Home / Fisika / Gelombang Cahaya

Gelombang Cahaya

  • 8 min read

Penulis : Ditheosvi Alvira Gusti – Teknik Elektro PNJ

Cahaya sangat penting bagi kehidupan makhluk hidup dan kita sangat bergantung pada keberadaannya tapi pernah tidak kalian memikirkan apa sebenarnya cahaya itu? Dan sudah tahu belum kalau cahaya termasuk ke dalam kategori gelombang? Nah untuk lebih jelasnya pada materi kali ini kita akan membahas seputar gelombang cahaya disimak yaaa 😊.

Pengertian Gelombang Cahaya

Gelombang adalah getaran yang merambat dan gelombang cahaya dikategorikan sebagai gelombang elektromagnetik karena tidak butuh adanya medium atau perantara dalam perambatannya sebab gelombang cahaya terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang juga termasuk ke dalam gelombang transversal karena arah getarnya tegak lurus terhadap arah rambatnya.

Sifat-Sifat Gelombang Cahaya

Dalam peranan cahaya sebagai gelombang, cahaya memiliki beberapa sifat yaitu dispersi, polarisasi, difraksi dan interfensi cahaya dengan penjelasannya sebagai berikut:

Dispersi Cahaya

Dispersi Cahaya
Gambar Dispersi Cahaya

Dispersi adalah peristiwa terurainya cahaya putih menjadi cahaya yang bewarna-warni yang disebabkan oleh perbedaan indeks setiap cahaya dan cahaya putih yang dapat terurai ini disebut dengan cahaya polikromatik.

Cahaya polikromatik bila dilewatkan pada sebuah prisma atau zat bening yang diatasi oleh dua bidang datar akan terurai dan menghasilkan warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Dan warna cahaya tunggal yang tidak dapat terurai disebut dengan cahaya monokromatik. Kumpulan cahaya warna tersebut disebut dengan spektrum.

Spektrum atau kumpulan cahaya warna hasil dari dispersi ini jika diurutkan dimulai dari warna merah hingga ungu maka akan didapatkan nilai indeks bias, frekuensi dan sudut deviasi yang besar dan panjang gelombang yang semakin kecil. Dan untuk lebar spektrum yang dihasilkan prisma bergantung pada selisih sudut deviasi antara cahaya warna merah dan warna ungu yang disebut dengan sudut dispersi dan dapat dihitung dengan persamaan matematis berikut:

spektrum gelombang elektromagnetik
Gambar spektrum gelombang elektromagnetik

Polarisasi Cahaya

Polarisasi Cahaya
Gambar Polarisasi Cahaya

Karena cahaya termasuk sebagai gelombang transversal maka cahaya mengalami polarisasi atau peristiwa penyerapan arah bidang getarnya yang mampu menunjukkan arah medan listrik pada suatu titik yang dilalui gelombang. Polarisasi disebabkan oleh beberapa faktor yaitu pemantulan atau refleksi, penyerapan atau absorbsi, pembiasan ganda dan hamburan dan menurut Hukum Malus, persamaan polarisasi adalah

rumus Polarisasi

Contoh soal polarisasi

Cahaya dilewatkan pada dua kping kaca polaroid yang rah polarisasinya membentuk sudut 60°. Jika intensitas cahaya alamiahnya adalah 120W/, maka besar intensitas cahaya yang telah melewati kedua kaca polaroid ttersebut adalah..

Jawab:

Interferensi Cahaya

Dua gelombang cahaya yang dipadukan disebut dengan interferensi cahaya dan harus memenuhi syarat interferensi yakni frekuensi dan amplitudo kedua gelombang cahaya harus sama (koheren), panjang lintasan berbeda, dan selisih fase tetap.

a. Interferensi Celah Ganda

Interfensi cahaya ditunjukkan pertama kali oleh percobaan celah ganda yang dilakukan oleh Thomas Young.

Interferensi Celah Ganda
Gambar Interferensi Celah Ganda

Melalui percobaannya diketahui bahwa celah S1 dan S2 berfungsi sebagai sumber cahaya baru yang menyebarkan sinar ke segala arah selain celah S0 dan menghasilkan suatu pola interferensi berupa pola garis terang dan gelap yang terjadi lantaran terdapat beda lintasan berkas cahaya dari sumber.

  • Pola garis terang, hasil interferensi maksimum yang saling memperkuat disebabkan karena kedua gelombang berfase sama dan memiliki persamaan berikut:
2
  • Pola garis gelap, hasil interferensi minimum yang saling memperlemah karena kedua gelombang tidak sefase dan persamaannya adalah

Atau

b. Interferensi Lapisan Tipis

Interferensi Lapisan Tipis
Gambar Interferensi Lapisan Tipis

Hal yang mempengaruhi pola interferensi pada lapisan tipis ini adalah panjang lintasan optik dan perubahan fase sinar pantul. Interferensi lapisan tipis ini juga menghasilkan dua pola dengan persamaan sebagai berikut:

  • Pola garis terang, interferensi maks :
  • Pola garis gelap, interferensi min :

c. Interferensi Cincin Newton

Interferensi Cincin Newton
Interferensi Cincin Newton

Ketika cahaya dengan panjang gelombang tertentu datang dari atas dan saling tegak lurus maka pola interferensi cincin newton akan terjadi.

  • Pola lingkaran terang, interferensi maksimum dengan r adalah jari-jari:
Pola lingkaran terang
  • Pola lingkaran gelap, interferensi minimum dengan r adalah jari-jari:
Pola lingkaran gelap

d. Contoh soal interferensi

Tentukan panjang gelombang sinar yang digunakan jika terjadi interferensi minimum orde ketiga dari lapisan tipis di udara dengan ketebalan 1.000 nm, sudut bias 45 derajat dan indeks bias lapisan 1,3.

Jawab: Karena yang akan terjadi adalah interferensi minimum dari lapisan tipis maka persamaan yang digunakan adalah

Didapatkan :

Jadi, panjang gelombang yang digunakan adalah 613 nm.

Difraksi Cahaya

Difraksi cahaya merupakan pembelokan gelombang cahaya apabila terdapat halangan seperti celah. Terbagi menjadi dua jenis yaitu difraksi celah tunggal dan difraksi kisi

a. Difraksi Celah Tunggal

Difraksi Celah Tunggal
Gambar Difraksi Celah Tunggal

Difraksi celah tunggal terjadi apabila cahaya dilewatkan pada celah sempit yang dibatasi dan menghasilkan pola garis gelap dan terang.

  • Rumus pola gelap ke-n difraksi minimum celah tunggal :

d sin θ = n.λ dengan n = 1,2,3,…

  • Rumus pola terang difraksi maksimum celah tunggal:

d sin θ = (2n-1) λ dengan (2n -1) adalah bilangan ganjil, n = 1,2,3,..

b. Difraksi Kisi

Difraksi Kisi
Gambar Difraksi Kisi

Difraksi kisi adalah penyebaran gelombang apabila melewati banyak celah dengan lebar yang sama, lebar setiap celah ini disebut dengan konstanta kisi (d) dan θ adalah sudut difraksi.

  • Rumus pola difraksi maksimum utama pada difraksi kisi

d sin θ = n.λ, dengan n = 1,2,3,…

c. Contoh soal difraksi

Tentukan lebar celah minimum yang dibutuhkan pada difraksi celah tunggal, jika ingin sudut difraksinya 60 derajat dan panjang gelombang yang digunakan 600nm untuk pola difraksi maksimum.

Jawab:

Karena yang diinginkan adalah pola difrakasi maksimum maka kita dapat menggunakan persamaan: d sin θ = (2n-1) λ

Penerapan Gelombang Cahaya

Gelombang cahaya banyak diterapkan dikehidupan sehari-hari, entah itu untuk bidang kesehatan teknologi atau bahkan berkaitan dengan fenomena alam. Berikut ini merupakan contoh alat-alat yang menggunakan gelombang cahaya

1. Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

Laser memancarkan berkas cahaya yang koheren dan termasuk ke dalam cahaya monokromatik dengan intensits dan tingkat ketelitian tinggi yang membuatnya digunakan dalam berbagai peralatan.

Gambar Laser
Gambar Laser

2. Night Vision Camera

Kamera ini tidak memerlukan lampu atau alat penerang lain lantaran mampu digunakan dalam gelap karena alat ini menangkap sinar infrared dan merubahnya menjadi sinar tampak yang dapat dilihat manusia.

Night Vision Camera
Gambar Night Vision Camera

3. Alat Rontgen

Penerapan gelombang cahaya pada bidang kesehatan salah satunya adalah pada alat rontgen ini yang memanfaatkan sinar-X yang dapat menembus benda lunak karena memiliki daya tembus yang kuat disebabkan panjang gelombang yang sangat pendek.

Gambar Alat Rontgen
Gambar Alat Rontgen

4. Fiber Optic

Fiber optic yang merupakan media transmisi mampu mentransmisikan sinyal cahaya dengan kecepatan tinggi dan bersumber dari Light Emiting Diode (LED) ataupun laser, pada bidang telekomunikasi fiber optic sangat sering digunakan.

Fiber Optic
Gambar Fiber Optic

5. Remote Control

Alat ini menggunakan sinar infrared yang dihasilkan oleh Light Emiting Diode (LED) yang memungkinkan akses kendali pada TV.

Remote Control
Gambar Remote Control

Pertanyaan Umum

Dikategorikan sebagai apakah cahaya itu?

Cahaya dikategorikan sebagai gelombang elektromagnetik dan juga transversal.

Apa saja sifat gelombang cahaya?

Dispersi cahaya, Interferensi cahaya, Polarisasi Cahaya dan Difraksi cahaya.

Apa saja syarat interferensi cahaya?

Syarat interferensi yakni frekuensi dan amplitudo kedua gelombang cahaya harus sama (koheren), panjang lintasan berbeda, dan selisih fase tetap.

Apa saja dua jenis difraksi?

Difraksi celah tunggal dan difraksi kisi.

Alat yang menerapkan sifat gelombang cahaya?

Laser, Night Vision Camera, Alat Rontgen, Fiber Optik dan Remote Control.

Daftar Pustaka

  • Budiyanto, J. 2009. Fisika Kelas 12 SMA. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional
  • Indrajit, D. 2009. Mudah dan Aktif Belajar Fisika 3 IPA Kelas 12. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional

Baca juga