Daftar isi
Terkadang sempat terfikirkan, kenapa langit berwarna biru, sedangkan di luar angkasa gelap, apakah matahari tidak bisa menyinari jagat semesta? Tentu semua itu ada penjelasannya. Mari simak pembahasannya berikut ini.
Apa itu Gelombang Cahaya?
Cahaya merupakan dampak suatu gejala fisis. Suatu sumber cahaya memancarkan energi, sehingga sebagian energi ini diubah menjadi cahaya tampak.
Cahaya yang 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.
Manusia dapat menerima dan merasakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 400 sampai 700 nm, yang kita sebut sebagai cahaya tampak.
Sejarah Penemuan Gelombang Cahaya
James Clerk Maxwell merupakan fisikawan dari Skotlandia. Pada tahun 1864, ia berhasil membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gabungan dari osilasi medan listrik dan magnetik.
Maxwell mendapati bahwa cahaya merupakan bentuk radiasi elektromagnetik.
Maxwell juga membuka pemahaman tentang gerak gas dengan menunjukkan bahwa laju molekul-molekul di dalam gas bergantung kepada suhunya masing-masing.
Maxwell berpendapat pergoyangan bolak-balik bidang elektromagnetik secara periodik adalah sesuatu hal yang bisa terjadi.
Gerak bolak-balik seperti pendulum ini disebut gelombang elektromagnetik, yang digerakkan akan menyebar terus hingga angkasa luar.
Dari pendapat-pendapat ini mampu menunjukkan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik itu mencapai sekitar 300.000 kilometer (186.000 mil) per detik.
Maxwell dapat mengetahui bahwa hal ini sama dengan ukuran kecepatan cahaya.
Dari sudut ini dia mengambil kesimpulan bahwa cahaya itu sendiri terdiri dari gelombang elektromagnetik.
Cahaya yang tampak oleh mata bukanlah semata-mata jenis yang memungkinkan radiasi elektromagnetik.
Pendapat Maxwell menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik lain, berbeda dengan cahaya yang tampak oleh mata dalam dia punya panjang gelombang dan frekuensi, bisa saja ada.
Kesimpulan teoretis ini secara mengagumkan diperkuat oleh Heinrich Hertz, yang sanggup menghasilkan dan menemui kedua gelombang yang tampak oleh mata yang diramalkan oleh Maxwell itu.
Beberapa tahun kemudian Guglielmo Marconi memperagakan bahwa gelombang yang tak terlihat mata itu dapat digunakan buat komunikasi tanpa kawat sehingga menjelmalah apa yang namanya radio itu.
Kini, kita gunakan juga buat televisi, sinar X, sinar gamma, sinar infra, sinar ultraviolet adalah contoh-contoh dari radiasi elektromagnetik. Semuanya bisa dipelajari lewat hasil pemikiran Maxwell.
Sifat Gelombang Cahaya
4 sifat gelombang cahaya utama tersebut pada uraian berikut:
1. Dispersi
Dispersi merupakan pembiasan cahaya putih atau cahaya polikromatik menjadi komponennya yaitu cahaya monokromatik.
Cahaya monokromatik hanya memiliki satu warna dan satu panjang gelombang.
Macam-macam cahaya monokromatik yaitu gelombang cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.
Cahaya putih dapat terdispersikan karena terdiri dari beberapa panjang gelombang. Dispersi terjadi saat cahaya putih melewati medium pembias.
Hal ini terjadi sebagai akibat medium yang dilalui cahaya memiliki sifat dapat menguraikan cahaya putih.
Gejala dispersi cahaya seperti ini dapat dengan mudah diamati dengan menggunakan dispersi pada prisma.
Prisma yang dimaksud yaitu prisma terbuat dari gelas bening. Pada bagian atas, prisma memiliki sudut tertentu yang dibentuk oleh dua bidang permukaannya. Sudut ini disebut juga dengan sudut pembias (β).
2. Interferensi Cahaya
Interferensi cahaya yaitu penjumlahan superposisi dari dua gelombang cahaya atau lebih yang dapat menimbulkan adanya satu gelombang baru. Ada dua syarat agar interferensi cahaya :
- Kedua gelombang cahaya wajib koheren yaitu gelombang cahaya tersebut memiliki perbedaan fase yang selalu tetap, serta frekuensi yang sama.
- Kedua gelombang cahaya memiliki amplitudo yang sama.
Interferensi memiliki dua sifat, bersifat membangun dan menguatkan, (konstruktif) atau saling merusak dan melemahkan (destruktif).
Percobaan ini dilakukan oleh Thomas Young yang dilakukan dengan menggunakan dua sumber cahaya koheren yang bersumber dari satu sumber cahaya monokromatik yang dilewatkan melalui dua buah celah sempit.
Apabila cahaya dari dua celah berinterferensi akan dihasilkan pola gelap dan terang yang dapat ditangkap layar.
Pola terang adalah hasil dari interferensi maksimum terjadi apabila kedua gelombang memiliki beda fase yang sama atau beda lintasan merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang.
Sedangkan pola gelap adalah hasil dari interferensi minimum terjadi apabila kedua gelombang memiliki beda fase yang berlawanan atau beda lintasan merupakan kelipatan dari setengah panjang gelombang.
Kejadian interferensi ini dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari, warna-warna seperti pelangi yang terlihat pada gelembung sabun atau lapisan tipis minyak dalam air.
3. Difraksi Cahaya
Difraksi cahaya merupakan kecenderungan suatu gelombang cahaya saat dilewatkan pada celah yang sempit untuk menyebar ketika merambat.
Pola difraksi pada celah tunggal dijelaskan oleh prinsip Huygens.
Menurut pendapat Huygens di setiap titik pada bagian gelombang cahaya berfungsi sebagai sumber sekunder gelombang cahaya, sehingga cahaya dari satu bagian celah dapat berinterferensi dengan cahaya dari bagian celah yang lain.
Cahaya yang dilewatkan pada celah sempit akan menyebar menjadi bagian-bagian kecil cahaya dan memiliki sifat seperti gelombang cahaya yang baru.
Sifat difraksi pada cahaya dapat diamati dengan melihat pola interferensi pada layar yang dipasang di belakang celah.
Difraksi cahaya dapat diamati dari dua percobaan, yaitu difraksi cahaya pada celah tunggal dan difraksi cahaya pada kisi.
Difraksi cahaya pada celah tunggal, mengikuti penjelasan dari prinsip Huygens.
Setiap bagian cahaya pada celah akan menjadi cahaya baru yang dapat saling berinterferensi.
Hasil interferensi ini dapat terlihat polanya pada layar di belakang celah.
Sedangkan Difraksi cahaya pada kisi, yang merupakan susunan celah yang sejajar dan memiliki ukuran yang sama.
Kisi dapat dibuat dengan membuat goresan pada lempeng kaca. Apabila cahaya monokromatis dilewatkan pada lempeng kisi, maka akan terbentuk pola difraksi berupa pola gelap dan terang pada layar.
4. Polarisasi Cahaya
Cahaya merupakan gelombang yang dapat merambat tanpa adanya medium.
Berdasarkan arah rambatnya, gelombang cahaya termasuk ke dalam gelombang transversal, karena memiliki komponen yang saling tegak lurus.
Gejala polarisasi hanya dapat dialami oleh gelombang transversal. Polarisasi pada cahaya yaitu berkurangnya intensitas cahaya yang diakibatkan oleh berkurangnya komponen pada gelombang cahaya.
Polarisasi cahaya yang dapat kita amati yaitu terbentuknya warna biru pada langit.
Cahaya matahari yang merambat ke bumi akan melewati partikel udara di atmosfer sehingga mengalami hamburan partikel.
Cahaya biru memiliki panjang gelombang yang lebih pendek daripada cahaya merah, sehingga yang terlihat oleh mata kita yaitu warna biru.
Rumus Menghitung Gelombang Cahaya
E = (h.c)/ λ
Keterangan :
h = konstanta Planck (6,63 x 10-34 J.s
E = Energi foton (J
c = laju cahaya (m/s
λ = panjang gelombang.
Contoh soal dan Pembahasan
Soal 1
Terdapat sinar dengan panjang gelombang 6600 Å , kecepatan cahayanya adalah 3 x 108 m/s. dengan ketetapan planck nya 6.6 x 10-34 Js. Maka berapakah energy yang terkandung dalam sinar tersebut?
Pembahasan :
E = (h.c)/ λ
E = ( 6.6 x 10-34)(3×108)/6600 x 10-19
E = 3 x 10-19 joule
Soal 2
Suatu gelombang bidang elektromagnetik sinusoida dengan frekuensi 50 Mhz berjalan di angkasa dalam arah sumbu x positif. Pada berbagai titik dan berbagai waktu, medan listrik E memiliki nilai maksimum 720 N/C dan merambat sepanjang sumbu y. Tentukan panjang gelombang!
Jawaban :
