Tugas Kelompok Fisika - Gelombang Cahaya

Tugas SMA Negeri 15 Tangerang

1. KELOMPOK 2
XII MIA 3
FISIKA
“GELOMBANG CAHAYA”
Anggota kelompok :
1.Nusrotul Azizah
2.Kristiana Hindriyani
3.Citra Yunianti
4.Adrian Hadi saputro
5.Rahmat Alfiansyah
6.Masjanro Munte
7.Sarah Maretha

2. OPTIKA FISIS ialah ilmu fisika yang mempelajari tentang difraksi,
interferensi, dan polarisasi cahaya. Sedangkan ilmu fisika yang mempelajari
tentang pemantulan dan pembiasan cahaya disebut optika geometris. Pada
bab ini kita akan mempelajari efek doppler pada gelombang elektromagnetik,
yaitu bertambah besarnya frekensi gelombang elektromagnetik yang diterima
pengamat ketika sumber gelombang dan pengamat bergerak relatif saling
mendekati dan bertambah kecilnya frekuensi gelombang elektromagnetik yang
diterima pengamat ketika sumber gelombang dan pengamat begerak relatif
saling menjauhi.
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau
tak ada mediumnya.
Efek Doppler pada Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik (termasuk cahaya) juga mengalami efek Doppler.
Bedanya, efek Doppler pada gelombang elektromagnetik tidak bergantung
pada kecepatan medium (karena gelombang elektromagnetik tidak
memerlukan medium perambatan).
Menurut Pendapat Para Ahli,  Thomas Young (1773-1892) Ia mengusulkan sifat
gelombang dari cahaya dengan mendemostrasikan suatu percobaan
bersejarah pada tahun 1804. Percobaan ini mengamati Interferensi dua cahaya
koheren pada layar, berbentuk pita-pita terang dan gelap. Interferensi ini tidak
dapat di jelaskan oleh model partikel dari cahaya yang dianjurkan oleh Newton
dan diterima secara umum selama abad ke-18. Jean Augustin Fresnel (1788-

3. 1872).Thomas Young dari inggris telah mengajukan ide yang berani dan
imajinatif tentang sifat gelombang dari cahaya. Sayangnya dia tidak
memberikan teori matematika yang tepat untuk menjelaskan usulnya.
Beberapa tahun kemudian, Fresnel dari Perancis menampilkan kembali
percobaan Young dan mengembangkan teori matematika tentang interferensi
dan difraksi, Fresnel menerima penghargaan dari Paris Academy pada tahun
1818.
Ciri - Ciri Gelombang Cahaya:
1.      Polarisasi Cahaya
Gangguan dari gelombang cahaya berupa medan listrik dan medan
magnetic adalah tegak lurus terhadap arah perambatan cahaya. Dengan
demikian, gelombang cahaya termasuk gelombang transversal, sehingga ia
mengalami gejala polarisasi. Suatu gelombang disebut terpolarisasi linear jika
getaran dari gelombang selalu terjadi dalam satu arah saja, yaitu arah
polarisasi. Ketika gelombang tali dengan arah getaran sembarang dilewatkan
pada suatu celah vertical (memiliki sumbu transmisi dalam arah vertikal), arah
getaran vertikal (searah dengan sumbu transmisi) dilewatkan, sedangkan arah
getaran horizontal (tegak lurus dengan sumbu transmisi) ditahan (serap).
Gelombang yang melewati celah vertikal adalah gelombang terpolarisasi linear
dalam arah vertikal. Polarisasi cahaya adalah terserapnya sebagian arah getar
cahaya. Cahaya yang sebagian arah getarnya terserap disebut cahaya
terpolarisasi linear.
a) Polarisasi dengan Penyerapan Selektif
Teknik yang umum untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi adalah
menggunakan Polaroid, yang akan meneruskan gelombang-gelombang yang
arah getarnya sejajar dengan sumbu transmisi dan menyerap gelombang-
gelombang pada arah getar lainnya. Oleh Karena itu, teknik berdasarkan
penyerapan arah getar  ini disebut polarisasi dengan penyerapan selektif.
Suatu Polaroid ideal akan meneruskan semua komponen media listrik E yang
sejajar dengan sumbu transmisi dan menyerap semua komponen medan listrik
E yang tegak lurus pada sumbu transmisi. Polaroid pertama disebut
polarisator dan Polaroid kedua disebut analisator. Sumbu transmisi masing-

4. masing Polaroid ditunjukan oleh garis terputus-putus. Polarisator berfungsi
untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi dari cahaya tak terpolarisasi (cahaya
alami). Analisator berfungsi untuk mengurangi intensitas cahaya terpolarisasi.
Skema polarisasi selektif menggunakan filter polaroid. Hanya cahaya dengan
orientasi sejajar sumbu polarisasi polaroid yang diteruskan.
Seberkas cahaya alami menuju ke polarisator. Di sini cahaya dipolarisasi secara
vertikal yaitu hanya komponen medan listrik E yang sejajar sumbu transmisi.
Selanjutnya cahaya terpolarisasi menuju analisator. Di analisator, semua
komponen E yang tegak lurus sumbu transmisi analisator diserap, hanya
komponen E yang sejajar sumbu analisator diteruskan. Sehingga kuat medan
listrik yang diteruskan analisator menjadi:
E
2 = E cos θ
Jika cahaya alami tidak terpolarisasi yang jatuh pada polaroid pertama
(polarisator) memiliki intensitas  I
0, maka cahaya terpolarisasi yang melewati
polarisator adalah:
I
1=
1
2
 I
0
Cahaya dengan intensitas I
1 ini kemudian menuju analisator dan akan keluar
dengan intensitas menjadi:
I
2=I
1cos
2
θ =
1
2
I
0 cos
2
θ

5. Ket :
I= Intensitas setelah melewati polarisator
I
0=Intensitasdatang
I
2
=Intensitassetelahmelewatipolarisator
θ=Sudutpolarisasi
Contoh soal :
Seberkas cahaya alamiah dilewatkan pada dua keping kaca polaroid yang arah
polarisasi satu sama lain membentuk sudut 60°. Jika intensitas cahaya
alamiahnya 100 Wcm
-2
, tentukanlah intensitas cahaya yang telah melewati
cahaya polaroid itu ?
Jadi, intensitas cahaya yang dilewatkan 12,5 Wcm
-2
.
b) Polarisasi dengan Pemantulan
Selain menemukan hukum Malus untuk sistem polarisator-analisator, Malus
juga menemukan bahwa cahaya menjadi terpolarisasi akibat pemantulan dari
kaca jendela dan permukaan air. Cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dari
cahaya tak terpolarisasi dengan cara pemantulan. Jika seberkas cahaya menuju
kebidang batas antara dua medium, maka sebagian cahaya akan dipantulkan.
Ada 3 kemungkinan yang terjadi pada cahaya yang dipantulkan, yaitu :
1.      Cahaya pantul tak terpolarisasi.
2.      Cahaya pantul terpolarisasi sebagian.
3.      Cahaya pantul terpolarisasi sempurna (seluruhnya). 
Hasil percobaan oleh David Brewster (1781-1868) pada tahun 1841
menunjukkan bahwa ketiga kemungkinan tersebut bergantung pada besaran
sudut datang cahaya. Cahaya pantul terpolarisasi jika sudut datang 0 derajat
(searah garis normal bidang batas) atau 90 derajat (searah bidang batas).
Cahaya pantul terpolarisasi sebagian jika sudut datang di antara  0 derajat dan

6. 90 derajat. Cahaya pantul terpolarisasi sempurna jika sudut datang cahaya
mempunyai nilai tertentu (disebut sudut polarisasi atau sudut Brewster).
Pemantulan akan menghasilkan cahaya terpolarisasi jika sinar pantul dan sinar
biasnya membentuk sudut 90°. Arah getar sinar pantul yang terpolarisasi akan
sejajar dengan bidang pantul. Oleh karena itu sinar pantul tegak lurus sinar
bias, berlaku  i
p
−r=90°  atau r = 90°−i
p  . Dengan demikian, berlaku pula
Dengan n
2 adalah indeks bias medium tempat cahaya datang n
1 adalah medium
tempat cahaya terbiaskan, sedangkan i
p adalah sudut pantul yang merupakan
sudut terpolarisasi. Persamaan di atas merupakan bentuk matematis dari
Hukum Brewster.
Contoh soal :
Suatu zat terletak di dalam air dengan indeks bias n1 = 4/3. seberkas sinar yang
mengenai zat ini akan mengalami polarisasi jika sinar datang dengan sudut
polarisasi Ɵ1= 60
0
. Hitung Berapa besar indeks bias zat n2 ?
Diket : n 1 =
4
3
Ɵ1 = 60
0
Ditanya : n 2  =     ?

7. Gunakan persamaan sudut brewster untuk menentukan indeks bias zat n2
Tan Ɵ1 =   
n2
n1
    n2        = n1  tan Ɵ1
n2        =
4
3
tan60°
    n2        =
4
3
√3 x √3
    n2    =
4
3
√3
jadi besar indeks bias zat n2 adalah 4/3√3.
c) Polarisasi dengan Pembiasan Ganda
Cahaya yang melalui bahan tersebut akan mengalami pembiasaan ganda . Jika
suatu sinar jatuh tegak lurus pada suatu bidang batas, maka menurut hukum
Snellius, sinar akan diteruskan tanpa membelok (membias). Sinar tak
terpolarisasi terpisah menjadi dua sinar, yang disebut sinar biasa (ordinary ray)
dan sinar istimewa (extraordinary ray) : Keduanya adalah terpolarisasi bidang
dan arah getarnya saling tegak lurus. Sinar biasa mematuhi hukum Snellius,
tetapi sinar luar biasa tidak karena sinar ini merambat dengan kelajuan
berbeda dalam arah berbeda di dalam Kristal.
d) Polarisasi dengan Hamburan
Jika cahaya dilewatkan pada suatu medium, partikel-partikel medium akan
menyerap dan memancarkan kembali sebagian cahaya itu. Penyerapan dan
pemancaran kembali cahaya oleh partikel-partikel medium ini dikenal sebagai
fenomena hamburan.Pada peristiwa hamburan, cahaya yang panjang

8. gelombangnya lebih pendek cenderung mengalami hamburan dengan
intensitas yang besar. Hamburan ini dapat diamati pada warna biru yang ada di
langit kita.
Sebelum sampai ke bumi, cahaya matahari telah melalui partikel-partikel udara
di atmosfer sehingga mengalami hamburan oleh partikel-partikel di atmosfer
itu. Oleh karena cahaya biru memiliki panjang gelombang lebih pendek
daripada cahaya merah, maka cahaya itulah yang lebih banyak dihamburkan
dan warna itulah yang sampai ke mata kita.
2. INTERFERENSI CAHAYA
Interferensi adalah Perpaduan dua gelombang yang memiliki beda fase
konstan (koheren). Ketika dua gelombang yang koheren menyinari/melalui dua
celah sempit, maka akan teramati pola interferensi terang dan gelap pada
layar. percobaan Interferensi ini Pertama kali ditunjukkan oleh Thomas Young
pada tahun 1801.
Interferensi cahaya bisa terjadi jika ada dua atau lebih berkas sinar yang
bergabung. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar, maka interferensinya
sulit diamati. Interferensi cahaya sulit diamati karena dua alasan:
(1)   Panjang gelombang cahaya sangat pendek, kira-kira 1% dari lebar rambut.
(2) Setiap sumber alamiah cahaya memancarkan gelombang cahaya yang
fasenya sembarang (random) sehingga interferensi yang terjadi hanya dalam
waktu sangat singkat.
Interferensi cahaya tidaklah senyata seperti interferensi pada gelombang air
atau gelombang bunyi. Interferensi terjadi jika terpenuhi dua syarat berikut ini:
(1)   Kedua gelombang cahaya harus koheren, dalam arti bahwa kedua
gelombang cahaya harus memiliki beda fase yang selalu tetap, oleh sebab itu
keduanya harus memiliki frekuensi yang sama.
(2)   Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitude yang hampir sama.

A.INTERFERENSI CELAH GANDA

9. Hasil interferensi dari dua sinar/cahaya koheren menghasilkan pola terang
dan gelap.
Secara matematik rumus untuk mendapatkan pola terang dan gelap Sbb:
Keterangan :
s
1 = Sumber cahaya
s
2dan s
3 adalah dua sumber cahaya baru.,
d = jarak antar dua celah (m)
θ= sudut belok atau sudut deviasi
l: jarak antara celah ke layar (m)
y = jarak pola gelap atau terang ke terang pusat
n = orde interferensi (0, 1,2,3)
λ = panjang gelombang (m)
Pola maksimum (pita terang) terjadi jika sumber cahaya koheren yang
melewati dua celah berbeda, sampai di layar dengan fase yang sama.
Selisih lintasan kedua cahaya merupakan kelipatan bulat dari panjang
gelombang. ( λ, 2 λ, 3 λ )
Rumusnya yaitu : d sin θ = n atau

Pola minimum atau pola gelap terjadi jika kedua sumber cahaya sampai
di layar dengan fase yang berbeda. Selisih lintasan kedua cahaya
merupakan kelipatan setengah bulat dari panjang gelombang. ( 1/2 λ,
3/2 λ, 5/2 λ )
Rumusnya yaitu : d sin θ = (n - ½ ) λ atau
Note : gelap ke nol tidak ada sehingga n = 0 untuk pita gelap ke satu, n=1 untuk
pita gelap kedua, n= 2 untuk pita gelap ketiga, dan seterusnya

10. Jarak antara pita terang dan pita gelap yang berdekatan (∆y)
Contoh soal :
Cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 5000 A melewati celah
ganda yang terpisah pada jarak 2 mm. Jika jarak celah layar 1 meter,
tentukanlah jarak terang pusat dengan garis terang orde ketiga pada layar.

11. Penyelesaian:
Diketahui: d = 2 mm;
l = 1 meter = 1 x 10
3
mm
λ = 5000 A = 5 x 10
-4
mm;
m = 3
dit : p ?
jawab :
B.INTERFERENSI PADA LAPISAN TIPIS
Warna cahaya yang dipantulkan ileh gelembung buih sabun ataupun lapisan
minyak diatas permukaan air merupakan interferensi gelombang cahaya pada
lapisan tipis.
Interferensi maksimum (konstruktif) pada lapisan tipis :
Rumusnya :

)2/1(2 mnt
Interferensi minimum (destruktif) dirumuskan sebagai berikut :


mnt2
Keterangan : t = tebal lapisan tipis (m)
n = indeks bias selaput tipis
m = bilangan bulat (0,1,2,3....)
 = panjang gelombang (m)

12. Contoh soal :
1.Tentukanlah panjang gelombang sinar yang digunakan, jika terjadi
interferensi minimum orde 2 pada lapisan di udara dengan ketebalan 10
3
nm, sudut bias 60°, dan indeks bias lapisan 1,5.
 Penyelesaian:
2nd cos r = mλ
2(1,5) (10
3
nm) (cos 60°) = 2λ
λ = 0,75 × 10
3
nm = 750 nm.
Jadi, panjang gelombang cahaya yang digunakan 750 nm.

13. 3. Difraksi Cahaya
Pada jarak tertentu mata kita sulit membedakan posisi dua nyala lampu yang
sangat berdekatan. Gejala ini dikarenakan diameter pupil mata kita sangat
sempit. Akibatnya adalah cahaya dua lampu tersebut ketika sampai ke mata
kita mengalami difraksi. Apakah difraksi cahaya itu?
Difraksi cahaya adalah peristiwa pelenturan cahaya yang akan terjadi jika
cahaya melalui celah yang sangat sempit. Kita dapat melihat gejala ini dengan
mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian
kita arahkan pada sumber cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau
dengan melihat melalui kisi tenun kain yang terkena sinar lampu yang cukup
jauh.
Difraksi Celah Tunggal
Pada titik O di layar B semua sinar memiliki panjang lintasan optis yang sama.
Karena semua sinar yang jatuh di O memiliki fase yang sama maka titik O
memiliki intensitas maksimum. Sekarang kita tinjau titik P. Sinar meninggalkan
celah dengan sudut θ  . Sinar r1 berasal dari bagian atas celah dan sinar r2
berasal dari pusatnya. Jika dipilih sudut θ  sedemikian sehingga selisih
lintasannya adalah
1
2
λ  maka r1 dan r2 berlawanan fase dan tidak memberikan
efek apapun pada P. Setiap sinar dari setengah bagian atas celah akan
dihapuskan oleh pasangannya yang berasal dari bagian bawah, yaitu mulai dari
titik
1
2
d bagian bawah. Titik P akan minimum pada pola difraksi dan memiliki
intensitas nol. Syarat keadaan ini adalah:
1
2
 d sin θ= n
1
2
λ  atau d sin θ = n λ
Pita terang utama O akan menjadi lebih lebar jika celah dipersempit. Jika lebar
celah sama dengan panjang gelombang (λ) maka minimum pertama akan
terjadi pada sudut θ = 90 °

14. Setiap titik pada celah tunggal dapat dianggap sebagai sumber gelombang
sekunder. Selisih antara kedua berkas yang terpisah sejauh d adalah d sin θ.
Analogi dengan pola interferensi celah ganda Young, pola terang difraksi celah
tunggal diperoleh jika:
d sin θ = n λ
dengan n = 0, 1, 2, 3, …
dengan d adalah lebar celah.
Interferensi minimum (pola gelap) terjadi jika:
d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n = 1, 2, 3, …
Difraksi pada kisi
Kisi difraksi terdiri atas banyak celah dengan lebar yang sama. Lebar tiap celah
pada kisi difraksi disebut konstanta kisi dan dilambangkan dengan d. Jika dalam
sebuah kisi sepanjang 1 cm terdapat N celah konstanta kisinya adalah:
Pola terang oleh kisi difraksi diperoleh jika:
d sin θ = n λ
dengan n =0, 1, 2, 3, …
dengan d adalah konstanta kisi dan θ adalah sudut difraksi.

15. Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika:
d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n =1, 2, 3, …
Skema difraksi oleh kisi.
Dalam optika dikenal difraksi Fresnel dan difraksi Fraunhofer. Difraksi Fresnel
terjadi jika gelombang cahaya melalui celah dan terdifraksi pada daerah yang
relatif dekat, menyebabkan setiap pola difraksi yang teramati berbeda-beda
bentuk dan ukurannnya, relatif terhadap jarak. Difraksi Fresnel juga disebut
difraksi medan dekat.
Difraksi Fraunhofer terjadi jika gelombang medan melalui celah atau kisi,
menyebabkan perubahan hanya pada ukuran pola yang teramati pada daerah
yang jauh. Gelombang-gelombang cahaya yang keluar dari celah atau kisi pada
difraksi Fraunhofer hampir sejajar. Difraksi fraunhofer juga disebut difraksi
medan jauh.
Contoh soal :
Sebuah kisi memiliki 10.000 celah per cm. Pada kisi dilewatkan cahaya
tegaklurus dengan panjang gelombang l. Garis terang difraksi maksimum orde
pertama membentuk sudut 30
o
terhadap garis normal. Tentukanlah l.
Penyelesaian:
Diketahui:  =10
-4
cm, sin 30
o
= ½, m=1.
Ditanya : l = ….?
Jawab:
Berdasarkan hubungan d sin q = m l, diperoleh:

16. (10
-4
cm)(1/2) = (1) λ
Jadi, λ=0,5 × 10
-4
cm = 5000 Å
Daya Urai Optik
Jika kita memiliki dua benda titik yang terpisah pada jarak tertentu, bayangan
kedua benda bukanlah dua titik tetapi dua pola difraksi.  Jika jarak pisah kedua
benda titik terlalu dekat maka pola difraksi kedua benda saling menindih.
Rayleigh yang ditemukan Lord Rayleigh menyatakan bahwa dua benda titik
yang dapat dibedakan oleh alat optik, jika pusat pola difraksi benda titik
pertama berimpit dengan pita gelap  (minimum) ke satu pola difraksi benda
kedua.
Ukuran sudut pemisah agar dua benda titik masih dapat dipisahkan secara
tepat berdasarkan Kriteria Rayleigh disebut sudut resolusi minimum (θm)
D=diameter bukaan alat optik
l =jarak celah ke layar
dm= jari-jari lingkaran terang
θ = sudut resolusi
Pola difraksi dapat diperoleh dengan menggunakan sudut θ yang menunjukkan
ukuran sudut dari setiap cincin yang dihasilkan dengan persamaan:
dengan λ merupakan panjang gelombang cahaya yang digunakan.
Untuk sudut-sudut kecil, maka diperoleh θ≈sinθ ≈ tan θ =
dm
l
dan sama dengan
sudutnya θ sehingga dapat ditulis:

17. Contoh soal :
Jarak antara dua lampu depan sebuah lampu mobil 122 cm, diamatai oleh
mata yang memiliki diameter pupuil 3 mm, jika panjang gelombang cahaya
yang diterima mata 500 nm, maka jarak mobil paling jauh supaya masih dapat
dibedakan sedabagai dua lampu yang terpisah adalah….
Diketahui :
d = 122 cm = 1,22 m
D = 3 mm = 0,003 m
λ.= 500 nm = 5.10-7 m
Ditanyakan :     l .. ?
Jawab :
d = 1,22 λ. 
l
d
1,22 = 1,22 . 5.10-7. l/0,003
    l= 6000 m
Jawaban : 6000 m

18. KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena
dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya kami dapat
menyelesaikan Makalah tentang “Gelombang Cahaya” ini dengan baik
meskipun banyak kekurangan didalamnya. Dan juga kami berterima kasih pada
Ibu Indah Mutia selaku Guru mata pelajaran Fiska yang telah memberikan tugas
ini kepada kami.
       Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah
wawasan serta pengetahuan kita. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di
dalam makalah ini terdapat kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Oleh
sebab itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan
makalah yang telah kami buat di masa yang akan datang, mengingat tidak ada
sesuatu yang sempurna tanpa saran yang membangun.
       Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang
membacanya. Sekiranya laporan yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami
sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf
apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon
kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa depan.
Penyusun