Sifat Optik Fisis : Rumus dan Contoh Soal

Optik fisis (optika gelombang) adalah cabang studi cahaya yang mempelajari tentang sifat-sifat cahaya yang tidak dapat di artikan oleh optik geometrik yang berhubungan dengan sinar. Teori pertama dikemukaan oleh Robert Hooke pada sekitar tahun 1660. Christiaan Huygens menyusul dengan Treatise on light pada tahun 1690 yang dikerjakannya semenjak tahun 1678.

Berikut sifat-sifat besaran fisis.

Interferensi cahaya

Intereferensi cahaya adalah perpaduan antara dua gelombang cahaya. Interferensi terjadi akibat perbedaan lintasan gelombang cahaya yang tiba pada suatu titik dengan syarat kedua gelombang cahaya tersebut Koheren (bed fase tetap).

Interferensi celah ganda/young

• Pada kondisi terang, dengan rumus

d.sinθ = n.λ atau d . p/L = n. λ 

n = 1,2,3,…..

• Pada kondisi gelap

d.sinθ = n/2.λ  atau d . p/L = n/2.λ 

n = 1,3,5,…….

Keterangan :

• d = lebar celah (m)
• p = jarak garis gelap atau terang ke terang pusat (m)
• n = orde interferensi
• L = jarak layar ke kisi (m)
• θ = sudut interferensi

Interferensi pada selaput tipis

Interferensi pada selaput tipis jika cahaya yang dipantulkan dalam gelembung yang harus bergerak jauh daripada cahaya yang akan dipantulkan dari luar atau pada bagian permukaan gelembung. Keadaan sepert ini akan saling mengganggu dan akan menimbulkan cahaya putih, sehingga akan terbentuk seperti pelangi dengan gerakan berputar.

• Interferensi maksimum (konstruktif) pada lapisan tipis

2.n,d = m + 1/2)λ

• Interferensi minimum (destruktif) pada lapisan tipis

2.n,d = m.λ

Keterangan :

n = indeks bias

d = tebal lapisan tipis (m)

m = bilangan bulat

λ = panjang gelombang cahaya yang digunakan (m)

Dispersi cahaya

Dispersi cahaya adalah peristiwa penguraian cahaya polikromatis atas komponen-komponen warnanya. Komponen warna yang dihasilkan disebut spektrum. Sudut dispersi diefinisikan sebagai selisih antara sudut deviasi ungu dan sudut deviasi merah.

φ = δ_u – δ_m

Untuk sudut pembias β kecil dan sudut datang i kecil, yaitu β< 15^o, sudut dispersi dapat dinyatakan dalam persamaan :

φ = (n_u – n_m). β

Difraksi cahaya

Difraksi cahaya adalah peristiwa terang dan gelap pada layar karena pembelokan arah rambat cahaya pada celah sempit.

Difraksi celah tunggal

Difraksi celah tunggal adalah ketika cahaya melalui celah yang sangat kecil sehingga terjadilah peristiwa dengan terbentuknya pita gelap dan terang.

• Pada kondisi terang

d . p/L = (2n + 1). 1/2.λ n = 1,2,3,….

• Pada kondisi gelap

d.sinθ = n.λ atau d . p/L = n. λ  n = 1,2,3,……

Difraksi pada kisi

Difraksi kisi merupakan susunan dari sejumlah besar celah paralel yang lebar dan jarak antar celahnya sama.

• Pada kondisi terang

d.sinθ = n.λ atau d . p/L = n. λ n = 1,2,3,…..

• Pada kondisi gelap

d.p/L = (2n+1).1/2.λ n = 1,2,3,….

• Banyaknya kisi

k = 1/d

Keterangan : k = banyakna kisi (garis/m)

Polarisasi cahaya

Polarisasi merupakan terserapnya sebagian arah getar cahaya. Polarisasi hanya dapat terjadi pada gelombang transversal.

Polarisasi karena pembiasan

Menurut hukum Brewster, jika sinar pantul tegal lurus sinar bias maka sinar pantul terpolarisasi :

tan i_p = n₂/n₁.a

Keterangan :

• I_p = sudut terpolarisasi. Sudut datang yang menghasilkan sinar pantul terpolarisasi
• n₁ = indeks bias medium asal sinar
• n₂ = indeks bias medium yang dituju sinar

Polarisasi karena absorpsi selektif

Polarisasi dengan penyerapan selektif diperoleh dengan memasang dua buah polaroid, yaitu analisator dan polarisator. Polarisator berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi kedua disebut sebagai analisator.

Analisator berfungsi mengubah arah arah polarisasi dan mengatur besarnya intensitas cahaya yang diteruskan ke pengamat. Intensitas cahaya terpolarisasi vertikal yang diteruskan oleh polarisator dituliskan dalam persamaa berikut :

I₁ = 1/2.I₀

Menurut hukum Mallus intensitas cahaya di tuliskan dalam persamaan berikut :

I₂ = I₁ cos² θ = 1/2.I₀ cos² θ

Pemutaran bidang terpolarisasi :

θ = c.l.α

Keterangan :

• I₀ = intensitas cahaya mula-mula (W/m²)
• I₁ = intensitas cahaya yang datang menuju analisator (W/m²)
• I₂ = intensitas cahaya yang keluar dari analisator (W/m²)
• θ = sudut antara sumbu analisator dengan sumbu polarisator
• c = konsentrasi larutan (mol/m³)

Polarisasi dengan pembiasan ganda

Polarisasi dengan pembiasan ganda terjadi pada kristal yang memiliki dua indeks bias. Jika sinar datang tak terpolarisasi jatuh tegak lurus bidang kristal makan sinar akan keluar dari bidang kristal. Sinar tersebut terbagi menjadi dua bagian, yaitu sinar bias dan sinar istimewa.

Polarisasi hamburan

Hamburan adalah penyerapan dan pemancaran kembali oleh partikel-partikel (gas). Polarisasi hamburan contohnya terjadi saat sinar matahari yang dihamburkan cahayanya melalui atmosfer bumi, sehingga tampak oleh pengamat di bumi sebagai cahaya yang terpolarisasi sebagian.

Contoh soal

1. Seberkas sinar monokromatik dengan panjang gelombang 5 x 10^-7m menerangi suatu celah ganda yang berjarak 1mm. Jarak antara garis -garis terang pada ola interferensi yang terbentuk sejauh 2m adalah ….

Pembahasan :

λ = 5 x 10^-7m

L = 2m

d = 1mm = 10^-3m

Untuk menghitung jarak dua garis terang yang berdekatan, maka digunakan n=1.

d∆p/L = nλ

(10^-3)∆p/2 = 1(5×10^-7)

∆p = 1 x 10^-3 m

= 1 mm