gelombang elektromagnetik dan optik

7/25/2019 Gelombang Elektromagnetik dan Optik

1/24

1

UNIVERSITAS GADJAHMADA

PROGRAM STUDIFISIKA FMIPA

Bahan Ajar 5:Gelombang Elektromagnetik danOptika(Minggu ke 8 dan 9)

FISIKA DASAR IISemester 2/3 sks/MFF 1012Oleh

Muhammad Farchani Rosyid

Dengan dana BOPTN P3-UGM tahunanggaran 2013

Nopember 2013


2/24

2

BAB 5: GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK DAN

OPTIKA

Jejak kajian tentang cahaya secara mendalam bisa kita lacak sejak peradabanYunani kuno bahkan jauh sebelumnya. Ilmuwan kunci dalam kajian ini ialah Euclid yangamat masyhur dengan pendapatnya, manusia dapat melihat kare na mata mengirimkancahaya kepada benda. Pendapat Euclid bertahan cukup lama sampai kemudian muncul Alhazen yang bernama asli Ibnu al-Haitham (965-1038). Al Hazen berhasil membuktikankekeliruan pendapat Euclid. Menurutnya, yang benar adalah justru sebaliknya. Kita dapatmelihat karena ada cahaya dari benda yang sampai ke mata kita. Bukti untukmenyanggah pendapat Euclid sangatlah sederhana. Dapatkah kita melihat dalamkegelapan malam yang begitu pekat? Jika kita bisa melihat karena mata kita yangmengirimkan cahaya, maka tentu dalam keadaan yang bagaimanapun kita akan dapatmelihat. Oleh karena kita hanya dapat melihat dalam suasana yang terang cahaya, makatentulah kita dapat melihat karena benda mengirimkan cahaya ke mata kita.

Dalam perkembangan selanjutnya, beberapa fisikawan tertarik untuk mengetahuicepat rambat cahaya ini. Fisikawan pertama yang dianggap berhasil melakukan pengukuran terhadap cepat rambat cahaya ialah Ole Roemer (1644 -1710) meskipunhasilnya tidak setepat hasil pengukuran sekarang. Menurut pengukuran Roemer padatahun 1675, cahaya mempunyai laju sebesar 200 ribu km per detik. Fisikawansebelumnya, Galileo Galilei, hanya menyebutkan secara kualitatif bahwa cahayamempunyai kecepatan yang luar biasa.

Perkembangan berikutnya tentang kajian cahaya ditengarai dengan terbitnyateorikorpuskular cahaya yang diusulkan oleh begawan fisika klasik Isaac Newton (1642-1727). Dalam teori ini, Newton mengganggap cahaya sebagai aliran partikel (butir-butircahaya) yang menyebabkan timbulnya gangguan padaeter di dalam ruang. Etermerupakan zat hipotetis (artinya masih perlu diuji) yang dipercaya mengisi seluruh ruang jagad raya. Teori korpuskular cahaya dipercaya oleh fisikawan-fisikawan berikutnyasampai penghujung abad ke-18.

Pada awal abad ke-19, tepatnya tahun 1801, Thomas Young (1773-1829)menemukan adanya peristiwa interferensi pada cahaya. Peristiwa ini merupakan pertanda bahwa teori gelombang diperlukan untuk menjelaskan hakikat cahaya. Usulan Youngdiperkuat oleh James Clerk Maxwell (1831-1879) yang menyatakan bahwa cahayamerupakan bagian dari gelombang elektromagnetik. Saat itu, Maxwell masih yakin bahwa gelombang elektromagnetik membutuhkan medium khusus untuk dapat merambatdan ia menamakan medium tersebut sebagai eter bercahaya .

Sayang sekali, keyakinan Maxwell bahwa gelombang elektromagnetikmemerlukan mediumeter dalam perambatannya dipatahkan oleh fisikawan Michelsondan Morley melalui sebuah percobaan pada tahun 1887. Hasil percobaan Michelson-


3/24

3

Morley menegaskan bahwa eter sesungguhnya tidak ada. Sehingga cahaya (sebagai salahsatu gelombang elektromagnetik) tidak memerlukan medium untuk merambat.

Upaya penyingkapan rahasia cahaya terus berkembang. Pada tahun 1905 Einstein(1879-1955) menunjukkan bahwa efek fotolistrik hanya dapat dijelaskan denganmenganggap bahwa cahaya terdiri dari aliran diskrit (tidak kontinyu) foton energi

elektromagnetikSampai pada tahap ini, kita melihat bahwa ada dua paham besar dalam teoricahaya, yakni paham yang percaya bahwa cahaya dapat dijelaskan denganmenganggapnya sebagai partikel (teori korpuskular ) dan paham kedua yang percaya bahwa cahaya hanya dapat dijelaskan jika kita menganggapnya sebagai gelombang (teoriundulasi ). Kedua paham itu silih berganti merebut pengaruh dengan argumentasi yangmeyakinkan.

Pertentangan dua pendapat ini memang sangat pelik. Pada beberapa gejala,cahaya menunjukkan wataknya sebagai partikel. Tetapi pada beberapa gejala yang laincahaya tampil sebagai gelombang. Dan tentu saja, betapa tidak mudah untukmenyelesaikan perselisihan ilmiah ini dengan menyusun suatu model yang secara

kompak bisa memaparkan watak gelombang dan partikel yang dimiliki oleh cahaya.Pertentangan-pertentangan ini perlahan-lahan menjadi reda seiring berkembangnyateorikuantum sejak 1900-an. Teori ini sejatinya cenderung pada paham korpuskular. Teoriini menganggap bahwa cahaya adalah partikel (foton) yang memiliki aspek gelombang.Aspek gelombang ini menuntun kita menentukan keadaan foton-foton itu secara statistik.Dalam perkembangan selanjutnya, juga tampak nyata bahwa elektron dan partikel- partikel elementer menunjukkan perilaku yang serupa.

1. Perubahan Fase Gelombang Cahaya

1.1 Karena Perubahan Kerapatan MediumPersamaan cepat rambat gelombang cahaya (gelombang elektromagnetik) dapat

diperoleh melalui persamaan-persamaan Maxwell. Hasil perhitungan dari persamaan- persamaan Maxwell menunjukkan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik didalam suatu medium adalah

1v , (5.1)

dengan menyatakan permitivitas listrik medium tempat menjalarnya gelombangelektromagnetik dan adalah permeabilitas magnetik medium itu. Permitivitas listrikdan permeabilitas magnetik merupakan watak khas suatu medium. Oleh karena itu, cepatrambat atau laju rambat gelombang elektromagnetik sangat tergantung dari mediumtempat ia menjalar. Dalam ruang hampa, = 0 = [(4 )( 9 109) ]-1 farad/meter atau8,85 10-12 coulomb2/N.m2 dan = 0 = 4 10-7 henry/meter atau 1,26 10-6 N/A2.Dengan memasukkan kedua tetapan tersebut ke dalam persamaan (5.1) maka akan


4/24

4

didapat nilai cepat rambat gelombang elektromagnetik di ruang hampa sebesarc = 3 108 m/dt.

Untuk medium lain, nilai permitivitas listriknya menjadi 0 r dan permeabilitas magnetiknya 0 r sehingga laju rambat gelombangnya menjadi

n

ccv

r r ( 5.2)

dengan r dan r masing-masing merupakan permitivitas relatif dan permeabilitas relatifmedium dan n menyatakan ukuran kerapatan medium yang kemudian disebutindeksbias medium. Oleh karena permeabilitas relatif berbagai macam bahan pada umumnyamendekati nilai 1, maka

r n permitivitas listriknya saja. Tabel 5.1 menyajikan nilai

indeks bias beberapa bahan.

Tabel 5. 1 Beberapa indeks bias Medium Indeks biasAir 1,33Etil alkohol 1,36Karbon bisulfida 1,63Udara (1 atm 20C) 1,003Metilin Iodida 1,74Leburan kuarsa 1,46Gelas, kaca krona (Crown) 1,52Gelas, flinta 1,66 Natrium Klorida 1,53

Telah dijelaskan dalam bab optika geometrik bahwa perpindahan berkas cahayadari satu medium ke medium yang lain akan disertai adanya pemantulan dan pembiasan.Dalam bagian ini kita akan menyaksikan gejala lain yang menyangkut aspek gelombangcahaya, yakni perubahan fase. Telah dijelaskan pula bahwa dalam perpindahan cahayadari satu medium ke medium yang lain besaran yang tidak berubah adalah ferkuensi.Sekarang, bila seberkas sinar memiliki panjang gelombang dalam ruang hampa, makaanda dapat membuktikan sendiri bahwa sinar itu dalam suatu medium berindeks biasn,

akan memiliki panjang gelombang

n =n

. ( 5.2)

Jadi, panjang gelombang sinar itu berubah dengan faktor 1/n. Semakin rapat suatumedium, maka panjang gelombang sinar yang melaluinya semakin pendek. Ini berarti jumlah gelombang (lebih tepatnya kalau disebut sebagai jumlah getaran) yang melalui


5/24

5

medium itu menjadi lebih banyak dibandingkan di ruang hampa atau di medium lainyang kurang rapat untuk jarak tempuh yang sama. Marilah kita lihat hal ini lebihseksama. Andaikan seberkas sinar yang diceritakan di atas menempuh jarak sejauh L dalam medium itu, maka jumlah gelombang yang ada adalam rentang jarak L itu adalah

N n =n

L

= nL

= n L

= nN ,

dengan N adalah jumlah gelombang dalam rentang jarak yang sama di ruang hampa.Karenan > 1, maka N n > N . Ini menegaskan pernyataan di atas. Satu istilah lagi,lintasanoptis adalah hasil kali antara indek bias dengan panjang lintasan geometrik yang dilaluioleh cahaya. Dalan kasus di atas lintasan optis bagi berkas sinar tersebut adalahnL.

Sekarang ambilah dua kaca plan paralel dengan ukuran yang sama tetapi terbuatdari bahan yang berbeda. Masing-masing memiliki indeks biasn1 dan n 5. Letakkanlahkedua kaca itu berdampingan seperti diperlihatkan pada gambar 5.1. Kemudian padakedua kaca plan paralel itu dilewatkan dua berkas sinar dengan frekuensi yang sama(dengan kata lain, kedua berkas itu koheren). Andaikan1 fase sinar yang melalui kaca pertama tepat sebelum masuk ke kaca plan paralel pertama dan2 fase sinar yang melaluikaca plan paralel kedua tepat sebelum masuk ke kaca itu. Jadi, sebelum memasuki kaca plan paralel terdapat beda fase sebesar 2 1. Untuk jarak tempuh sejauh L, yakni panjang kedua kaca plan paralel, kedua berkas sinar itu memiliki jumlah gelombang yang berbeda, yakni

N 1 = n1

L

Dan

N 2 = n2

L,

dengan panjang gelombang berkassebelum memasuki kaca plan paralel. Fase gelombang cahayatepat setelah keluar dari kaca plan paralel pertama adalah

1 + 2 N 1 = 1 + 2 n1

L.

Sedangkan fase gelombang cahaya tepat setelah keluar dari kaca plan paralel keduaadalah

2 + 2 N 2 = 2 + 2 n2

L.

Beda fase kedua berkas itu tepat setelah keluar dari kaca plan paralel adalah

n2

n1

L

Gambar 5.1


6/24

6

2 1 + 2 (n2 n1)

L.

Terlihat adanya perubahan beda fase senilai

2 (n2 n1)

L . ( 5.3)

Khususnya, bila kedua berkas itu memiliki fase yang sama tepat sebelum memasukimasing-masing kaca plan paralel, maka timbul beda fase senilai yang ditunjukkan olehungkapan (5.3). Kesimpulannya adalah : Perbedaan fase antara dua berkas sinar yangkoheren dapat berubah manakala kedua berkas sinar itu melalui dua bahan yangmempunyai indeks bias (kerapatan) berbeda .

Sebagaimana telah dijelaskan pada bab 1 bahwa superposisi dua gelombang yangkoheren menghasilkan penguatan pada beberapa tempat dan pelemahan di beberapatempat yang lain tergantung dari beda fase kedua gelombang itu. Gejala ini disebutinterferensi gelombang . Superposisi dua gelombang koheren beramplitudo samamenghasilkan interferensi dengan penghapusan di beberapa tempat yang memiliki bedafase n (dengan n ganjil). Dengan adanya perubahan beda fase akibat perubahan indeks bias, maka orang dapat menghasilkan gejala interferensi dari dua berkas cahaya koherenyang memiliki fase yang sama.

1.2 Karena Pemantulan

Perubahan fase gelombang cahaya dapat pula diakibatkan oleh peristiwa pemantulan. Tetapi perubahan fase yang terjadi akibat pemantulan bersifat diskret danlebih tepat kalau disebut pembalikan fase. Pemantulan cahaya oleh bidang batas duamedium yang memiliki indeks bias berbeda dapat dianalogikan dengan pemantulangelombang yang merambat pada tali (lihat kembali bab 1 buku ini) dengan ujung tetapdan ujung bebas. Bila cahaya datang dari medium dengan indeks bias lebih tinggi dandipantulkan oleh medium dengan indeks bias yang lebih rendah, maka tidak ada perubahan atau pembalikan fase. Hal ini terjadi sebagaimana pada pemantulangelombang yang merambat pada tali oleh ujung bebas. Bila cahaya menjalar dari mediumdengan indeks bias lebih rendah dan dipantulakn oleh permukan medium dengan indeks bias lebih tinggi maka terjadi pembalikan fase, yakni mengalami perubahan fase sebesar

. Hal ini terjadi sebagaimana pada pemantulan gelombang yang merambat pada tali olehujung tetap. Pembalikan fase oleh pemantulan ini mengakibatkan misalnya gejalainterferensi pada lapisan tipis seperti gelembung sabun ataupun tumpahan minyak tanahdi atas air. Gejala lain yang diakibatkan oleh pembalikan fase akibat pemantulan iniadalah peristiwa interferensi pada cermin Llyod.

2. Dispersi

Cahaya matahari adalah bersifat polikromatik, artinya terdiri dari banyakfrekuensi. Di ruang hampa seluruh frekuensi yang dimiliki cahaya merambat dengan


7/24

7

kecepatan yang sama. Tetapi begitu ia memasuki medium, kerapatan medium itu besarnya berlainan untuk tiap-tiap frekuensi, sehingga masing-masing frekuensimerambat dengan kecepatan yang berbeda satu dari yang lain. Dengan suatu tekniktertentu (memakai prisma, misalnya), cahaya akan terurai menjadi komponen-komponenya, mulai dari warna merah dengan frekuensi paling rendah sampai dengan

warna ungu dengan frekuensi paling tinggi. Kita menyebut spektrum cahaya matahari inidengan istilah pelangi.Gejala seperti ini dikenal sebagai peristiwapenguaraian cahaya atau dispersi ,

yaitu peristiwa penguraian gelombang elektromagnetik berfrekuensi banyak(polikromatik) atas komponen-kompnennya yang berfrekuensi tunggal (monokromatik).

Salah satu gejala alamiah yang terjadi sebagai akibat dispersi adalah pelangi.Gejala ini tentu sangat kita kenali, tetapi belum tentu kita pahami dengan baik. Medium pengurainya adalah titik-titik air di angkasa setelah hujan turun. Kita bisa menemukangejala yang serupa dengan pelangi pada saat bertamasya di sekitar air terjun pada sianghari. Semenatara di dalam laboratorium, anda dapat menampilkan dispersi denganmenggunakan prisma atau kekisi penghambur (difraksi) atau melalui interferensi. Pada

saat cahaya berada di dalam bahan prisma, warna-warna cahaya akan terpecah. Pecahanwarna-warna ini akan keluar sebagai spektrum pelangi karena memiliki sudut pembelokan yang berbeda-beda.

Indeks bias untuk warna merah dan ungu dari beberapa bahan bening dapat kitalihat dalam tabel 5.2. Tampak bahwa indeks bias untuk warna ungu lebih besar daripadaindeks bias untuk warna merah. Sebab itulah, urutan pelangi adalah warna merah dulu disebelah atas kemudian berturut-turut sampai dengan ungu, persis yang ditampilkan olehdispersi pada prisma. Lebar spektrum pelangi diukur dengansudut dispersi . Secarageometri sudut dispersi tergantung pada sudut atap prisma dan dapat dihitung denganmenerapkan hukum Snellius.

Tabel 5. 2 Indeks bias warna merah dan ungu

dalam beberapa bahan

Bahan Indeks warnamerah

Indeks warnaungu

Udara 1,0002914 1,0002957Air 1,331 1,340Es 1,3060 1,3170Alkohol 1,360 1,370Kaca flinta 1,5850 1,6040Kaca krona 1,5200 1,5380Quartz 1,5420 1,5570Intan 2,4100 2,4580

Apabila seberkas sinar berfrekuensi f jatuh dari udara dengan sudut datang pada permukaan sebuah prisma yang memiliki sudut atap dan indeks bias terhadap sinar itun f , maka sinar itu akan dibelokkan dari arah semula dengan sudut pembelokan sebesar


8/24

8

f = ]cossinsinsin[sin 221 f n . ( 5.4)

Dispersi juga bisa terjadi pada lensa. Namun, seringkali dispersi seperti ini bersifat merugikan sehingga kehadirannya tidak diinginkan, misalnya pada lensa kamera.Untuk melenyapkan gejala dispersi pada lensa kamera kita dapat membuat susunan lensayang akromatik. Cahaya putih akan masuk ke lensa pertama dan terjadi dispersi.Spektrum hasil dispersi lensa pertama akan masuk ke lensa kedua dan dikeluarkansebagai cahaya putih lagi.

3. Interferensi

Christian Huygens, fisikawan Belanda, pada tahun 1678 mengusulkan suatu teoriundulasi tentang cahaya secara meyakinkan. Dibandingkan dengan teori yang diusulkanoleh Maxwell kira-kira dua abad setelahnya teori Huygens secara matematis tampak jauhlebih sederhana. Walaupun demikian teori Huygens masih cukup bermanfaat hingga kini.Berikut adalah prinsip Huygen tentang perambatan gelombang cahaya :Semua titik

pada muka gelombang bertindak sebagai sumber bagi gelombang sekunder dengan muka gelombang berupa permukaan bola ( gelombang semacam ini disebut gelombang seferis ). Dalam selang waktu t setelah itu, muka gelombang utama ( primer ) ditentukan sebagai garis singgung pada masing-masing muka gelombang seferis tadi. Prinsip ini secaragrafis diperlihatkan oleh gambar 5.3.

n

Gambar 5.2 Pembelokan oleh prisma di udara


9/24

9

3.1 Celah Ganda Young

Untuk pertama kalinya, teori bahwa cahaya adalah gelombang menjadi cukupkokoh setelah Thomas Young (1773-1819) berhasil memperagakan terjadinyainterferensi cahaya pada tahun 1801 melalui percobaan yang dikenal sebagai interferensicelah ganda. Dinamakan demikian karena percobaan ini melibatkan sebuah plat yangdiberi dua celah yang cukup sempit (seukuran dengan panjang gelombang cahaya yang

digunakan). Dalam percobaan tersebut, Young berhasil pula memperoleh panjanggelombang cahaya dan ia menjadi orang pertama yang menemukannya.Sekali lagi, terjadinya interferensi adalah akibat adanya peristiwa superposisi

gelombang, yakni perpaduan dua gelombang atau lebih yang menghasilkan gelombang baru. Seperti yang telah anda pelajari pada bab terdahulu, perpaduan dua gelombangdapat menghasilkan suatu gelombang dengan amplitudo lebih besar (penguatan) ataupunsebuah gelombang dengan amplitudo lebih kecil (pelemahan) bahkan nol atau lenyap.Pelemahan maksimum terjadi bilamana kedua gelombang itu berada pada fase yangsaling berlawanan. Sedangkan penguatan maksimum terjadi bilamana kedua gelombangitu berada pada fase yang sama. Karena amplitudo berkaitan dengan intensitas cahaya,maka interferensi pada cahaya akan menghasilkan daerah-daerah gelap dan juga daerah-daerah terang. Pola interferensi gelap dan terang merupakan bentuk lain dari simpul dan perut gelombang. Eksperimen Young melibatkan sebuah dinding yang padanya dibuatdua celah yang telah diatur jaraknya. Kemudian berkas cahaya dengan muka gelombang berupa bidang datar dijatuhkan pada kedua celah itu. Pada gilirannya kedua celah ituakan berperan sebagai sumber cahaya skunder yang memancarkan cahaya dengan mukagelombang seferis. Pola-pola gelap terang kemudian dapat dilihat pada layar yangdipasang di belakan celah ganda itu.

c t

Titik-titik pada mukagelombang berperansebagai sumber ge-lombang sekunderdengan muka seferis

muka gelombangsetelah selangwaktu t

muka gelombang pada saatt

Gambar 5.3


10/24

10

Sekarang kita lihat masalah ini lebih seksama. Untuk itu perhatikan titik P yang berada pada layar (gambar 5.4). Kedua sinar yang berasal dari celahS 1 dan S 2 yang tibadi P , mempunyai fase yang sama saat masih di celah sumber. Hal ini disebabkankeduanya berasal dari satu gelombang yang sama dari gelombang datang. Karena panjang

lintasan optis kedua sinar untuk sampai di P tidak sama, maka di titik ini fase keduanya pun berbeda. Keadaan interferensi di titik P (yakni terang gelapnya titik P) ditentukanoleh banyaknya panjang gelombang yang termuat dalam segmen S1 b, yaitu bedalintasannya.

Garis-Garis TerangGaris-garis terang adalah hasil perpaduan yang saling menguatkan secara

maksimum. Garis-garis terang terjadi apabila kedua cahaya sampai di layar dengan faseyang sama. Agar terjadi maksimum di titk P, maka S1 b (= d sin ) haruslah merupakankelipatan bulat panjang gelombang, yaitu

m bS 1 , m = ...,4, 3, 2, 1, 0 , 1, 2, 3,....

yang dapat juga ditulis sebagai

d sin = m , m = ...,4, 3, 2, 1, 0 , 1, 2, 3,.... ( 5.5)

Letak maksimum di atas titikO dalam gambar 5.10 simetris dengan letak maksimum di bawahO. Maksimum yang terletak di pusat dinyatakan dengan nilaim = 0.

Garis-Garis Gelap

ba

P

y

O

S2 d

CB

Gambar 5.4 Sinar dari S1 dan S2 bergabung di titik P. Berkas cahaya yang datangdi layar B dianggap sejajar. Dalam kenyataan, jarak antara layar B dan C >> jarakantara 2 celah (D >> d). Gambar ini dibuat untuk memudahkan penggambaran

D

berkas sinar

S1


11/24

11

Garis-garis gelap adalah hasil perpaduan yang melemahkan. Garis-garis gelap terjadiapabila kedua cahaya sampai di layar dengan fase yang berlawanan. Sehingga, untukkeadaan minimum di P , penggal S1 b (= d sin ) harus sama dengan hasil kali antara bilangan bulat ganjil dengan setengah panjang gelombang, yaitu

)(sin 21

md

, m = ...,3, 1, 1, 3, 5....atau

)(sin 21 md , m = ...,4, 3, 2, 1, 0 , 1, 2, 3,.... ( 5.6)

Contoh: Susunan celah seperti pada gambar 5.4 disinari dengan cahaya lampu gas airraksa (lampu merkuri) yang mengalami penyaringan sehingga boleh dikatakan hanyagaris hijau saja ( = 546 nm atau 5460 ) yang terpancar jatuh pada celah ganda. Jarakantar celah 0,10 mm dan jarak layar (tempat terlihatnya pola interferensi) dari celahadalah 20 m. Berapakah posisi sudut dari minimum pertama dan maksimum ke sepuluh?

Jawab : Untuk minimum pertama kita ambilm = 0 dalam persamaan ( 5.6) atau

.0027,0

1010,0

10546sin

3

921

21

m

m

d

m

Nilai sin ini sangatlah kecil, sehingga dapat kita anggap sebagai sudut itu sendiri. Namun sudut di atas masih dalam radian dan jika kita ubah menjadi derajat akan menjadi0,16 .

Pada maksimum ke-10 (garis terang ke-10) (tidak termasuk maksimum pusat),kita mengambil nilai m = 10. Dengan cara serupa seperti sebelumnya, maka kita akanmemperoleh posisi sudut 3,8. Perhitungan-perhitungan ini menunjukkan bahwa penyebaran sudut sepuluhan garis interferensi pertama yang paling dekat dengan pusatsangatlah kecil.

Contoh: Dalam contoh di atas, berapakah jarak linier pada layar C antara dua maksimum(garis terang) yang berturutan?

Untuk sudut yang cukup kecil, maka dapat digunakan pendekatan

sin tan .

Dari gambar 5.8 kita melihat bahwa

tg = D y

.

Bentuk ini kemudian kita sebstitusikan ke dalam persamaan persamaan untuk garisterang dengan menggantikan sin , maka kita akan peroleh


12/24

12

d D

m ym

( 5.7)

dan

.11d Dm ym

Jarak antara keduanya merupakan selisih dari dua persamaan di atas, sehingga

d D

y y y mm

1 ( 5.8)

mm09,1

m100,10

m1020m105462-

29

.

Selama sudut dalam gambar 5.4 cukup kecil, maka jarak pisah antara garis interferensitidak tergantung kepadam, jadi garis-garis tersebut berjarak sama. Jika cahaya yangdatang mengandung lebih dari satu panjang gelombang, maka masing-masing panjanggelombang akan memiliki jarak pisahnya sendiri, yang berbeda satu dengan yang lain,dan semua pola interfrensinya akan saling bertumpuk.

Pola interferensi yang dibuat oleh sinar-sinar yang koheren yang dipantulkan olehsebuah benda dapat direkam dalam sebuah emulsi fotografis. Jika pola ini kemudiandisinari dengan sinar koheren yang sama dengan sinar koheren perekamnya, makaterbentuklah citra 3 dimensi benda tadi. Mekanisme seperti ini merupakan dasar kerja

holografi. Sinar koheren yang dipakai adalah laser, sebuah sinar koheren yang kuat danmonokromatik (ekawarna).

Intensitas Cahaya Pada Layar. Sekarang hendak dihitung intensitas cahaya yang jatuh pada layar sebagai fungsi sudut . Perhatikan kembali titik P dalam gambar 5.4.Gelombang cahaya yang datang dari kedua celah dan jatuh di titik P awalnya sefase tepatketika meninggalkan kedua celah tersebut. Sekali lagi, karena keduanya menempuh jarakoptis yang berbeda maka kedua berkas itu mungkin tidak sefase lagi. Beda fase keduagelombang itu di berikan oleh

=

bS1 =

sin

2 d . ( 5.9)

Sebagai gelombang elektromagnetik, simpangan gelombang-gelombang cahaya yangdatang di titik P dari kedua celah itu dapat dinyatakan sebagai getaran medan listrikmaupun medan magnet (untuk memahami konsep medan listrik dan medan magnetiksecara lebih rinci, anda dapat membacanya pada bab sesudah bab ini.). Untuk kali ini kitanyatakan getaran itu sebagai getaran medan listrik. Getaran yang dimaksud secaramatematis ditulis sebagai


13/24

13

E 1 = E 0 sin t ( 5.10) E 2 = E 0 sin ( t + ) ( 5.11)

dengan adalah frekuensi sudut gelombang-gelombang cahaya itu dan dan E 0 adalah

amplitudo getaran listrik di titik P. Perpaduan kedua getaran di atas menghasilkan

E 1 + E 2 = E 0 sin t + E 0 sin ( t + )= E 0 [sin t + sin ( t + )]= 2 E 0sin ( t + t + )cos ( t t )

= 2 E 0 cos( /2) sin ( t +2

)

Jadi, kita dapatkan sebuah getaran dengan amplitudo 2 E 0 cos( /2). Intensitas cahayaterkait dengan energi yang ditransmisikan oleh gelombang cahaya. Sedangkan energiyang ditransmisikan sebanding dengan kuadrat amplitudo getaran yang dijalarkan. Olehkarena itu intensitas cahaya di titik P diberikan oleh

I P = [2 E 0 cos( /2)]2

= 4( E 0)2 cos2( /2)

= 4 I 0 cos2(2

1), ( 5.12)

dengan I 0 = ( E 0)2 adalah intensitas masing-masing berkas tatkala sampai di titik P.

3.2 Interferensi Pada Lapisan Tipis

Pernah bermain gelembung sabun? Atau melihat minyak tanah tumpah ke permukaan air kolam? Pada kedua peristiwa itu anda melihat nuansa warna-warni. Apa penyebabnya? Mengapa hal itu tidak kita lihat pada balon yang kita tiup?

Gelembung sabun atau tumpahanminyak tanah di permukaan air merupakancontoh lapisan tipis. Ketebalan gelembungsabun ataupun tumpahan minyak tanah di atas permukaan air kira-kira seukuran dengan panjang gelombang cahaya tampak. Hal ini pada gilirannya menyebabkan terjaganyakoherensi cahaya yang jatuh pada lapisan, ituselama dibiaskan dan dipantulkan kembalioleh kedua permukaannya.

Kita perhatikan sekarang sebuahlapisan tipis yang berada pada lingkungandengan indeks bias n1. Diandaikan lapisan

Gambar 5.5

mengalami pembalikan

fase

n1 n1

d

tidak mengalami pembalikan fase

n2


14/24

14

tipis itu memiliki indeks biasn2, dengan n2 < n1. Seberkas sinar jatuh dengan sudutdatang pada salah satu permukaan lapisan tipis itu. Seberkas sinar itu sebagiandipantulkan dan sebagian lagi dibiaskan. Yang dibiaskan pun pada akhirnya jugadipantulakan dan dibiaskan keluar oleh permukaan yang lain lapisan tipis itu. Yangdipantulkan oleh permukaan kedua tidak mengalami pembalikan mengingat pemantulan

dilakukan oleh permukaan medium yang lebih renggang. Sebaliknya, berkas yangdipantulkan oleh permukaan pertama mengalami pembalikan fase. Oleh karena itu bedafase antara berkas sinar yang dipantulkan oleh permukaan pertama dan permukaan keduaadalah 180 ditambah dengan beda fase akibat adanya beda lintasan optik. Bila sudutdatang cukup kecil, maka beda lintasan optik yang dimaksud adalah 2dn 5. Beda lintasanoptik senilai ini mengakibatkan perbedaan fase sebesar

2dn2 2 =

2

4 dn.

Jadi, beda fase total diberikan oleh

2

4 dn+ =

24 dn .

Penguatan maksimum terjadi apabila beda fase total ini senilaim2 , dengan m bilanganasli (1, 2, 3, dst.), yakni

24 dn = m2

Persamaan terakhir ini setara dengan

2dn2 = (m 2

1) . (m = 1, 2, 3, dst.) ( 5.12)

Penghapusan terjadi manakala

24 dn = m ,

denganm bilangan asli ganjil. Persamaan terakhir ini setara dengan

2dn2 = m . (m = 1, 2, 3, dst.) ( 5.13)

Terlihat bahwa pemadaman dan penguatan sangat tergantung pada panjang gelombang.Hal ini mengakibatkan pemadaman dan penguatan beberapa warna. Semuanya selaintergantung pada panjang gelombang juga tergantung pada ketebalan lapisan tipis.Warna-warna yang padam jelas tak akan terlihat pada lapisan itu. Hanya warna-warna yangmengalami penguatanlah yang akan terlihat.


15/24

15

4. Difraksi

Apa yang sebenarnya terjadi jika seberkas sinar dilewatkan pada sebuah celah? Apabilaukuran celah itu cukup lebar, ukuran bayangan celah yang jatuh pada layar bolehdikatakan sama dengan ukuran celahnya. Hal ini dengan mudah dapat dijelaskan secarageometri akibat lintasan lurus yang ditempuh oleh cahaya. Tetapi, yang terjadi akan berbeda sama sekali jika ukuran celah kita buat sekecil mungkin (gambar 5.11 (b))sampai ukurannya sama dengan panjang gelombang cahaya yang kita lewatkan. Gejalagelombang (cahaya) seperti ini disebutdifraksi atau lenturan gelombang . Yang terlihat pada layar disebutpola difraksi . Secara umum difraksi terjadi bilamana sebuah bendayang tak tembus pandang (kedap) diletakkan di antara sumber cahaya dan layarsedemikian rupa sehingga benda itu menyisakan tempat untuk dilewati oleh cahaya darisumber sehingga jatuh ke layar (lihat gambar 5.6)

Difraksi merupakan peristiwa penyebaran atau pembelokan cahaya pada saatcahaya ini melintas melalui celah atau ujung penghalang. Gelombang yang terdifraksiselanjutnya berinterferensi satu dengan yang lain sehingga menghasilkan pola-pola teranggelap (daerah penguatan dan pelemahan). Gejala ini pertama kali diungkapkan olehFrancesco Grimaldi (1618-1663).

Kembali ke gejala difraksi pada celah tunggal. Pada celah tunggal ini menurut prinsip Huygens, masing-masing titik pada celah itu akan berperan sebagai sumberusikan baru yang mengirim gelombang sekunder ke segala arah setelah menerimagelombang datang. Muka-muka gelombang untuk beberapa titik waktu yang berbeda pada difraksi celah tunggal yang semakin sempit diperlihatkan pada gambar 5.13. Sinarkemudian dikatakan membelok, ukuran bayangan sinar yang jatuh pada layar sudah tidaksama lagi dengan ukuran geometrik celah.

Sumbercahaya

benda kedapcahaya

layar

Gambar 2.6


16/24

16

Gambar 5.7 menunjukkan bahwa cahaya yang melewati sebuah dinding dengancelah tunggal sebagian akan mengalami pelenturan ke belakang dinding dan sebagian lagiyang lolos akan masuk ke celah. Cahaya yang masuk ke dalam celah ternyata

menunjukkan perilaku yang berbeda. Ketika ukuran celah cukup lebar pola terang-gelaptidak kelihatan, namun begitu ukuran celah disempitkan, cahaya yang menerobos celahdan ditangkap layar akan menampilkan pola terang-gelap.

Dalam buku ini kita hanya akan mempelajari difraksi Fraunhofer, yakni difraksiyang terjadi sedemikian rupa sehingga sinar-sinar hasil difraksi boleh dikatakan salingsejajar satu dengan yang lain. Ini dapat kita capai dengan jalan menjauhkan layar daricelah.

4.1 Difraksi Celah TunggalSekarang ditinjau sebuah celah tunggal dengan lebard (lihat gambar 5.14).

Andaikan cahaya yang datang merupakan cahaya ekawarna (monokromatik) dengan

panjang gelombang . Berdasarkan prinsip Huygens, setiap bagian atau titik pada celah bertindak sebagai sumber gelombang cahaya. Oleh karena itu setiap cahaya yang datangdari dua titik pada celah bila jatuh pada tempat yang sama pada layar akan mengalamiinterferensi. Untuk mempelajari pola difraksi pada layar kita perlu membagi celahmenjadi dua bagian, bagian atas dan bagian bawah. Tepat pada saat meninggalkan celah(dari titik manapun pada celah) semua gelombang sefase. Juga sinar 1 dan sinar 3 padagambar 5.14. Sinar 1 berasal dari tepi celah sebelah atas. Sedangkan sinar 3 berasal darititik pusat celah. Sinar 3 menjalani lintasan optik lebih jauh dibandingkan dengan sinar 1.Selisih lintasan optik itu adalah

2

d sin

seperti terlihat pada gambar, berhubung indeks bias udara dianggap 1. Nilai ini didapatkarena kita menganggap D , yakni jarak layar dari celah, begitu besar sehingga keduasinar itu boleh dikatakan sejajar (pelenturan Fraunhofer). Jika selisih jarak ooptik inisama dengan kelipatan ganjil setengah panajng gelombang, maka kedua sinar itu akansaling menghapus. Hal ini juga terjadi untuk sinar-sinar yang berasal dari sembarang duatitik pada celah yang jaraknyad / 5. Sebagai latihan dapat dibuktikan bahwa untuk D yang

Gambar 5.7 Muka gelombang pada gejala pelenturan cahaya pada celahtunggal untuk celah yang makin sempit


17/24

17

besar sekali dua sinar yang jatuh pada titik P dan berasal dari dua titik pada celah yang berjarakd /2 memiliki beda lintasan optik sejauh (d /2)sin . Dapat pula dibuktikan bahwasetiap titik yang berada pada separo celah bagian atas mempunyai pasangan sebuah titik pada separo celah bagian bawah yang jaraknyad /2 sehingga selisih optik sinar-sinar yang berasal dari pasangan itu dan jatuh di titik P adalah (d /2)sin . Jadi, bila

2

d sin =

2

atau sin =

d

maka pasangan-pasangan sinar tersebut saling menghapus. Dan titik P merupakan titikyang berada di garis gelap. Bila celah itu dibagi menjadi empat wilayah, maka denganalasan serupa didapatlah kesimpulan bahwa titik P berada pada garis gelap bila

4

d sin =

2

atau sin = 2d

Pembagian celah menjadi enam wilayah memberi kesimpulan bahwa titik P berada digaris pemadaman bila

6

d sin =

2

atau sin = 3d

Dan seterusnya... Secera umum, titik P terlatak pada garis gelap bila sudut memenuhi persamaan

d

Gambar 5.8 D

1

3

sin2

d

2

4

P


18/24

18

sin = md

, ( 5.14)

dengan m = 1, 2, 3, 4, . . .. Jadi, terdapat dua garis gelap pertama. Masing-masingterletak di atas garis pusat layar (untukm = 1) dan di bawah garis pusat layar (untukm =1). Yang di atas garis pusat layar terkait dengan sudut = sin 1( /d ) dan yang dibawahterkait dengan sudut = sin 1( /d ). Di antara dua garis gelap pertama itu adalahterangpusat . Jadi, sudut buka untuk terang pusat adalah 2 sin1( /d ) (lihat gambar 5.9).

Mengingat jarak dari celah ke layar D , maka lebar terang pusat adalah

D2 sin 1( /d ) = 2 D sin 1( /d ).

Bila


19/24

19

Gambar 5.10 merupakan gambar difraksi fraunhofer pada kekisi secara skematis.Cahaya yang melalui celah kekisi dilenturkan dan memiliki fase sama. Masing-masing berkas memiliki beda lintasan sebesard sin . Jika perbedaan lintasan ini, merupakankelipatan panjang gelombang ketika masing-masing berkas berinterferensi pada saatmencapai layar sehingga menghasilkan garis terang. Karena itu, kedaan yang dibutuhkanuntuk menghasilkan garis terang adalah

md sin , m = 0, 1, 2, ... ( 5.16)

Patut dicatat bahwa ini merupakan keadaan yang sama dengan interferensi celah ganda.Efek meningkatnya jumlah celah akan membentuk ketajaman pola interferensi. Jika

tetapan kekisi diberi simbul K , maka

d = K

1.

Oleh karena itu persamaan untuk garis terang adalah

m K

sin, m = 0, 1, 2, ... ( 5.16)

Kekisi Difraksi sebagai Pengurai Cahaya

Telah disebutkan bahwa kekisi dapat pula digunakan untuk menguraikan cahaya ataskomponen-komponennya. Bila 1 dan 2 dua panjang gelombang yang paling dekatnilainya yang masih dapat dibedakan oleh suatu alat pengurai cahaya, maka daya urai ( R) peranti itu didefinisikan sebagai

R =

Gambar 5.10

P

d


20/24

20

dengan = ( 1 + 2)/2 dan = ( 1 2). Dapat dibuktikan bahwa daya urai sebuah kekisi pada orde kem dapat dihitung menurut persamaan

R = Nm, ( 5.17)

dengan N jumlah garis kekisi yang disinari.

5. Polarisasi

Telah diketahui bahwa gelombang elektromagnetik adalah gelombang transversal.Getaran yang dijalarkan sebagai gelombang elektromagnetik adalah medan listrik danmedan magnet yang berubah-ubah secara periodik baik arahnya maupun besarnya.Seberkas cahaya biasa terdiri dari sejumlah gelombang dengan arah getar yang berbeda- beda. Jika getaran yang merambat sebagai gelombang cahaya ini memiliki arah yangmengikuti pola teratur, maka cahaya yang demikian ini disebut sebagai cahaya yangterpolarisasi. Jika ujung vektor medan listrik dan meda magnet bergerak dalam lintasan berbentuk elips maka dikatakan bahwa gelombang elektromagnetik (cahaya) tersebutterpolarisasi elips. Bila ujung vektor medan listrik dan medan magnet bergerak dalamlintasan berupa lingkaran maka gelombang elektromagnetik tersebut dikatakanterpolarisasi lingkaran. Bila arah vektor medan listrik hanya bolak-balik dalam satusumbu saja, maka gelombang elektromagnetik tersebut dikatakan terpolarisasi bidang.Dikatakan terpolarisasi bidang karena sepanjang penjalarannya, medan listrik bergetar pada bidak yang sama demikian pula dengan medan magnet. Untuk lebih jelasnya,lihatlah gambar penjalaran gelombang elektromagnetik berikut.

Istilah polarisasi sebenarnya memiliki lebih dari satu makna. Polarisasi bisa kita temukan pada saat mempelajari muatan listrik, reaksi kimiawi maupun gelombang. Dalamkaitannya dengan kajian gelombang, istilah polarisasi memiliki arti sebagai pembatasanarah getaran gelombang transversal pada satu arah getar tertentu. Dalam suatu radiasigelombang elektromagnetik yang tidak terpolarisasi, vektor medan listrik dan juga medanmagnet bergetar ke segala arah tegak lurus arah penjalarannya.

Gambar 5.11 Gelombang Elektromagnetik terpolarisasi bidang


21/24

21

Dengan demikian, polarisasi cahaya merupakan proses pembatasan getaran vektorlistrik gelombang cahaya sehingga menjadi satu arah getar saja. Pada cahaya yang tidakterpolarisasi, medan listrik bergetar ke segala arah tegak lurus arah rambatannya. Setelahmengalami pemantulan atau diteruskan melalui bahan-bahan tertentu (disebut bahan- bahan polaroid), medan listrik terbatasi pada satu arah getar saja, sehingga radiasi

dikatakan sebagai cahaya terpolarisasi bidang. Bidang di mana cahaya mengalamiterpolarisasi bidang dapat diputar bila cahaya tersebut melintas melalui beberapa bahantertentu.

Pada cahaya yang terpolarisasi melingkar, ujung vektor listrik menunjukkan spiralmelingkar mengelilingi arah rambat dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi

cahaya. Besar vektor di sini tetap tidak berubah. Sementara pada cahaya yangterpolarisasi eliptis, vektor juga berputar mengelilingi arah rambatan tetapi amplitudonya berubah. Proyeksi vektor pada sebuah bidang tegak lurus arah rambat menerangkansebuah elips. Baik cahaya yang terpolarisasi melingkar maupun eliptis dapat dihasilkandengan menggunakan sebuah keping yang disebut retardasi. Keping ini merupakankeping transparan yang terbuat dari bahan bias ganda seperti kuarsa yang dipotong sejajardengan sumbu optiknya.

Contoh polarisasi yang terkenal adalah polarisasi pantulan yang akan terjadi jikasinar pantulan membentuk sudut 90 dengan sinar bias. Peristiwa ini dikenal juga sebagaihukum Brewster.

Pada awalnya kajian polarisasi cahaya sekedar bertujuan untuk menyingkap

sebagian rahasia dari sifat-sifat cahaya. Sekarang, para fisikawan justru membalik prosedur ini dan mendeduksi banyak hal tentang sifat sebuah benda berdasarkan efek polarisasi cahaya, baik yang dipancarkan oleh benda tersebut atau dihamburkan dari benda tersebut. Misalnya, dari polarisasi cahaya yang dipantulkan oleh butiran-butirankosmis para fisikawan berkesimpulan bahwa butiran-butiran debu kosmis yang terdapatdi dalam galaksi kita telah diarahkan di dalam arah medan magnet galaksi yang lemah.Berdasarkan efek polariasi pula, sekarang diketahui bahwa cincin-cincin yang dimiliki planet saturnus terdiri dari kristal-kristal es. Bahkan, ukuran dan bentuk partikel-partikel

Gambar 5.12 Dua macam berkas cahaya dilihat dari arahdepan. Anak-anak panah itu menunjukkan getaran medanlistrik ataupun medan magnet gelombang cahaya. (a) Berkastak terpolarisasi (b) Bekas terpolarisasi

(a) (b)


22/24

22

virus dapat ditentukan dengan memanfaatkan polarisasi cahaya ultraviolet yangdihamburkan dari partikel-partikel virus tersebut. Selain itu, informasi yang sangat berguna mengenai struktur atom-atom dan inti-inti juga didapatkan dari kajian-kajian polarisasi radiasi. Dengan demikian, efek polarisasi cahaya bermanfaat dalam penelitian pada tingkat galaksi sampai tingkat sebuah inti atom. Efek polarisasi cahaya juga

mempunyai banyak manfaat dalam bidang industri dan keinsinyuran. Contoh sederhanaialah kacamata hitam yang menggunkan bahan polaroid yang menyerap cahaya yang bergetar horisontal, yang dihasilkan oleh pantulan dari permukaan horisontal, sehinggamengurangi cahaya yang menyilaukan.

5.1 Polarisasi Dengan Penyerapan Seletif

Telah banyak teknik polarisasi dikembangkan untukmendapatkan cahaya yangterpolarisasi. Salah satunyaadalah dengan bahan yangdapat menyerap gelombangcahaya dengan arah getartertentu dan meloloskangelombang dengan arah getaryang lain (yang tegak lurus pada arah getar yang telah

dipilih). Bahan polaroid ini ditemukan oleh E. H. Land pada tahun 1938. Bahan polaroiddidapatkan dengan mengatur rangkaian panjang molekul-molekul hidrokarbon padaorientasi tertentu sehingga bila cahaya melewatinya, komponen medan listrik yang paralel dengan arah membujur rangkaian itu akan diserap. Sedang yang tegak lurus padaarah itu dibiarkan lewat tanpa mendapatkan pengaruh apa-apa. Sumbu yang tegak lurus pada arah membujur rangkaian panjang molekul-molekul hidrokarbon itu disebutsumbutransmisi . Setelah melewati polarisator berkas cahaya akan tampak redup. Hal ini mudahdipahami karena berkas cahaya yang lolos dari polarisator hanyalah sebagian dari berkascahaya semula. Andaikan di belakang polarisator pertama dipasang polarisator kedua(polarisator kedua ini disebutanalisator ) sedemikian rupa sehingga sumbu transmisikeduanya membentuk sudut , maka intensitas berkas cahaya setelah melalui polarisatorkedua diberikan oleh

I = I maxcos 2 , ( 5.18)

dengan I max adalah intensitas berkas cahaya ketika memasuki polarisator kedua.Persamaan ( 5.18) disebutHukum Malus.

5.2 Polarisasi Oleh Pemantulan

Telah disebutkan bahwa pemantulan oleh bidang batas dua mediummengakibatkan polarisasi. Bila seberkas cahaya tak terpolarisasi jatuh pada bidang batasantara dua medium, maka berkas cahaya yang dipantulkan dan dibiaskan akan

Sumbu transmisi

Gambar 2.13


23/24

23

terpolarisasi sebagian. Bila sudut datang divariasi, maka pada suatu saat sinar pantul dansinar bias membentuk sudut 90. Pada saat itulah terjadi polarisasi sempurna. Berkasyang dipantulkan merupakan komponen yang bergetar sejajar dengan dengan bidang pantul. Oleh karena itu polarisasi sempurna terjadi bila

p + b + 90 = 180,dengan p dan b berturut-turut sudut datang dan sudut bias. Jadi, p + b = 90 atau b =90 p. Karena sudut datang sama dengan sudut pantul, maka b = 90 d. Dari hukumSnellius didapat

n1sin d = n2 sin 90 d.

dengan n1 indeks bias medium pertama dann2 indeks bias medium kedua. Karena sin90 d = cos d, maka

tg d = 12

n

n

, ( 5.19)

karena tg a = sin a/cos a. Jadi, polarisasi sempurna terjadi bila sudut datang sama dengantg1(n2/n1). Inilahhukum Brewster.

6. Efek Doppler

Sejauh ini, efek Doppler yang kita tinjau adalah efek Doppler untuk gelombang bunyi. Apakah efek Doppler juga berlaku untuk gejala gelombang yang lain? Bagaimanaefek Doppler yang terjadi pada gelombang elektromagnetik seperti misalnya cahaya?

Bunyi memang merupakan contoh paling umum untuk efek Doppler. Namunsebenarnya, efek ini diusulkan oleh fisikawan Austria C.J. Doppler (1803-1853) untukmencoba menerangkan keadaan warna bintang-bintang.

Pada cahaya-tampak frekuensi akan menentukan warna. Warna merah memilikifrekuensi yang lebih kecil dibandingkan frekuensi warna ungu. Berdasarkan pengamatanEdwin Hubble (1889-1953), garis-garis pada spektrum galaksi menunjukkan pergeseranke arah ujung merah spektrum tampak. Peristiwa ini dikenal sebagai pergeseran merah(red shift ) pada spektrum bintang-bintang. Adanya pergeseran merah yang mendominasispektrum bintang-bintang ini telah meyakinkan para ilmuwan bahwa alam semesta kitasedang mengembang atau memuai, karena ini menunjukkan bahwa hampir semua bintang bergerak saling menjauh. Teori yang membahas hal ini dikenal sebagai teori big bang

(teori dentuman dahsyat). Cobalah untuk melihat bab tentang jagad raya dalam buku ini.Meskipun sifat efek Doppler pada cahaya kelihatan sama dengan efek Doppler pada bunyi, tetapi secara prinsip kedua hal ini berbeda. Pada cahaya dan juga gelombangelektromagnetik yang lain, laju perambatan gelombang tidak dihitung relatif terhadapsuatu medium, karena memang gelombang elektromagnetik tidak membutuhkan mediumapapun untuk merambat. Dari postulat teori relativitas khusus Einstein kita mengetahui bahwa laju cahaya di ruang hampac adalah invarian, artinya besarc tidak bergantung pada gerak relatif antara sumber cahaya dan pengamat. Orang yang bergerak searah


24/24

maupun berlawanan arah dengan arah perambatan cahaya akan mengamati laju cahayaitu sebesar c. Jika anda merasa tertantang dan ingin memperkaya pengetahuan tentangsifat istimewa dari cahaya ini, anda dapat membuka buku-buku teori relativitas. Di sinikita hanya akan mengutip persamaan akhirnya yaitu

f f p =

2

1

uc

uc

dengan u adalah kecepatan relatif sumber cahaya terhadap pengamat. Nilaiu akan berniali positif jika keduanya saling menjauh dan negatif jika keduanya saling mendekat.Persamaan di atas hanya berlaku jika gerakan terjadi di sepanjang garis hubung antarasumber dan pengamat. Di dalam teori relativitas hal ini dikenal sebagai efek Dopplerlongitudinal. Adakah efek dopler transversal? Ada namun, kita tidak pada posisimembahas masalah itu di sini.

Daftar Pustaka

1. El Ghrari, H., 2003, Para Pelopor Peradaban Islam (judul asli: Architects of TheScientific Thought in Islamic Civilization ), Matan, Yogyakarta

2. Halliday, David dan Resnick, Robert, 1992, Fisika , Jilid 1, Edisi ketiga, Cetakankedelapan, Erlangga, Jakarta

3. Isaacs, Alan, (Ed.), 1994, Kamus Lengkap Fisika , Edisi Baru, Penerbit Erlangga,Jakarta.

4. Marrion, J.B., 1979,General Physics with Bioscience Essays, John Wiley & Sons, New York

5. Nolan, J. P., 1993, Fundamentals of College Physics , Wm. C. BrownCommunications, Inc., USA

6. Prasetia, L., Tan Kian Hien, dan Sandi Setiawan, 1992, Mengerti Fisika: Gelombang,Cetakan Pertama, Andi Offset, Yogyakarta

gelombang elektromagnetik dan optik

Documents