ini! kita akan membahas gelombang "ahaya. Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik

yang dapat dideteksi mata manusia. Cahaya selain memiliki sifat-sifat gelombang se"ara umum misal dispersi!

interferensi! difraksi! dan polarisasi! #uga memiliki sifat-sifat gelombang elektromagnetik! yaitu dapat merambat

melalui ruang hampa.

Ge#ala dispersi cahaya adalah ge#ala peruraian "ahaya putih (polikromatik) men#adi "ahaya berwarna-warni

(monokromatik). Cahaya putih merupakan "ahaya polikromatik! artinya "ahaya yang terdiri atas banyak warna

dan pan#ang gelombang. $ika "ahaya putih diarahkan ke prisma! maka "ahaya putih akan terurai men#adi "ahaya

merah! #ingga! kuning! hi#au! biru! nila! dan ungu. Cahaya-"ahaya ini memiliki pan#ang gelombang yang berbeda.

%etiap pan#ang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. %emakin ke"il pan#ang gelombangnya semakinbesar indeks biasnya. Disperi pada prisma ter#adi karena adanya perbedaan indeks bias ka"a setiap warna

"ahaya. erhatikan Gambar &.'.

Gambar &.'. Dispersi "ahaya pada prisma

%eberkas "ahaya polikromatik diarahkan ke prisma. Cahaya tersebut kemudian terurai men#adi "ahaya merah!

 #ingga! kuning! hi#au! biru! nila! dan ungu. iap-tiap "ahaya mempunyai sudut deviasi yang berbeda. %elisih

antara sudut deviasi untuk "ahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi. esar sudut dispersi dapat dituliskan

sebagai berikut*

+ = δ u - δ m = (nu – nm )  β .......................................&.'

,eterangan*

+ = sudut dispersi

nu = indeks bias sinar ungu

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 2/12

nm = indeks bias sinar merah

δ u = deviasi sinar ungu

δ mdeviasi sinar merah

Penerapan Dispersi:

Contoh peristiwa dispersi pada kehidupan sehari-hari adalah pelangi. elangi hanya dapat kita lihat apbila kita

membelakangi matahari dan hu#an ter#adi di depan kita. $ika seberkas "ahaya matahari mengenai titik-titik air 

yang besar! maka sinar itu dibiaskan oleh bagian depan permukaan air. ada saat sinar memasuki titik air!

sebagian sinar akan dipantulkan oleh bagian belakang permukaan air! kemudian mengenai permukaan depan!

dan akhirnya dibiaskan oleh permukaan depan. ,arena dibiaskan! maka sinar ini pun diuraikan men#adi pektrum

matahari.eristiwa inilah yang kita lihat di langit dan disebut pelangi. agan ter#adinya proses pelangi dapat

dilihat pada Gambar &.&.

Gambar &.&. roses ter#adi pelangi

nterferensi Cahaya 

ada bab '( gelombang mekanik)! /nda telah ketahui bahwa dua gelombang dapat melalui satu titik yang sama

tanpa saling mempengaruhi. ,edua gelombang gelombang itu memiliki efek gabungan yang diperoleh dengan

men#umlahkan simpangannya.Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih men#adi satu gelombang

baru. $ika kedua gelombang yang terpadu sefase! maka ter#adi interferensi konstruktif (saling menguatkan).

Gelombang resultan memiliki amplitudo maksimum.

$ika kedua gelombang yang terpadu berlawanan fase! maka ter#adi interferensi destruktif (saling melemahkan).

Gelombang resultan memiliki amplitudo nol. %etiap orang dengan menggunakan sebuah baskom air dapat

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 3/12

melihat bagaimana interferensi antara dua gelombang permukaan air dapat menghasilkan pola-pola bervariasi

yang dapat dilihat dengan #elas. Dua orang yang bersenandung dengan nada-nada dasar yang frekuensinya

berbeda sedikit akan mendengar layangan (penguatan dan pelemahan bunyi) sebagai hasi interferensi (akan

dibahas pada ab 0).

Warna-warni pelangi menun#ukkan bahwa sinar matahari adalah gabungan dari berbagai ma"am warna dari

spektrum kasat mata. Di lain fihak! warna pada gelombang sabun! lapisan minyak! warna bulu burung merah!

dan burung kalibri bukan disebabkan oleh pembiasan. 1al ini ter#adi karena interferensi konstruktif dan destruktif 

dari sinar yang dipantulkan oleh suatu lapisan tipis. /danya ge#ala interferensi ini bukti yang paling menyakinkan

bahwa "ahaya itu adalah gelombang. nterferensi "ahaya bisa ter#adi #ika ada dua atau lebih berkas sinar yang

bergabung. $ika "ahayanya tidak berupa berkas sinar! maka interferensinya sulit diamati. nterferensi "ahaya

sulit diamati karena dua alasan*

(') an#ang gelombang "ahaya sangat pendek! kira-kira '2 dari lebar rambut.

(&) %etiap sumber alamiah "ahaya meman"arkan gelombang "ahaya yang fasenya sembarang (random)

sehingga interferensi yang ter#adi hanya dalam waktu sangat singkat.

$adi! interferensi "ahaya tidaklah senyata seperti interferensi pada gelombang air atau gelombang bunyi.

nterferensi ter#adi #ika terpenuhi dua syarat berikut ini*

(') ,edua gelombang "ahaya harus koheren! dalam arti bahwa kedua gelombang "ahaya harus memiliki beda

fase yang selalu tetap! oleh sebab itu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama.

(&) ,edua gelombang "ahaya harus memiliki amplitude yang hampir sama.

er#adi dan tidak ter#adinya interferensi dapat digambarkan seperti pada Gambar &.0.

Gambar &.0. (a) tidak ter#adi interferensi! (b) ter#adi interferensi

3ntuk menghasilkan pasangan sumber "ahaya kohern sehingga dapat menghasilkan pola interferensi adalah *

(') sinari dua (atau lebih) "elah sempit dengan "ahaya yang berasal dari "elah tunggal (satu "elah). 1al ini

dilakukan oleh homas 4oung.

(&) dapatkan sumber-sumber kohern maya dari sebuah sumber "ahaya dengan pemantulan sa#a. 1al ini

dilakukian oleh 5resnel. 1al ini #uga ter#adi pada pemantulan dan pembiasan (pada interferensi lapisan tipis).

(0) Gunakan sinar laser sebagai penghasil sinar laser sebagai penghasil "ahaya kohern.

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 4/12

Contoh %oal nterferensi 

Cahaya monokromatis dengan pan#ang gelombang 6777 / melewati "elah ganda yang terpisah pada #arak &

mm. $ika #arak "elah layar ' meter! tentukanlah #arak terang pusat dengan garis terang orde ketiga pada layar.

Penyelesaian:

Diketahui* d   & mm8 l   ' meter ' 9 '70 mm8 : = 6777 / 6 9 '7-; mm8 m = 0

$ika kedua gelombang "ahaya dari sumber S' dan S& yang sampai pada layar berlawanan fase (berbeda sudut

fase '<7=)! maka pada layar akan ter#adi interferensi minimum atau garis-garis gelap. 3ntuk mendapatkan beda

fase sebesar '<7=! beda lintasan harus merupakan kelipatan bilangan gan#il dari setengah pan#ang gelombang!

yaitu

.......................................&.>

dengan m  '! &! 0! ;! ?

erdasarkan persamaan (&.>) dan (&.;) maka diperoleh interferensi minimum yang memnuhi persamaan berikut.

(m- @ ): &.A

nterferensi pada Lapisan ipis 

Dalam keseharian /nda sering mengamati garis-garis berwarna yang tampak pada lapisan tipis bensin atau oli

yang tumpah di permukaan air saat matahari menyoroti permukaan oli tersebut. Di samping itu! /nda tentu

pernah main air sabun yang ditiup sehingga ter#adi gelembung. ,emudian saat terkena sinar matahari akan

terlihat warna-warni.

Cahaya warna-warni inilah bukti adanya peristiwa interferensi "ahaya pada lapisan tipis air sabun. nterferensi ini

ter#adi pada sinar yang dipantulkan langsung dan sinar yang dipantulkan setelah dibiaskan.

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 5/12

nterferensi antar gelombang yang dipantulkan oleh lapisan atas dan yang dipantulkan oleh lapisan bawah

ditun#ukkan pada Gambar &.A.

Gambar &.A nterferensi pada selaput tipis

%elisih lintasan yang ditempuh oleh sinar datang hingga men#adi sinar pantul ke-' dan sinar pantul ke-& adalah

 BS  S&  S'  n( AB + BC )  AD  n(& AB)  AD ...........................&.<

dengan n adalah indeks bias lapisan tipis.

$ika tebal lapisan adalah d ! diperoleh d   AB "os r  sehingga AB  d "os r  dan AD  AC  sin i ! dengan AC  

&d  tan r . Dengan demikian! persamaan (&.<) men#adi*

%esuai dengan hukum %nellius! n sin r   sin I ! selisih #arak tempuh kedua sinar men#adi*

 BS  &nd "os r  ..............................................&.E

%upaya ter#adi interferensi maksimum! BS harus merupakan kelipatan dari pan#ang gelombang (:)! tetapi karena

sinar pantul di Bmengalami perubahan fase ! BS men#adi

..........................................&.'7

$adi! interferensi maksimum sinar pantul pada lapisan tipis akan memenuhi persamaan berikut.

&.''

dengan n  indeks bias lapisan tipis

d   tebal lapisan

r   sudut bias

m  orde interferensi (7! '! &! 0! ?)

 λ  pan#ang gelombang sinar 

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 6/12

Contoh %oal nterferensi pada Lapisanipis ' 

entukanlah tebal lapisan minimum yang dibutuhkan agar ter#adi interferensi maksimum pada sebuah lapisan

tipis yang memiliki indeks bias ;0 dengan menggunakan pan#ang gelombang 6.>77.

Penyelesaian:

nterferensi maksimum pada lapissan tipis mmenuhi persamaan (&.'')

%upaya tebal lapisan minimum! m  7 dan "os r   '! maka diperoleh

 /dapun untuk memperoleh interferensi minimum! selisih lintasan BS kedua sinar pantul harus merupakan

kelipatan dan beda fase sehingga akan diperoleh*

 BS  7! :! &: ! 0:! ;: ? m:

nterferensi minimum dalam arah pantul akan memenuhi persamaan

2nd  "os r   m: ....................................................&.'&

Contoh %oal nterferensi pada Lapisan

ipis & 

entukanlah pan#ang gelombang sinar yang digunakan! #ika ter#adi interferensi minimum orde & pada lapisan di

udara dengan ketebalan '70 nm! sudut bias >7=! dan indeks bias lapisan '!6.

Penyelesaian:

Dengan menggunakan persamaan (&.'&) diperoleh

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 7/12

&nd  "os r   mλ

&('!6) ('70 nm) ("os >7=) & λ

 λ  7!A6 F '70 nm A67 nm.

$adi! pan#ang gelombang "ahaya yang digunakan A67 nm.

Difraksi Celah unggal 

ola difraksi yang disebabkan oleh "elah tunggal di#elaskan oleh Christian Huy!ns. enurut 1uygens! tiap

bagian "elah berfungsi sebagai sumber gelombang sehingga "ahaya dari satu bagian "elah dapat berinterferensi

dengan "ahaya dari bagian "elah lainnya.

nterferensi minimum yang menghasilkan garis gelap pada layar akan ter#adi!

 #ika gelombang ' dan 0 atau & dan ; berbeda fase @! atau lintasannya sebesar setengah pan#ang gelombang.

erhatikan Gambar &.E.

Gambar &.E. interferensi "elah tunggal

erdasarkan Gambar &.E tersebut! diperoleh beda lintasan kedua gelombang (d  sin H)&.

 BS = (d  sin H)& dan BS = @ :! #adi d  sin H :

$ika "elah tunggal itu dibagi men#adi empat bagian! pola interferensi minimumnya men#adi

 BS = (d  sin H); dan BS = @ :! #adi d  sin H & :.

erdasarkan penurunan persamaan interferensi minimum tersebut! diperoleh persamaan sebagai berikut.

d  sin H m: &.'0

dengan* d   lebar "elah

m  '! &! 0! . . .

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 8/12

3ntuk mendapatkan pola difraksi maksimum! maka setiap "ahaya yang melewati "elah harus sefase. eda

lintasan dari interferensi minimum tadi harus dikurangi dengan sehingga beda fase keduanya me#adi 0>7=.

ersamaan interferensi maksimum dari pola difraksinya akan men#adi *

..........................................&.';

Dengan (&m  ') adalah bilangan gan#il! m  '! &! 0! ?

Contoh %oal Difraksi Celah unggal 

3ntuk pola difraksi maksimum! tentukanlah beda "elah minimum yang dibutuhkan pada difraksi "elah tunggal

bila diinginkan sudut difraksinya 07=! dan pan#ang gelombang yang digunakan 677 nm.

Penyelesaian:

Dengan menggunakan persamaan (&.';)! diperoleh

d  men"apai minimum #ika m  '

$adi! lebar "elah minimum 677 nm.

Daya 3rai /lat Iptik 

 /lat-alat opti" seperti Lup! teropong! dan milkroskop memiliki kemampuan untuk memperbesar bayangan benda.

Jamun! perbesaran bayangan benda yang dihasilkan terbatas. ,emampuan perbesaran alat-alat opti" itu selain

dibatasi oleh daya urai lensa #uga dibatasi oleh pola difraksi yang terbentuk pada bayangan benda itu.

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 9/12

Gambar &.''. ola difraksi yang dibentuk oleh sebuah "elah bulat

ola difraksi yang dibentuk oleh sebuah "elah bulat terdiri atas bintik terang pusat yang dikelilingi oleh "in"in-

"in"in terang dan gelap seperti pada Gambar &.''. ola tersebut dapat di#elaskan dengan menggunakan

Gambar &.'&.

Gambar &.'&. Daya urai suatu lensa

Ddiameter lobang

l #arak "elah ke layar 

d m#ari-#ari lingkaran terang

"   sudut deviasi

ola difraksi dapat diperoleh dengan menggunakan sudut # yang menun#ukkan ukuran sudut dari setiap "in"in

yang dihasilkan dengan persamaan*

.................................................&.'A

dengan : merupakan pan#ang gelombang "ahaya yang digunakan.

3ntuk sudut-sudut ke"il! maka diperoleh sin" $ tan " = d m % : dan sama dengan sudutnya # sehingga dapat ditulis*

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 10/12

! atau &.'<

Contoh %oal Daya 3rai /lat Iptik 

entukanlah daya urai sebuah "elah dengan diameter ' mm dan #arak "elah ke layar &m! dengan menggunakan

"ahaya yang pan#ang gelombangnya 6<7 nm.

Penyelesaian:

Diketahui*

D 'mm! l &m&F'70 mm8 6<7nm 6!< F '7 -; mm

Ditanya * d m = &&'

$awab*

d m = *22 λl%D = *22(*, F -. mm) (2 F /mm)%mm =*. mm'

$adi! daya urai "elah tersebut '!; mm.

olarisasi Cahaya 

olarisasi gelombang hanya dapat ter#adi pada gelombang transversal! tidak ter#adi pada gelombang

longitudinal. 3ntuk mengetahui apa yang dimaksud dengan peristiwa polarisasi! perhatikan gelombang tali pada

Gambar &.'0.

Gambar &.'0. Gelombang tali yang terpolarisasi

%ebelum dilewatkan pada "elah sempit verti"al! tali bergetar dengan simpangan seperti spiral. %etelah

gelombang pada tali melewati "elah! hanya arah getar verti"al yang masih tersisa. /dapun arah getar horiKontal

atu diserap oleh "elah sempit itu. Gelombang yang keluar dari "elah tadi disebut gelombang polarisasi! lebih

khusus disebut terpolarisasi linier.

erpolarisasi artinya memiliki satu arah getar tertentu sa#a. olarisasi yang hanya ter#adi pada satu arah

disebut polarisasi linear. /pa yang ter#adi #ika "elah sempit dipasang se"ara horiKontal /pakah ter#adi

polarisasi linear

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 11/12

Cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dari "ahaya tidak terpolarisasi! yaitu dengan menghilangkan

(memindahkan) semua arah getar dan melewatkan salah satu arah getar sa#a. /da ; "ara untuk melakukan hal

ini! yaitu* ') penyerapan selektif! &)pemantulan! 0) pembiasan ganda! dan ;) hamburan.

olarisasi dengan enyerapan %elektif  

ehnik yang umum untuk menghasilkan "ahaya terpolarisasi adalah menggunakan polaroid. olaroid akan

meneruskan gelombang-gelombang yang arah getarnya se#a#r dengan sumbu transmisi dan menyerap

gelombang-gelombang pada arah lainnya. Ileh karena tehnik berdasarkan penyerapan arah getar! maka disebut

polarisasi dengan penyerapan selektif. %uatu polaroid ideal akan meneruskan semua komponen medan

listrik E yang se#a#ar dengan sumbu transmisi dan menyerap suatu medan listrik E yang tegak lurus pada sumbu

transmisi.

$ika "ahaya tidak terpolarisasi dilewatkan pada sebuah kristal! maka arah getaran yang keluar dari kristal hanya

terdiri atas satu arah disebut

cahaya terpolarisasi linier . ,ristal yang dapat menyerap sebagian arah getar  disebut dichroic .

Gambar &.';. ,ristal melewatkan "ahaya

terpolarisasi linear dan menyerap arah lainnya.

%elan#utnya! pada Gambar &.'6 ditun#ukkan susunan dua keping olaroid. ,eping olaroid yang pertama

disebut polarisator ! sedangkan keping polaroid yang kedua disebut analisator.

7/21/2019 Dispersi Cahaya Disperse Light Wave

http://slidepdf.com/reader/full/dispersi-cahaya-disperse-light-wave 12/12

Gambar &.'6 (a) olarisator dan analisator dipasang se#a#ar.

(b) olarisator dan analisator dipasang bersilangan.

$ika seberkas "ahaya dengan intensitas I 7 dilewatkan pada sebuah polalisator ideal! intensitas "ahaya yang

dilewatkan adalah 672 atau . /kan tetapi! #ika "ahaya dilewatkan pada polalisator dan analisator yang

dipasang bersilangan! tidak ada intensitas "ahaya yang melewati analisator. %e"ara umum! intensitas yang

dilewati analisator adalah

.....................................................&.'E

Dengan I & adalah intensitas "ahaya yang lewat analisator. I 7 adalah intensitas awal seblum maasuk polalisator

dan H adalah sudut antara arah polarisasi polalisator dan arah polarisasi analisator. $ika keduanya se#a#ar! H 7.

 #ika keduanya saling bersilangan! H E7=.

Contoh %oal olarisasi denganenyerapan %elektif  

%eberkas "ahaya alamiah dilewatkan pada dua keping ka"a polaroid yang arah polarisasi satu sama lain

membentuk sudut >7=. $ika intensitas "ahaya alamiahnya '77 W"m-&! tentukanlah intensitas "ahaya yang telah

melewati "ahaya polaroid itu.

Penyelesaian:

Dengan menggunakan persamaan (&.'E) diperoleh

$adi! intensitas "ahaya yang dilewatkan '&!6 W"m -&.