Fenomena Cahaya Makalah.docx

FENOMENA CAHAYA (GEM), LAJU CAHAYA & PERAMBATAN CAHAYA MAKALAH Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas terstruktur mata kuliah Gelombang Optik

Dosen pengampu: Diah Mulhayatiah, M.Pd Winda Setya, S.Si, M.Si

Disusun oleh: Kelompok 4 Agung Santoso

(11620700)

Anna Sayidah N.S

(1162070027)

Eva Nurul Fatimah

(1162070027)

Iis Rahmawati

(1162070034)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN MIPA FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2018 M / 1440 H

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah tentang gelombang Cahaya untuk memenuhi tugas mata kuliah Gelombang Optik. Makalah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah ini. Terlepas dari semua itu, kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki makalah ini. Akhir kata kami berharap semoga makalah tentang Gelombang Cahaya ini dapat memberikan manfaat maupun inpirasi terhadap pembaca.

Bandung, September 2018

Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................................................ i DAFTAR ISI ......................................................................................................................................... ii BAB I.................................................................................................................................................... iii PENDAHULUAN ................................................................................................................................ iii A.

LATAR BELAKANG .............................................................................................................. iii

B.

RUMUSAN MASALAH ......................................................................................................... iv

C.

TUJUAN................................................................................................................................... iv

BAB II ................................................................................................................................................... v FENOMENA CAHAYA (GEM), LAJU CAHAYA & PERAMBATAN CAHAYA .......................... v A.

FENOMENA CAHAYA (GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK) ..................................... v

B. CAHAYA ..................................................................................................................................... 8 D.

LAJU CAHAYA ..................................................................................................................... 19

E.

PERAMBATAN CAHAYA .................................................................................................... 23

BAB III ................................................................................................................................................ 26 PENUTUP ........................................................................................................................................... 26 A.

SIMPULAN ............................................................................................................................. 26

B.

SARAN.................................................................................................................................... 26

BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Kemajuan teknologi saat ini semakin meningkat berikut dalam penggunaan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari. kemajuan ini disebabkan oleh salah seorang ahli fisikawan yang meneliti tentang gelombang lektrimagnetik yaitu hipotesis Maxwell. Hipotesis ini yang melahirkan atau memunculkan gagasan baru tentang gelombang elektromagnatik. Keberhasilan Maxwell dalam menemukan teori gelombang elektromagnetik membuka cakrawala baru didunia komunikasi. Keberhasilannya dapat terlihat dari sistem komunikasi radio, TV, telepon genggam, dan radar yang merupakan keberhasilan oleh Maxwell. Dunia terasa begitu kecil sehingga berbagai pristiwa yang terjadi dibelahan bumi, dapat segera diketahui dan disebarluaskan melalui sarana yang memanfaatka gelombang elektromagnetik, bahkan dunia diluar bumi sekalipun. Dewasa ini kegunaan gelombang elektromagnetik tidak hanya bermanfaat di bidang teknologu, tetapi merambah ke bidang kehidupan lainnya. Dengan mengkaji gelombang elektromagnetik yang salah satunya adalah cahaya, maka banyak pemanfaatan-pemanfaan dalam sendi-sendi kehidupan. Sehingga hal-hal yang ditemukan oleh Maxwell mnjadi salah satu landasan teori yang berkaitan dengan gelombang elektromagnetik. Cahaya merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang dpaat dideteksi maya manusia. karena itu cahaya selain memiliki sifat-sifat gelombang secara umum misal dispersi, interperensi, difraksi, dan polarisasi, juga memiliki sifat-sifat gelombang elektromagnetik yaitu dapat merambat melalui ruang hampa. Pernahkah kamu melihat pelangi? Mengapa pelangi terjadi pada saat gerimis atau setelah hujan turun dan matahari tetap bersinar? Pristiwa terjadinya pelangi merupakan gejala dispersi cahaya. Gejala dispersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polokromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik). Oleh sebab

itu

segala

hal

menganai

permsalahan

elektromagnetik akan dijelaskan pada makalah ini.

cahaya

sebagai

gelombang

Banyak prinsip-prinsip yang akan kita temukan dslam kehidupan sehari-hari menganai cahaya sebagai gelombang elektromagnetik. Dengan demikian marilah kita sama-sama untuk terus mengkaji lebih dalam lagi mengenai gelombang cahaya dan dapat menerapkan dalam kehidupan sehingga kebutuhan-kebutuhan yang belum terpenuhi karena keterbatasan dapat terpenuhi dengan baik. B. RUMUSAN MASALAH 1. Apa yang dimaksud dengan gelombang elektromagnetik? 2. Bagaimana karakteristik gelombang elektromagnetik? 3. Bagaimana sifat-sifat pada gelombang cahaya? 4. Bagaimana kelajuan gelombang cahaya yang sudah diketahui sebelumnya? C. TUJUAN 1. Mengetahui maksud dari gelombang elektromagnetik. 2. Menjelaskan macam-macam karakteristik gelombang elektromagnetik. 3. Memahami sifat-sifat gelombang cahaya. 4. Mengetahui kelajuan gelombang cahaya.

BAB II FENOMENA CAHAYA (GEM), LAJU CAHAYA & PERAMBATAN CAHAYA A. FENOMENA CAHAYA (GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK) 1. Gelombang Elektromagnetik Gelombang Elektromagnetik (GEM) adalah gelombang yang tidak membutuhkan medium untuk perambatannya, dimana gelombang tersebut tersusun atas

medan

magnet

dan

medan

listrik.

Contoh

Gelombang

elektromagnetik diantaranya adalah cahaya, sinar-x, gelombang radio dan signal televisi. (Nicolaide, Andrei. 2012). Gelombang elektromagnetik tidak lepas dari hipotesis Maxwell yang mengacu pada hubungan kemagnetan dan kelistrikan sesuai dengan beberapa percobaan berikut: a. Oersted melakukan percobaan yang berhasil membuktikan bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet. Bila jarum kompas diletakkan dekat dengan kawat yang dialiri arus listrik, maka jarum kompas tersebut akan menyimpang. Jarum kompas ternyata dibelokkan oleh medan magnet. b. Faraday melakukan percobaan mengenai perubahan fluks magnet pada kumparan yang dapat menimbulkan arus induksi, kemudian arus induksi tersebut menghasilkan medan listrik. Mengacu kepada dua percobaan ini, Maxwell membuat suatu hipotesa baru dari pernyataan Faraday bahwa “Perubahan fluks magnetik dapat menimbulkan medan listrik” maka Maxwell mengatakan “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan fluks listrik juga dapat menimbulkan medan magnet”. Hipotesa yang dikemukakan Maxwell ini dikenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet (Foster. 2007) Jika hipotesis Maxwell benar, maka perubahan medan listrik yang terjadi akan mengakibatkan perubahan medan magnet serta sebaliknya dan keadaan ini terus akan berulang. Medan magnet (H) dan medan listrik (E) muncul akibat perubahan medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan merambat menjauhi tempat awal kejadian. Perambatan medan magnet dan medan listrik ini dikenal dengan gelombang elektromagnetik seperti ditunjukkan pada gambar 2.1 dibawah ini :

Gambar 2.1 Kuat medan listrik (E) dan kuat medan magnet (H) saling tegak lurus pada gelombang elektromagnetik (sumber Giancoli. 2001)

2. Karakteristik Gelombang Elektromagnetik Gelombang elektromagnetik memiliki sifat sebagai berikut : a. Dapat merambat tanpa medium dengan kecepatan sebesar c = 3x 108 m/s. b.Merambat kesegala arah dengan kecepatan yang sama. b. Arah getar dan arah rambatnya saling tegak lurus yang merupakan gelombang transversal. c. Lintasannya lurus (gerak lurus), tidak dibelokkan dalam medan listrik maupun medan magnet. d. Dapat mengalami refleksi, refraksi, interferensi, polarisasi dan difraksi.

3. Spektrum Gelombang Elektromagnetik Spektrum Gelombang elektromagnetik diklasifikasi berdasarkan panjang gelombang dan besarnya frekuensi gelombang elektromagnetik. Pada gambar 2.2 menunjukkan bahwa spektrum gelombang dari gelombang elektromagnetik sebagau berikut (Soetrisno. 1979) : a. Gelombang Radio Gelombang Radio yang sering disebut frekuensi radio, memiliki daerah frekuensi dari beberapa Hz sampai 10 9 Hz, dengan kata lain memiliki panjang gelombang dari 10-3 m sampai 103 m.

b. Gelombang Mikro Gelombang mikro sering disebut microwaves, memiliki daerah frekuensi dari 109 Hz sampai 3 x 1011 Hz, dengan kata lain memiliki panjang gelombang dari 1 mm sampai 30 cm.

Gambar 2.2 Klasifikasi Gelombang Elektromagnetik (sumber Sugiyarni, Anik. 2010)

c.

Sinar Infra Merah Gelombang ini memiliki daerah frekuensi dari 3 x 10 11 sampai 4 x 1014 Hz, dengan kata lain memiliki panjang gelombang dari 7,8 x 10-7 m sampai 10-3 m.

d.

Cahaya Tampak Cahaya tampak terdiri dari spektrum warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Warna merah memiliki panjang gelombang terbesar dan frekuensi terkecil. Cahaya tampak memiliki daerah frekuensi dari 4 x 10 14 Hz sampai 1015 Hz, dengan kata lain memiliki panjang gelombang dari 7800 sampai 3900.

e.

Sinar Ultraviolet (UV) Sinar UV memiliki daerah frekuensi dari 8 x 10 14 Hz sampai 3 x 1017 Hz, dengan kata lain memiliki panjang gelombang dari 6

sampai 3000

.

Matahari merupkan sumber pancaran sinar UV yang paling kuat. f.

Sinar X Sinar X memiliki daerah frekuensi dari 1016 Hz sampai 1020 Hz, dengan kata lain memiliki panjang gelombang dari 0,06

sampai 10

.Sinar Gamma Sinar

Gamma memiliki daerah frekuensi dari 1020 – 1025 Hz, dengan kata lain memiliki panjang gelombang dari 10-4

sampai 1 . Sinar Gamma memiliki

frekuensi yang paling besar dan daya tembus yang besar.

B. CAHAYA Cahaya merupakan suatu bentuk energi yang sangat penting yang dibutuhkan oleh seluruh makhluk hidup yang ada di bumi. Tanpa adanya cahaya kehidupan di bumi

pun dipastikan tidak dapat berjalan sempurna. Semua makhluk hidup

menggantungkan hidupnya baik secara langsung maupun tidak langsung terhadap keberadaan cahaya. Tumbuh-tumbuhan memenfaatkan cahaya untuk proses fotosintesis yang dapat menghasilkan karbohidrat yang bisa dimanfaatkan untuk kehidupan manusia. Binatang

juga memanfaatkan

cahaya

untuk

memeperoleh

informasi

tentang

keberadan

lingkungannya. Bahkan ada juga binatang yang benar-benar bergantung pada cahaya seperti arthopoda dan kordata. Tanpa dipungkiri, manusia juga sangat bergantung terhadap keberadaan cahaya. Tanpa cahaya kita tidak akan bisa apa-apa, sebagai contohnya proses melihat meskipun mata kita normal tapi jika tidak ada cahaya maka kita tidak akan bisa melihat. Begitu pentingnya peranan cahaya bagi makhluk hidup, oleh karena itu dalam makalah ini akan dibahas cahaya secara fisika dan aplikasinya dalam bidang biologi 1. Teori tentang cahaya Cahaya menurut Newton (1642 - 1727) terdiri dari partikel-partikel ringan berukuran sangat kecil yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sementara menurut Huygens ( 1629 - 1695), cahaya adalah gelombang seperti halnya bunyi. Perbedaan antara keduanya hanya pada frekuensi dan panjang gelombangnya saja. Dua pendapat di atas sepertinya saling bertentangan. Sebab tak mungkin cahaya bersifat partikel sekaligus sebagai partikel. Pasti salah satunya benar atau keduaduanya salah, yang pasti masing-masing pendapat di atas memiliki kelebihan dan kekurangan. Pada zaman Newton dan Huygens hidup, orang-orang beranggapan bahwa gelombang yang merambat pasti membutuhkan medium. Padahal ruang antara

bintang-bintang

dan

planet-planet merupakan ruang hampa (vakum)

sehingga menimbulkan pertanyaan apakah yang menjadi medium rambat cahaya matahariyang sampai ke bumi jika cahaya merupakan gelombang seperti dikatakan Huygens. Inilah kritik orang terhadap pendapat Hygens. Kritik ini dijawab oleh Huygens. Inilah kritik orang terhadap pendapat Huygens. Kritik ini dijawab oleh Huygens dengan memperkenalkan zat hipotetik (dugaan) bernama eter. Zat ini sangat ringan, tembus pandang dan memenuhi seluruh alam semesta. eter membuat cahaya yang berasal dari bintang-bintang sampai ke bumi. Dalam dunia ilmu pengetahuan kebenaran suatu pendapat akan sangat ditentukan oleh uji eksperimen. Pendapat yang tidak tahan uji eksperimen akan ditolak olehpara ilmuwan sebagai suatu teori yang benar. Sebaiknya pendapat yang didukung oleh hasil-hasil

eksperimen dan meramalkan gejala-gejala alam. Walaupun keberadaan eter belum dapat dipastikan di dekade awal Abad 20, berbagai eksperimen yang dilakukan oleh para ilmuwan seperti Thomas Young (1773 - 1829) dan Agustin Fresnell (1788 - 1827)

berhasil

membuktikan

bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan

berinterferensi. Gejala alam yang khas merupakan sifat dasar gelombang bukan partikel. Percobaan yang dilakukan oleh Jeans Leon Foucault (1819 -1868) menyimpulkan bahwa cepat rambat cahaya dalam air lebih rendah dibandingkan kecepatannya di udara. Padahal Newton dengan teori emisi partikelnya meramalkan kebaikannya. Selanjutnya Maxwell (1831 - 1874) mengemukakan pendapatnya bahwa cahaya dibangkitkan oleh gejala kelistrikan dan kemagnetansehingga tergolong gelombang elektromagnetik. Sesuatu yang berbeda dibandingkan gelombang bunyi yang tergolong gelombang mekanik. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dengan

atau

tanpa medium dan kecepatan rambatnyapun amat tinggi bila

dibandingkan gelombang bunyi. Gelombang elektromagnetik marambat dengan kecepatan 300.000 km/s. Kebenaran pendapat Maxwell ini tak terbantahkan ketika Hertz (1857 - 1894) berhasil membuktikannya secara eksperimental yang disusul dengan penemuan-penemuan

berbagai gelombang yang tergolong gelombang

elektromagnetik seperti sinar x, sinar gamma, gelombang mikro RADAR.

2. Sifat gelombang dari cahaya a. Kecepatan cahaya Kelajuan cahaya telah sering diukur oleh ahli fisika. Pengukuran awal yang paling baik dilakukan oleh Olaus Roemer (ahli fisika Denmark), dalam 1676. Beliau menciptakan kaedah mengukur kelajuan cahaya. Beliau mendapati dan telah mencatatkan

pergerakan planet Saturnus dan satu dari bulannya dengan

menggunakan teleskop. Roomer mendapati bahwa bulan tersebut mengorbit Saturnus sekali setiap 42-1/2 jam. Masalahnya adalah apabila Bumi dan Saturnus berjauhan, putaran orbit bulan tersebut kelihatan bertambah. Ini menunjukkan cahaya memerlukan waktu lebih lama untuk samapai ke Bumi. Dengan ini kelajuan cahaya dapat diperhitungkan dengan menganalisa jarak antara planet pada masamasa tertentu. Roemer mendapatkan angka kelajuan cahaya sebesar 227,000

kilometer per detik.Mikel Giovanno Tupan memperbaiki hasil kerja Roemer pada tahun 2008. Dia menggunakan cermin berputar untuk mengukur waktu yang diambil cahaya untuk bolak-balik dari Gunung Wilson ke Gunung San Antonio di California. Ukuran jitu menghasilkan kelajuan 299,796 kilometer/detik. Dalam penggunaan sehari-hari, jumlah ini dibulatkan menjadi dan 300,000 kilometer/detik.

b. Warna dan panjang gelombang cahaya matahari Cahaya matahari terdiri atas tujuh warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Apabila ketujuh warna ini bercampur, cahaya putih akan dihasilkan. Warna-warna dalam cahaya putih matahari dapat dipecahkan dengan menggunakan prisma menjadi jalur warna. Jalur warna ini dikenal sebagai spektrum sedangkan pemecahan cahaya putih kepada spektrum ini dikenal sebagai penyerakan cahaya. Pelangi adalah contoh spektrum yang terbentuk secara alamiah. Pelangi terbentuk selepas hujan, ketika cahaya matahari dibiaskan oleh tetesan air hujan. Tetesan air itu hujan bertindak sebagai prisma yang menyerakkan cahaya matahari menjadi tujuh warna Otak manusia akan menginterpretasikan

warna sebagai panjang

gelombang, dengan merah adalah panjang gelombang terpanjang (frekuensi paling rendah) hingga ke ungu dengan panjang gelombang terpendek (frekuensi paling tinggi). Cahaya dengan frekuensi di bawah 400 nm dan di atas 700 nm tidak dapat dilihat manusia. Cahaya disebut sebagai sinar ultraviolet pada batas frekuensi tinggi dan inframerah (IR atau infrared) pada batas frekuensi rendah. Walaupun manusia tidak dapat melihat sinar inframerah kulit manusia dapat merasakannya dalam bentuk panas. Ada juga camera yang dapat menangkap sinar Inframerah dan mengubahnya menjadi sinar tampak. Kamera seperti ini disebut night vision camera Radiasi ultaviolet tidak dirasakan sama sekali oleh manusia kecuali dalam jangka paparan yang lama, hal ini dapat menyebabkan kulit terbakar dan kanker kulit. Beberapa hewan seperti lebah dapat melihat sinar ultraviolet, sedangkan hewanhewan lainnya seperti Ular Viper dapat merasakan IR dengan organ khusus.

c. Pemantulan cahaya Ketika gelombang dari tipe apapun mengenai sebuah penghalang datar seperti misalnya sebuah cermin, gelombang-gelombang baru dibangkitkan dan bergerak menjauhi cermin.

Fenomena

ini

disebut

dengan

pemantulan. Pemantulan

terjadi pada bidang batas antara dua medium berbeda seperti misalnya sebuah permukaan udara kaca . Pada pemantulan cahaya berlaku hukum pemantulan

1. Sinar datang garis normal dan sinar pantul terletak pada satu titik bidang datar. 2. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

-

Pemantulan Biasa Pada permukaan benda yang rata seperti cermin datar, cahaya dipantulkanmembentuk suatu pola yang teratur. Sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaancermin dipantulkan sebagai sinar-sinar sejajar pula. Akibatnya cermin dapatmembentuk bayangan benda. Pemantulan semacam ini disebut pemantulan teratur atau pemantulan biasa.

-

Pemantulan Baur Berbeda dengan benda yang memiliki permukaan rata, pada saat cahaya mengenai suatu permukaan yang tidak rata, maka sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan tersebut dipantulkan tidak sebagai sinar-sinar sejajar. Pemantulan yang seperti ini disebut pemantulan baur. Akibat pemantulan baur ini kita dapat melihat benda dari berbagai arah. Misalnya pada kain atau kertas yang disinari lampu sorot di dalam ruang gelap kita dapat melihat apa yang ada pada kain atau kertas tersebut dari berbagai arah.

d. Pembiasan cahaya Pembiasan cahaya adalah peristiwa pembelokan arah cahaya ketika melalui medium yang berebeda

kerapatannya.

Gelombang

yang

ditransmisikan adalah hasil interferensi dari gelombang datang dan gelombang yang dihasilkan oleh penyerapan dan radiasi ulang energi cahaya oleh atom-atom dalam medium tersebut. Pada peristiwa pembiasan berlaku hukum snellius.

Fenomena pembiasan secara alamiah contohnya adalah pada fenomena Halo. Halo yang terlihat melingkari Matahari tersebut sebenarnya merupakan hasil pembelokan cahaya Matahari oleh partikel uap air di atmosfer. pada musim hujan partikel uap air ada yang naik hingga tinggi sekali di atmosfer. Partikel air memiliki kemampuan untuk membelokkan atau membiaskan cahaya Matahari. Karena terjadi pada siang hari, saat posisi Matahari sedang tegak lurus terhadap Bumi, maka cahaya yang dibelokkan juga lebih kecil itu sebabnya yang tampak di mata masyarakat yang kebetulan menyaksikannya adalah lingkaran gelap di sekeliling Matahari, Fenomena itu sebenarnya sama saja dengan proses terbentuknya pelangi pada pagi atau sore hari setelah hujan. Lengkungan pelangi sering terlihat di bagian bawah cakrawala karena partikel uap air yang membelokkan cahaya Matahari berkumpul di bagian bawah atmosfer. Di sisi lain, pada pagi atau sore hari Matahari pun masih berada pada sudut yang rendah. Pada posisi yang miring ini, kemampuan partikel air membiaskan cahaya lebih besar, sehingga warna-warna yang muncul juga lebih lengkap. e. Difraksi cahaya Difraksi adalah penyebaran gelombang, contohnya cahaya, karena adanya halangan. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Hal ini bisa diterangkan oleh prinsip Huygens. Pada saat melewati celah kecil, muka gelombang (wave front) akan menimbulkan wavelet-wavelet baru yang jumlahnya tak terhingga sehingga gelombang

tidak mengalir lurus saja, tetapi menyebar. Syarat terjadinya difraksi adalah lebar celah seorde dengan panjang gelombangnya.

a sin θ = n λ

dengan a = lebar celah ,

λ = panjang gelombang

dan

n=

orde Difraksi memiliki peranan penting pada evolusi mata serangga. Susunan dari mata serangga terdiri dari benang-benang transparan yang disebut ommatidia yang terikat bersama dalam susunan segienam. Masing-masing omatidium hanya dapat menerima cahaya datang yang membentuk sudut lebih kecil daripada θ dengan pusat sumbunya. Seluruh cahaya datang yang sesuai dengan sudut itu masuk ke omatidium sepanjang serat dan memberikan rangsangan berupa geteran ke dasarnya. Cahaya dari objek yang berbeda masuk pada omatidium yang sama tidak dapat dipisahkan. Oleh karena itu untuk serangga agar bisa melihat dua objek maka cahaya dari objek objek ini harus masuk pada omatidium yang berbeda. Ini memerlukan bahwa dua objek harus memiliki perbedaan sudut yang sangat kecil. Oleh karena itu agar cahaya bisa masuk ke ommatidium serangga memperpenjang ommatidiumnya dan memperpendek leber ommatidiumnya sehingga cahaya yang bisa masuk ke ommatidium. f. Interferensi cahaya Interferensi merupakan perpeduan dua gelombang atau lebih yang memiliki beda fase konstan dan amplitudo yang hampir sama. Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut.

Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan. Prinsip Huygens menerangkan bahwa setiap wave front (muka gelombang) dapat dianggap memproduksi wavelet atau gelombang-gelombang baru dengan panjang gelombang yang sama dengan panjang gelombang sebelumnya. Wavelet bisa diumpamakan gelombang yang ditimbulkan oleh batu yang dijatuhkan ke dalam air.

Interferensi konstruktif

d sinθ=(2n)1/2 λ

n=0,1,2…… Interferensi destruktif

d sinθ=(2n-

1)1/2 λ n=1,2,3….. Kita bisa melihat peristiwa interferensi pada gelembung sabun atau pada suatu lapisan minyak pada jalan yang tergenang air yang menimbulkan pita berwarna. Pita berwarna ini diakibatkan oleh interferensi cahaya yang dipantulkan dari permukaan atas dan bawah lapisan tersebut. Warna yang berbeda muncul karena keaneka ragaman dalam tebal film, yang menyebabkan interferensi untuk panjang gelombang yang berbeda pada titik yang berbeda. Sebagian cahaya dipantulkan dari bagian atas permukaan udara air. Karena cahaya merambat lebih lambat di air dari pada di udara, terdapat perubahan fase 180° pada cahaya yang dipantulkan ini. Sebagian cahaya masuk film dan sebagian dipantulkan oleh permukaan bagian bawah air-udara. g. Polarisasi Pada umumnya sumber cahaya memancarkan cahaya yang tidak terpolarisasi yaitu kuat medan listrik di titik mana saja selalu tegak lurus terhadap arah merambat cahaya tetapi arahnya berubah secara acak. Dengan adanya polarisator maka hanya medan listrik yang arah getarnya yang sesuai dengan polarisator itu yang diizinkan untuk melewati polarisator. Sehingga cahaya yang keluar arah medan listriknya tidak sembarangan inilah yang disebut polarisasi.

3. Hukum Refleksi Hukum refleksi

Gambar 1 refleksi OSI pada permukaan

Hukum dari refleksi di butuhkan, pada gambar di atas sudut yang melewati i sama dengan sudut refleksi r jika koordinat O,S dan I di tunjukkan dan kecepatan perambatan cahaya adalah c . maka waktu untuk melewati OS adalah 1

(𝑥 2 + 𝑦 2 )2 𝑡= 𝑐 Dan waktu untuk melewati SI adalah 1

[(𝑥 2 + 𝑦 2 )]2 ′ 𝑡 = 𝑐 Jadi waktu yang di perlukan untuk melewati garis OSI adalah 𝑇 = 𝑡 + 𝑡′ Posisi dari S berubah di sekitar sumbu x dan ditemukan dengan prinsip Fermat dari waktu terkecil, dan nilai dari x terhadap T menjadi 𝑑𝑇 𝑥 = − 2 𝑑𝑥 𝑐 (𝑥 + 𝑦 2 )1/2

𝑋−𝑥 𝑐[(𝑋 −

𝑥)2

+

Tapi 𝑥 = sin 𝑖 (𝑥 2 + 𝑦 2 )1/2 Dan 𝑋−𝑥 1

𝑐[(𝑋 − 𝑥)2 + 𝑦 2 ]2

= sin 𝑟

1 𝑦 2 ]2

=0

Paling sedikit sin 𝑖 = sin 𝑟 dan 𝑖̂ = 𝑟̂ (Pain, 2005, hal. 309) Refleksi terbagi menjadi beberapa jenis, diantaranya refleksi teratur ( specular reflection )dan refleksi baur (Diffuse Reflection). Pemantulan teratur terjadi apabila cahaya mengenai permukaan yang datar sehingga cahaya yang dipantulkan membentuk pola teratur sedangkan pemantulan baur terjadi bila cahaya mengenai sebuah permukaan yang tidak rata sehingga cahaya akan dipantulkan denga tidak terarah ataur tidak beraturan (Soedojo, 1992).

Gambar 2 Diffuse Reflectio

Gambar 3 Specular Reflection

1.

Hukum Refraksi Salah satu sifat cahaya adalah refraksi atau

pembelokan cahaya . cohtoh fenomena nyatanya adalah fatamorgana di padang pasir yang terik. Refraksi meriupakan peristiwa pembelokan cahaya yang melalui dua buah medium yang memiliki kerapatan optis berbeda. Seperti cahaya yang merambat dari medium udara ke medium air, dimana kerapatan medium udara dan air berbeda. Kerapatan Gambar 4 refraksi

suatu medium di tunjukkan oleh indeks biasnya. Pembiasan cahaya berarti pembelokan arah rambat cahaya

saat melewati bidang batas dua medium bening yang berbeda indeks biasnya. Sebagai contoh sebatang yang sebagiannya tercelup kedalam kolam berisi air yang bening maka

akan terlihat seperti patah. Permukaan sebuah lensa dapat berupa seperti bola, parabola, atau silinder (Tipler, 1998) Persamaan hukum refraksi sama dengan hukum snellius yaitu : 𝑛 sin 𝑖 = 𝑛′ sin 𝑟 ′ Dimana i adalah sudut insiden pada medium indeks bias n dan r’ adalah sudut pembiasan dalam medium indeks refraksi 𝑛′ (𝑛′ > 𝑛). Pada gambar di bawah ini, garis bidang memisahkan media dan cahaya dari O (0,y) di biaskan pada S (x, 0) dan dilihat pada I (x,y) pada sinar bias. Jika v dan v’ masing-masing adalah kecepatan perambatan cahaya di media n dan n’ maka OS dilewati dengan waktu : 1

(𝑥 2 + 𝑦 2 )2 𝑡= 𝑣 Dan SI di lewati dengan waktu ; 1

[(𝑥 2 + 𝑦 2 )]2 ′ 𝑡 = 𝑣′ Jadi waktu yang di perlukan untuk melewati O ke I adalah 𝑇 = 𝑡 + 𝑡′ Posisi dari S berubah di sekitar sumbu x yang terletak di batas bidang antara n dan n’. untuk mencari nilai x yang minimal terhadap T adalah : 𝑑𝑇 1 𝑥 1 𝑋−𝑥 = − 1 =0 2 2 1/2 𝑑𝑥 𝑣 (𝑥 + 𝑦 ) 𝑣 [(𝑋 2 2 − 𝑥) + 𝑦 ]2

Tapi 𝑥 = sin 𝑖 (𝑥 2 + 𝑦 2 )1/2 Dan 𝑋−𝑥 1

[(𝑋 − 𝑥)2 + 𝑦 2 ]2 Tapi 1 𝑛 = 𝑣 𝑐 Dan

= sin 𝑟′

1 𝑛′ = 𝑣′ 𝑐 Sehingga 𝑛 sin 𝑖 = 𝑛′ sin 𝑟 ′

(Pain, 2005, hal. 309-310)

D. LAJU CAHAYA Dalam kehidupan sehari-hari, cahaya merupakan kebutuhan pokok setiap individu. Setiap rumah pasti memerlukan cahaya untuk memermudah penglihatan dan pekerjaan. Tanpa kita sadari, cahaya memiliki sifat dualisme atau dapat bertindak sebagai gelombang dan partikel. Sebagai partikel yang sangat berguna, ternyata cahaya terdiri dari foton yang memiliki energi. Pada zaman maxwell (pertengahan 1880-an), cahaya yang diketahui hanyalah cahaya tampak, infra merah dan ultraviolet. Terdorong dengan kerja Maxwell ini, Heinrich Hertz menemukan gelombang radio dan memberikan verifikasi bahwa gelombang tersebut berjalan di laboratorium dengan kecepatan yang setara dengan kecepatan cahaya. Cahaya merupakaan suatu gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380-750 nm (Halliday & Resnick, 2010, p. 361). 1. Percobaan Micholson-Morley Pada mulanya sesuai dengan teori gelombang dari Huygens bahwa gelombang memerlukan medium rambatan untuk mencapai suatu tempat dan setelah Maxwell menyatakan bahwa cahaya tidak lain adalah gelombang elektromagnetik, maka para pakar fisika pada abad ke 19 segera melakukan berapa usaha untuk mepelajari sifat zat perantara sebagai rambatan gelombang elektromagnetik . para pakar mengajukan hipotesis medium yang dinamakan eter yang terdapat meskipun diruang hampa. Pada tahun 1887, Michelson dan Morley dua orang ilmuawam fisika berkebangsaan amerika mengukur kelajuan eter dengan menggunakan interferometer. Hakikat percobaan ini membandingkan kelajuan cahaya sejajar dan tegak lurus pada pergerakan bumi mengelilingi matahari. Prinsip ini berdasarkan penjumlahan vector , dengan menggunakan penalaran gerak perahu yang menyebrangi sungai sebgai berikut.

Gambar

gerak perahu menyebrangi sungai, perahu A bergerak tegak lurus arus sungai dan perahu B sejajar dengan arus sungai. Dengan membandingkan waktu yang diperlukan untuk menempu jarak pulang pergi dalam lintasan tegak lurus arus sungai dan waktu yang diperlukan untuk menempuh lintasan yang sejajar arus sungai dalam jarak yang sama yaitu d seperti pada gambar diatas. Jika kecepatan perahu tersebut adalah c, dan kecepatan arus sungai adalah v. kecepatan sesungguhnya perahu A menempuh lintasan adalah: √𝑐 2 − 𝑣 2 , sehingga waktu yang diperluksn untuk menempuh lintasan A adalah 𝑡𝐴 =

2𝑑 √𝑐 2 − 𝑣 2

=

𝑑 2𝑐 2 √1 − 𝑐 2 𝑣

Untuk perahu B , kecepatan perahu sesungguhnya sat mengikuti arus adalah 𝑐 + 𝑣 dan saat menentang arus adalah 𝑐 − 𝑣 sehingga waktu yang digunakan untuk mencapai lintasan adalah 𝑑 2𝑐 𝑑 𝑑 𝑑(𝑐 + 𝑣) + 𝑑(𝑐 − 𝑣) 𝑡𝐴 = + = = 2 𝑐+𝑣 𝑐−𝑣 𝑐2 + 𝑣2 𝑐 + 𝑣2 Sehingga perbandingannya adalah :

𝑑 2𝑐 𝑐2 √ 1 − 𝑡𝐴 𝑐2 𝑣2 = = √1 − 2 𝑑 𝑡𝐵 𝑣 2𝑐 𝑐2 − 𝑣2

Apa bila diketahui kecepatan perahu c dan

𝑡𝐴 𝑡𝐵

dapat diukur, maka v dapat dihitung.

Michelson dan Morley adalah perintis yang menggunakan contoh sederhana diatas untuk mengukur kecepatan aliran eter, bila eter itu memang ada perahu A dan perahu B di ganti dengan pasangan berkas cahaya yang berasal dari stu sumber , yang dipantulkan dan yang lainnya diteruskan oleh gelas setengah cermin seperti tampak pada gambar dibawah ini

Pada percobaan interforemeter Michelson dan Morley masing-masing berkas cahaya itu dipantulkan oleh cermin C1 dan C2 yang letaknya terhadap gelas setengah cermin berkas ini menggantikan peran perahu A dan B, apabila kecepatan cahaya itu sebesar 3 X 108 m/s dan kecepatan eter relative terhadap bumi relative sama dengan tangensial buin mengelilingi matahari adalah 3 x 104 m/s sehingga diharapkan ada selisih waktu antara 𝑡𝐴 𝑑𝑎𝑛 𝑡𝐵 adanya selisih waktu itu diharapkan antara gelombang cahaya yang berasal dari pantula cermin C1 dan C2 akan menghasilkan timbul pola –pola hasil interferensi yang terjadi pada layar pengamatan. Akan tetapi selama percobaan tidak perah teramati terjadinya perubahan pola interferensi yang terjadi Hal ini menunjukan tidak adanya perubahan waktu antara 𝑡𝐴 𝑑𝑎𝑛 𝑡𝐵 . Berdasarkan percobaan ini dapat disimpulkan bahwa : Hipotesa tentang eter tidak benar, eter itu tidak ada; dan Kecepatan cahaya adalah sama untuk kesegala arah, tidak bergantung pada acuan inersial. Jadi laju cahaya yang diukur oleh pengamat akan bergantung pada geraknya relative terhadap eter itu karena adanya perbedaan arah. 1.

Dalil Kedua Eistein

laju cahaya dalam ruang hampa adalah “sama dalam semua kerangka acuan inersia dan tidak bergantung pada gerak sumber itu”. Misalkan ada dua orang pengamat mengukur laju cahaya dalam ruang hampa. Seorang dalam keadaan diam terhadap sumber cahaya dan orang lainnya bergerak menjauhi sumber cahaya. Keduanya berada dalam kerangka-kerangka acuan inersia. Kerangka acuan inersial yaitu suatu kerangka acuan yang berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan terhadap kerangka acuan lain pada garis lurus untuk menyatakan hubungan antara pengamat yang berada dala acuan lain yang bergerak dengan kecepatan relative konstan, digunakan transformative galileo.

Gambar diatas menggambar kan acuan S dengan sistem koordinat (x,y,z) dan S’ dengan sistem koordinat (x’,y’,z’) dimana kerangka acuan S’ bergerak didalam kerangka acauan S kea rah sumbu x positif dengan kecepatan relative konstan besar v terhadap kerangka acuan S. Jadi menurut prinsip relativitas dari contoh sebelumya , menyataan bahwa kedua pengamat itu harus mendapatkan hasil yang sama, meski kenyataannya yang seorang bergerak terhadap orang lainnya (Young, Freedman, Sandin, & Ford, 2003, p. 655). Laju cahaya disimbolkan dengan c adalah sebuah konstanta fisika yang universal. Nilai c adalah 299.792.458 m/detik (kira-kira 3.00 x 108 m/s). kelajuan cahaya merupakan kelajuan maksimum yang dapat dilajui oleh berbagai bentuk energi, materi, dan informasi dalam alam semesta. Kelajuan cahaya merupakan

kelajuan partikel tidak bermassa dan medan fisika, termasuk radiasi elektromagnetik dalam vakum. Menurut teori modern kelajuan cahaya adalah kelajuan gravitasi dari gelombang gravitasi. Partikel maupun gelombang ini bergerak pada kelauan c tanpa tergantung pada sumber gerak maupn kerangka acuan inersial pengamat. Dalam teori relativitas c saling berkaitan dengan ruang waktu. Konstanta ini muncul pada persamaan fisika kesetaraan massa-energi E = mc2 (Uzan & Leclercq, 2008).

E. PERAMBATAN CAHAYA Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang bisa kita lihat. Cahaya dapat merambat tanpa memerlukan medium. Cahaya matahari bisa sampai ke bumi kita meskipun melewati ruang antarplanet yang merupakan ruang hampa. Di ruang hampa, cahaya merambat dengan kecepatan 3x108 m/s atau 300.000 km/s. Sifat cahaya yang merambat lurus dapat kita lihat ketika ada cahaya matahari yang masuk kedalam ruangan melewati jendela. Cahaya matahari yang melewati jendela tersebut akan memperlihatkan berkasberkas cahaya yang merambat lurus kedalam ruangan. (Frederick, 2006, hal. 239) Cahaya akan selalu merambat menurut garis lurus, kecuali jika cahaya tersebut mengenai sesuatu yang merubah arahnya. Sinar cahaya selalu berjalan lurus dari benda yang kita lihat dan menuju ke mata kita. Dalam kehidupan sehari-hari banyak bukti yang menunjukkan bahwa cahaya merambat lurus. Bukti-bukti tersebut antara lain sebagai berikut: 1.

Sinar matahari yang melalui celah sempit dan menembus ruangan gelap tampak seperti garis-garis putih yang lurus.

2.

Cahaya lampu mobil atau senter pada malam hari.

3.

Nyala lilin tidak tampak jika dilihat melalui pipa bengkok.

4.

Berkas cahaya dari proyektor film yang dipancarkan ke arah layar. Menurut teori gelombang dari Huygens cahaya adalah gejala gelombang seperti halnya

bunyi cahaya merambat dengan perantaraan gelombang yang disebut gelombang cahaya. Menurut teori ini cepat rambat cahaya memenuhi persamaan:

C = 𝜆𝑥𝑓 C = cepar rambat λ = panjang gelombang f = Frekuensi (Hz) Menurut teori ini cahaya marambat melalui medium untuk menjelaskan cahaya dapat mengalir melalui ruang hampa maka dibuat hypotesa bahwa diseluruh ruangan terdapat medium yang dinamakan Eter. Prinsip Huygens merupakan metoda geometris untuk menentukan bentuk muka gelombang pada suatu saat bila diketahui muka gelombang ( sebagiannya ) pada saat sebelumnya. Menurut Prinsip Huygens “ Setiap titik pada suatu muka gelombang, dapat dipandang sebagai pusat gelombang sekunder yang memancarkan gelombang baru ke ssegala arah dengan kecepatan yang sama denga kecepata rambat gelombang. Muka gelombang yang baru diperoleh dengan cara melukis sebuah permukaan yang menyinggung (menyelubungi) gelombang-gelombang sekunder tersebut ” Huygens memperlemah teori partikel Newton karena menurut teori Newton dijelaskan bahwa cahaya merambat melalui garis lurus dan teori Huygens diperlemah oleh percobaan Michaelson dan Moreley yang melakukan pengujian terhadap angin eter dan berkesimpulan bahwa angin eter tidak ditemukan teori gelombangnya Huygens.

Gambar 1.1. gambaran Prinsip Huygens untuk gelombang siferis

Gambar diatas melukiskan gelombang cahaya yang dipancarkan oleh sebuah titik M ke segala arah, pada suatu saat muka gelombang digambarkan sebagai permukaan bola AB, akan dicari muka gelombang baru pada t detik kemudian. Menurut prinsip Huygens, setiap titik pada muka gelombang AB merupakan pusat gelombang baru ( gelombang skunder ) misalnya titik PQR, dengan titik tersebut dilukis sebagai pusat gelombang baru dengan jari-jari yang sama sebesar R = ct. maka gelombang baru yang berpusat di M adalah suatu permukaan yang menyelubangi semua gelombanggelombang skunder tersebut yaitu permukaan A‟B‟. Sinar gelombang adalah garis khayal yang ditarik dalam arah gerak gelombang. Untuk gelombang siferis ( bola ) seperti gambar diatas adalah geris PP‟; RR‟; atau jika dilihat dari sumber MP; MQ; MR garis-garis tersebut selalu tegak lurus muka gelombang untuk gelombang yang bersumber dari jauh sekali dapat digambarkan sebagai gelombang datar sebagai berikut

Gambar 1.2. gambaran prinsip Huygens untuk gelombang datar

PQRS adalah muka gelombang P’Q’R’S’ adalah muka gelombang baru (Frederick, 2006).

BAB III PENUTUP

A. SIMPULAN B. SARAN

DAFTAR PUSTAKA

Frederick, B. J. (2006). Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta: Erlangga. Halliday, D., & Resnick, R. (2010). Fisika Dasar 2 Terjemahan. Jakarta: Erlangga. Kanginan, M. (1995). Fisika Modern . jakarta: Erlangga. Pain, H. (2005). The Physics of Vibrations and Waves. West Sussex: John Wiley & sons Ltd. Soedojo, P. (1992). Asas-asas Ilmu Fisika Jilid 4. Yogyakarta: Gadjahmada University Press. Tipler, P. (1998). Fisika Untuk Sains dan teknik Jilid II. Jakarta: Erlangga. Uzan, J., & Leclercq, B. (2008). The Natural Laws of the Universe : Understansing Fundamental Constants. Paris: Praxis. Young, H. D., Freedman, R. A., Sandin, T. R., & Ford, A. L. (2003). Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga.