SIFAT CAHAYA DAN HUKUM OPTIK GEOMETRI
1. SIFAT-SIFAT CAHAYA
Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak. Ilmu tentang cahaya tampak disebut optik. Sejak tahun 1838 oleh Michael Faraday, cahaya didefinisikan sebagai gelombang elektromagnetik.
Sifat-sifat cahaya banyak dikemukakan oleh para ahli fisika, antara lain:
a) Teori partikel Newton pada abad ke 19 mengatakan bahwa ”cahaya adalah aliran partikel yang dipancarkan oleh benda ke mata atau dari mata ke benda”.
b) Teori yang dikatakan Christian Huygen pada tahun 1678 menyebutkan bahwa” cahaya adalah gelombang karena cahaya mengalami pemantulan dan pembiasan”.
Teori ini tidak diterima karena cahaya tidak dapat membelok pada sudut ruangan.
c) Pada tahun 1801, Thomas Young mengatakan bahwa ”gelombang cahaya mengalami interferensi.”
d) Pada tahun 1873, Maxwell mengemukakan bahwa ”gelombang cahaya adalah bagian dari gelombang elektromagnetik”.
e) Pada tahun 1887, Hertz menguatkan pendapat Maxwell dengan mengatakan bahwa ”gelombang elektromagnetik merambat sama dengan kelajuan cahaya”
Kelemahan teori Hertz adalah tidak bisa menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.
Tahun 1899, Max Planck menggunakan teori kuantum sebagai model dari teori radiasi massa hitamdengan hipotesa bahwa energi yang teradiasi dan terserap dapat terbagi menjadi jumlahan diskrit yang disebut elemen energi, E. Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik, cahaya yang menyinari atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari orbitnya. Pada pada tahun 1924 percobaan oleh Louis de Broglie menunjukkan elektron mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang, hingga tercetus teori dualitas partikel-gelombang. Albert Einstein kemudian pada tahun 1926 membuat postulat berdasarkan efek fotolistrik, bahwa cahaya tersusun dari kuanta yang disebutfoton yang mempunyai sifat dualitas yang sama. Karya Albert Einstein dan Max Planck menjadi dasarteori kuantum mekanik.
Pada masa ini, cahaya didefinisikan sebagai dualisme gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel yang disebut foton. Berdasarkan teori Einstein, energi foton berbanding lurus dengan frekuensi gelombang elektromagnetik sehingga diperoleh persamaan:
dimana: E = energi foton (Joule)
f = frekuensi gelombang elektromagnet
h = tetapan Plank = 
-34 J.s
-34 J.s
Dua sifat cahaya secara umum
adalah cahaya dianggap sebagai cahaya pada saat tertentu dan dapat dianggap sebagai partikel pada saat yang lain.
adalah cahaya dianggap sebagai cahaya pada saat tertentu dan dapat dianggap sebagai partikel pada saat yang lain.
2. PENGUKURAN CAHAYA
Kecepatan cahaya dalam sebuah vakum adalah 299.792.458 meter per detik (m/s) atau 1.079.252.848,8 kilometer per jam (km/h) atau 186.282.4 mil per detik (mil/s) atau 670.616.629,38 mil per jam (mil/h). Kecepatan cahaya ditandai dengan huruf c, yang berasal dari bahasa Latin celeritasyang berarti "kecepatan", dan juga dikenal sebagai konstanta Einstein.
Sebuah percobaan awal untuk mengukur kecepatan cahaya dilakukan oleh Ole Christensen Rømer, seorang ahli fisika Denmark dan anggota grup astronomi dari French Royal Academy of Sciences pada tahun 1676. Dengan menggunakan teleskop, Rømer mengamati gerakan planet Jupiter dan salah satu bulan satelitnya, bernama Io. Dengan menghitung pergeseran periode orbit Io, Rømer memperkirakan jarak tempuh cahaya pada diameter orbit bumi sekitar 22 menit. Jika pada saat itu Rømer mengetahui angka diameter orbit bumi, kalkulasi kecepatan cahaya yang dibuatnya akan mendapatkan angka 227×106 meter/detik.
Pengukuran kecepatan cahaya, yang lebih akurat, dilakukan di Eropa oleh Hippolyte Fizeau pada tahun 1849. Fizeau menggunakan roda sprocket yang berputar untuk meneruskan cahaya dari sumbernya ke sebuah cermin yang diletakkan sejauh beberapa kilometer. Pada kecepatan rotasi tertentu, cahaya sumber akan melalui sebuah kisi, menempuh jarak menuju cermin, memantul kembali dan tiba pada kisi berikutnya. Dengan mengetahui jarak cermin, jumlah kisi, kecepatan putar roda,Fizeau mendapatkan kalkulasi kecepatan cahaya pada 313×106 meter/detik.
Semua gelombang elektromagnetik yang melewati ruang hampa memiliki kecepatan yang sama yaitu 
8 ms-1
8 ms-1
3. APROKSIMASI CAHAYA DALAM OPTIK GEOMETRI
Arah rambatan cahaya akan merambat pada garis lurus bila melewati medium yang sama dan akan merubah arah apabila bertumbukan dengan permukaan yang berbeda atau optik dengan bahan yang berbeda pada suatu jarak atau waktu tertentu.
Arah peramrambatan gelombang ke kanan. Cahaya yang memiliki arah rambatan sama dengan perambatan gelombang yang lurus selalu teak lurus dengan bidang gelombang.
Jika gelombang bertumbukan dengan penghalang yang memiliki celah dengan diameter yang lebih besar dari panjang gelombang maka gelombang akan melewati cerah dengan perambatan lurus.
Jika gelombang bertumbukan dengan penghalang yang memiliki celah dengan diameter sebanding dengan panjang gelombang maka gelombang yang melewati celah akan menyebar ke segala arah. Penyebaran ini disebut dengan difraksi.
Jika gelombang bertumbukan dengan penghalang yang memiliki celah dengan diameter lebih kecil dari panjang gelombang maka gelombang yang melewati celah akan menyebar hampir menyerupai bola.
4. PEMANTULAN
Ketika cahaya menimpa permukaan benda, sebagian cahaya dipantulkan. Sisanya diserap oleh benda, atau jika benda tersebut transparan seperti kaca atau air, sebagian diteruskan. Pemantulan pada permukaan yang rata disebut dengan pemantulan spekular(a), sedangkan pemantulan yang tidak rata disebut dengan pemantulan yang menyebar(b).
Ketika suatu berkas cahaya sempit menimpa permukaan yang rata akan terbentuk sudut datang (è1) yaitu sudut yang dibuat berkas sinar datang dengan garis normal; dan sudut pantul (è2) adalah sudut yang dibuat berkas sinar pantul dengan garis normal. Garis normal adalah garis yang tegak lurus dengan bidang pemantulan. Pada peristiwa ini berlaku hukum pemantulan, yaitu:
1. Berkas sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
2. Besar sudut datang sama dengan besar sudut pantul (è1=è2)
5. PEMBIASAN
Pembiasan adalah peristiwa pembelokan cahaya datang membentuk sudut terhadap permukaan dan ketika memasuki medium yang baru. Berdasarkan hukum Snellius berlaku bahwa peerbandingan sinus sudut datang dan sinus sudut bias dan perbandingan indeks bias kedua medium adalah konstan.
|
Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa cahaya dari medium yang kecepatan cahayanya tinggi ke médium yang kecepatan cahayanya lebih rendah maka sudut bias (θ2) lebih kecil dari sudut datang (θ1). Sebaliknya, bila cahaya dari medium yang kecepatannya cahayanya rendah ke medium yang kecepatan cahayanya lebih tinggi sudut bias (θ2) lebih besar dari sudut datang (θ1).
6. PRINSIP HYUGENS
Ilmuwan Belanda, Christian Huygens (1629-1695),, mengusulkan teori gelombang dari cahaya. Prinsip Huygens berbunyi "setiap titik pada muka gelombang dapat dianggap sebagai sumber gelombang-gelombang kecil yang menyebar maju dengan laju yang sama dengan laju gelombang itu sendiri. Muka gelombang yang baru merupakan sample dari semua gelombang-gelombang kecil tersebut- yaitu, tangent garis singgung dari semua gelombang tersebut”.
Prinsip Hyugens dapat digunakan untuk mengembangkan hokum snellius tentang pembiasan. Untuk sesaat, cahaya pertama menabrak muka gelombang dan menghasilkan gelombang kecil Hyugens dari A dan cahaya 2 menghasilkan gelombang kecil Hyugens dari B. Kedua gelombang kecil tersebut memiliki jari-jari kelengkungan yang berbeda karena merambat di medium yang berbeda.
7. DISPERSI DAN PRISMA
Panjang gelombang cahaya menentukan warnanya. Spektrum tampak berkisar dari sekitar 400nm (ungu) sampai sekitar 750nm (merah). Prisma kaca menguraikan cahaya putih menjadi unsur-unsur warnanya karena indeks bias bervariasi terhadap panjang gelombang, fenomena ini dikenal dengan nama dispersi. Perpanjangan antara sudut datang dan sudut bias disebut sudut deviasi (δ).
Ketika sebuah cahaya putih menembus kaca berbentuk prisma pada bagian sebelah kiri atas. Sinar pembiasan dari cahaya keluar dari prisma ke bawah dari sina datang. Cahaya bergerak ke kanan bawah menghasilkan warna yang berbeda. Warna yang berbeda membelokkan sudut bias karena indek bias kaca prisma bergantung pada panjang gelombang.
8. PANTULAN INTERNAL SEMPURNA
Pantulan internal sempurna terjadi apabila cahaya melintas dari suatu materi ke materi yang lainnya dimana indeks biasnya lebih kecil dan c
No comments:
Post a Comment