CAHAYA
Setelah
mendengar kata cahaya, maka akan muncul pertanyaan dalam pikiran kita. Salah
satu pertanyaan – pertanyaan tersebut adalah Apa itu cahaya ? apakah cahaya
merupakan gelombang, partikel atau kedua – duanya ? Uraian di bawah ini akan
menjawab pertanyaan – pertanyaan tersebut.
Sebelumnya,
penjelasan tentang cahaya diawali dari teori – teori tentang cahaya itu
sendiri. Pendapat para ahli mengenai cahaya diawali dengan teori penglihatan.
Pada zaman Yunani Kuno, Pythagoras
dan Democritos berpebdapat bahwa
kita dapat melihat benda karena benda itu mengeluarkan butir – butir yang masuk
ke dalam mata. Kemudian ilmuwan lain seperti Empedocks ( 484 – 424 SM ), Plato ( 427 – 347 SM ), dan Euclides ( ±
300 SM ) mengemukakan bahwa kita dapat melihat karena dari mata kita keluar
sesuatu, kemudian menumbuk butir – butir yang dikeluarkan benda yang kita
lihat. Seorang ilmuwan dari Arab, yaitu Alhazan
( 965 – 1038 ) berpendapat bahwa kita dapat melihat karena ada cahaya yang
di pancarkan atau dipantulkan oleh benda itu.
Berasal
dari pendapat – pendapat tersebut, akhirnya beberapa ahli tertarik untuk
mengembangkan teori tentang cahaya.
·
Sir
Isaac Newton ( 1642 – 1727 ). Menurut Newton, ia
beranggapan bahwa cahaya mungkin terbuat dari partikel atau gelombang dan ia
tidak ingin salah satunya diabaikan. Akan tetapi, sejak teori partikel terbukti
cocok dengan sebagian besar gejala dan fakta yang ada, teori itu menjadi
popular dikalangan pengikut – pengikut Newton. Selain itu, ia juga mengemukakan teori emisi bahwa
sumber cahaya memancarkan partikel – patrikel yang sangat kecil ke segala arah
dengan kecepatan yang sangat besar.
·
Christian
Huygens ( 1629 – 1695 ). Pada tahun 1690, Christian Huygens
( pakar fisika Belanda ) tidak yakin tentang teori partikel tersebut. Ia
mengajukan alasan bahwa cahaya berjalan dalam wujud gelombang – gelombang.
Christian Huygens memiliki bukti yang kua, tetapi setelah lebih dari 100 tahun
baru dilakukan sebuah percobaan yang mendukung teori gelombang. Pada awal tahun
1900-an banyak bermunculan temuan – temuan yang lebih jauh menjelaskan mengenai
hakikat cahaya. Temuan – temuan itu menunjukkan bahwa dalam beberapa hal
pengikut – pengikut Newton dan Huygens benar. Di dalam bukunya yang berjudul Traite de La Lumie re, yang diterbitkan
pada tahun 1690, Huygens menolak teori partikel cahaya. Ia menyimpulkan bahwa
karena cahaya bergerak begitu cepat, tentu cahaya itu lebih tepat dikatakan
terdiri atas gelombang, bukan partikel. Huygens mengemukakan bahwa gelombang
cahaya dibawa oleh unsur “ eter “. Eter adalah unsur kimia yang tidak terlihat,
tidak mempunyai berat, dan ada di mana – mana ( udara dan ruang angkasa ).
Dalam “ Prinsip Huygens “, ia menunjukkan bahwa setiap titik yang ada pada
sebuah gelombang dapat dianggap menghasilkan gelombang – gelombang kecil yang
bergabung bersama untuk membentuk sebuah garis batas gelombang. Gagasan ini
menjelaskan dengan rapi bagaimana pembiasan ( refraksi ) terjadi. Karena
gelombang dapat saling melintasi, teorinya tersebut juga menerangkan mengapa
berkas – berkas cahaya tidak saling bertabrakan ketika bertemu.
·
Thomas
Young ( 1773 – 1829 ) dan Augustin Jean Fresnel ( 1788 – 1827).
Penelitian Thomas Young dan Augustin Jean Fresnel menjelaskan tentang cahaya
dapat mengalami difraksi ( pelenturan ) dan interferensi ( perpaduan ).
Berdasarkan eksperimennya, Young dapat mengukur panjang gelombang dari cahaya
dan Fresnel dapat menunjukkan bahwa cahaya merambat dalam garis lurus dan juga
terdapat efek difraksi yang diamati oleh Grimaldi dan oleh beberapa ahli
lainnya.
·
Percobaan Jean Beon Foucault (1819
– 1868). Dari
hasil percobaannya ia menemukan bahwa cepat rambat cahaya dalam zat cair lebih
kecil dibandingkan dengan cepat rambat cahaya di udara. Hal ini juga
bertentangn dengan teori emisi Newton.
·
James
Clerk Maxwell ( 1831 – 1879 ). Salah satu kemajuan
besara lainnya dalam teori cahaya adalah hasil karya seorang sarjana Skotlandia
bernama James Clerk Maxwell. Pada tahun 1873 Maxwell membuktikan bahwa sirkuit
listrik yang berosilasi dapat memancarkan gelombang elektromagnetik. Kecepatan
rambat gelombang tersebut dapat dihitung berdasarkan ukuran kelistrikan dan
kemagnetan, ternyata mendekati 3 × 108 m/s. Dalam batas
ketidaktepatan eksperimen, kecepatan gelombang elektromagnetik ini sama dengan
kecepatan rambat cahaya yang diperoleh dari hasil pengukuran. Bukti bahwa
cahaya terjadi dari gelombang elektromagnetik yang panjang gelombangnya sangat
pendek nampaknya tidak dapat disangkal lagi.
·
Heinrich
Rudolph Hertz ( 1857 – 1894 ). Ia mengemukakan bahwa
gelombang elektromegnetik merupakan gelombang trasversal sehingga dapat
menujukkan gejala polarisasi.
·
Pieter
Zeeman ( 1852 – 1934 ). Ia mengemukakan bahwa cahaya
sangat dipengaruhi oleh medan magnet.
·
Johannes
Stark ( 1874 – 1957 ). Ia mengemukakan bahwa medan
listrik juga sangat berpengaruh terhadap cahaya meskipun Stark masih
berpendapat bahwa gelombang elektromagnetik merambat melalui eter.
·
Albert
Abraham Michelson ( 1852 – 1931 ) dan Edward Williams Morley ( 1838 – 1923 ).
Kedua ilmuan ini berhasil membuktikan bahwa eter tidak ada. Sehinga dari
penemuan mereka, dapat meluruskan pendapat orang – orang bahwa cahaya merambat
dalam zat yang disebut eter.
·
Max
Karl Ernest Ludwig Planck ( 1858 – 1947 ). Ia mengemukakan
bahwa cahaya merupakan paket – paket kecil yang disebut kuanta. Paket kecil ini
membawa energy yang dinamakan foton. Sehingga teori ini dikenal dengan teori
kuantum cahaya.
·
Albert
Einstein ( 1870 – 1955 ) . Ia menjelaskan bahwa cahaya
memiliki sifat sebagai partikel dan sekaligus sebagai gelombang. Teori ini
dijelaskan dengan teori efek fotolistrik. Jadi, dari penjelasan Einstein,
cahaya mempunyai sifat dualisme.
Dari pendapat para ahli di atas, dapat
ditarik suatu kesimpulan bahwa cahaya dapat bersifat sebagai partikel dan dapat
bersifat sebagai gelombang.
a.
Cahaya
sebagai partikel
Newton
berpendapat bahwa cahaya terdiri atas partikel – partikel yang sangat kecil dan
ringan yang memancar dari sebuah sumber ke segala arah. Adapun alasan yang
mendukung teori tersebut adalah sebagai berikut :
1. Teori
partikel menjelaskan bahwa perambatan cahaya berupa garis lurus. Para penganut
teori ini tidak sependapat dengan teori yang memandang cahaya sebagai
gelombang, karena menurut mereka jika cahaya sebagai gelombang maka semestinya
saat bunyi masih terdengar dibalik penghalang atau dibalik tembok maka cahaya
pun seharusnya masih dapat dilihat,
tetapi pada kenyataannya cahaya tidak dapat melewati tembok atau penghalang
tersebut sehingga cahaya tidak dapat kita lihat. Sehingga, menurut penganut
teori partikel cahaya tidak dapat dianggap sebagai gelombang.
2. Adanya
pemantulan cahaya. Jadi, ketika cahaya mengenai permukaan yang halus dan rata
seperti cermin, maka cahaya tersebut akan dipantulkan kembali dengan sudut
pantul yang sama dengan sudut datang cahaya tersebut. Dengan teori pertikellah
pemantulan cahaya dapat dijelaskan.
3. Selanjutnya
Newton memperkuat teorinya lewat
pembiasan cahaya. Bahwa kecepatan cahaya di dalam air lebih cepat dibandingkan
dengan kecepatan cahaya pada saat melewati udara.
Akan tetapi, pendapat tentang pembiasan
cahaya hanya dapat bertahan hingga tahun 1850. Teori partikel akhirnya
mengalami kemunduran, hal itu disebabkan ketika pendapat tentang pembiasan
cahaya tidak dapat dipertahankan lagi oleh penganut teori partikel. Dengan
penemuan seorang ahli fisika Prancis, Leon
Foucault (1819 -1868) yang mendemonstrasikan hasil pengukuran kecepatan
cahaya dengan berbagai medium. Leon Foucault mendapatkan bahwa kecepatan cahaya
dalam medium udara lebih cepat dari pada kecepatan cahaya dalam medium air.
Jadi, setelah terungkapnya masalah ini, maka teori partikel setelah tahun 1850
mulai banyak ditinggalkan, dan banyak yang beralih pada teori gelombang.
Suatu bukti yang kuat bahwa cahaya
bersifat sebagai partikel, yaitu pada peristiwa Efek Fotolistrik. Efek
fotolistrik merupakan gejala ketika seberkas cahaya dikenakan pada permukaan
logam, ternyata ada elektron yang keluar dari permukaan logam yang tidak dapat
terlihat. Efek fotolistrik dapat diamati pada percobaan yaitu, dua buah pelat logam
( lempengan logam tipis) yang terpisah ditempatkan di dalam tabung hampa udara.
Di luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat.
Mula-mula tidak ada arus yang mengalir karena kedua plat terpisah. Ketika
cahaya yang sesuai dikenakan kepada salah satu pelat, arus listrik terdeteksi
pada kawat. Ini terjadi akibat adanya electron - elektron yang lepas dari satu
pelat dan menuju ke pelat lain secara bersama - sama membentuk arus listrik.
Dari
hasil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik memunculkan sejumlah fakta
yang merupakan karakteristik dari efek fotolistrik. Karakteristik itu adalah
sebagai berikut :
1. Hanya cahaya yang sesuai (yang
memiliki frekuensi yang lebih besar dari frekuensi tertentu saja) yang
memungkinkan lepasnya elektron dari pelat logam atau menyebabkan terjadi efek
fotolistrik (yang ditandai dengan terdeteksinya arus listrik pada kawat).
Frekuensi tertentu dari cahaya dimana elektron terlepas dari permukaan logam
disebut frekuensi ambang logam. Frekuensi ini berbeda - beda untuk setiap logam
dan merupakan karakteristik dari logam itu. Sukar tidaknya elektron terlepas
dari logam ketika dikenakan cahaya adalah bergantung pada jenis logam dan
frekuensi yang dimiliki oleh cahaya tersebut.
2. Ketika cahaya yang digunakan dapat
menghasilkan efek fotolistrik, penambahan intensitas cahaya dibarengi pula
dengan pertambahan jumlah elektron yang terlepas dari pelat logam (yang
ditandai dengan arus listrik yang bertambah besar). Tetapi, efek fotolistrik
tidak terjadi untuk cahaya dengan frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi
ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar.
3. Ketika terjadi efek fotolistrik,
arus listrik terdeteksi pada rangkaian kawat segera setelah cahaya yang sesuai
disinari pada pelat logam. Ini berarti hampir tidak ada selang waktu elektron
terbebas dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya.
Karakteristik dari efek fotolistrik di
atas tidak dapat dijelaskan ketika cahaya dipandang sebagai gelombang. Akan
tetapi, karekteristik efek fotolistrik tersebut dapat dijelaskan ketika cahaya
dipandang sebagai partikel. Oleh karena itu, diperlukan cara pandang baru dalam
mendeskripsikan cahaya dimana cahaya tidak hanya dipandang sebagai gelombang
yang dapat memiliki energi yang kontinu melainkan cahaya juga dipandang sebagai
partikel.
b.
Cahaya
sebagai gelombang
Christian
Huygnes berpendapat bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan gelombang bunyi,
hanya bedanya terdapat pada frekuensi dan panjang gelombang. Huygnes dianggap
sebagai penemu gelombang cahaya, lewat teori ini sehingga pemantulan dan
pembiasan dapat dijelaskan secara lebih rinci, dan teori gelombang ini dapat
pula menjelaskan dengan baik peristiwa difraksi cahaya dan interferensi cahaya.
Akan tetapi, teori ini juga masih memiliki kelemahan, yaitu tidak dapat
menjelaskan mengenai perambatan cahaya berupa garis lurus.
Sebagai
gelombang, cahaya memiliki sifat –sifat di antaranya dapat merambat. Bagaimana
bentuk perambatan cahaya ? Perhatikan ketika cahaya masuk melalui lubang angin
di rumahmu, cahaya akan terlihat merambat dengan membentuk garis lurus dan
kelihatan jelas ketika rumah tersebut berdebu. Selain itu, pernahkah anda
memperhatikan ketika cahaya masuk melalui celah – celah sempit di rumahmu yang
gelap, terlihat bahwa cahaya merambat membentuk garis lurus.
Sekitar
tahun 60 yang lalu, telah diperlihatkan bahwa cahaya berprilaku seperti
gelombang. Tetapi tak seorang pun tahu apa jenis gelombangnya. Maxwell, yang
didasarkan oleh perhitungan kecepatan gelombang EM, mengatakan bahwa cahaya
pasti merupakan gelombang elektromagnetik. Gagasan ini segera diterima luas
oleh ilmuwan, tetapi tidak sepenuhnya hingga gelombang EM terdeteksi secara
eksperimental. Gelombang EM pertama kali
dibangkitkan dan dideteksi secara eksperimental oleh Heinrich Hertz ( 1857 – 1894
) di tahun 1887, delapan tahun setelah
Max Well meninggal. Hertz menggunakan perangkat celah bunga api dimana muatan
digerakkan bolak - balik dalam waktu singkat, sehingga membangkitkan gelombang
berfrekuensi sekitar 109 Hz. Ia mendeteksi gelombang tersebut dari
suatu kejauhan dengan menggunakan loop kawat yang bisa membangkitkan GGL jika
padanya terjadi perubahan medan magnet. Gelombang ini kemudian dibuktikan
merambat dengan laju cahaya, 3 × 108 m/s, dan menunjukkan seluruh
karakteristik cahaya seperti pemantulan, pembiasan, dan interferensi. Satu –
satunya perbedaan adalah gelombang ini tidak terlihat. Eksperimen Hertz sangat
memperkuat teori Maxwell.
Sifat
– sifat gelombang pada cahaya
·
Dispersi
cahaya
Saat
hujan gerimis pada sore hari, di langit sebelah timur terkadang terlihat
pelangi. Mangapa dapat terjadi pelangi ?
Semua
sudah mengetahui bahwa suatu gelombang akan mempunyai kecepatan rambat yang
tidak sama pada medium berbeda. Hal inilah yang menyebabkan cahaya mangalami
dispersi. Warna cahaya berhubungan dengan panjang gelombang atau frekuensi dari
cahaya itu sendiri. Telah diketahui bahwa cahaya putih terdiri dari berbagai
warna cahaya. Hal itu dapat diketahui ketika cahaya tersebut melewati sebuah
prisma. Sebuah prisma memisahkan cahaya putih menjadi bermacam – macam warna,
hal ini terjadi karena indeks bias materi bergantung pada panjang gelombang.
Cahaya putih merupakan campuran dari semua panjang gelombang yang tampak, dan
ketika jatuh pada prisma panjang – panjang gelombang yang berbeda tersebut
dibelokkan dengan derajat yang berbeda – beda. Karena indeks bias akan lebih
besar untuk panjang gelombang yang lebih pendek, maka cahaya ungu dibelokkan
paling jauh dan cahaya merah dibelokkan paling sedikit. Peruraian cahaya putih menjadi berbagai macam warna ini
disebut dengan dispersi cahaya.
·
Interferensi
cahaya
Peristiwa
interferensi cahaya hanya dapat dijelaskan jika cahaya dipandang sebagai
gelombang, bukan sebagai partikel. Oleh karena itu, teori korpuskuler Newton
tidak dapat menjelaskan peristiwa interferensi cahaya.
Pada
tahun 1801, seorang ilmuan berkebangsaan Inggris, Thomas Young ( 1773 – 1829 ),
mendapatkan bukti yang meyakinkan untuk sifat gelombang dari cahaya dan bahkan
bisa mengukur panjang gelombang untuk cahaya tampak. Dari eksperimen celah
ganda Young, yaitu pertama cahaya dari suatu sumber ( Young menggunakan cahaya
matahari ) jatuh pada layar dimana terdapat dua celah yang berdekatan yaitu s1
dan s2 . Jika cahaya terdiri dari partikel – partikel kecil,
kita mungkin berharap melihat dua garis yang terang pada layar yang diletakkan
di belakang celah. Tetapi, percobaan yang telah dilakukan Young berbeda dengan
anggapan kita pada umumnya, pada percobaan tersebut Young melihat serangkaian
garis yang terang yang jumlahnya banyak, lebih dari dua buah garis. Young bisa
menjelaskan hasil ini sebagai fenomena interferensi
gelombang. Untuk memahami ini, bayangkan cahaya gelombang datar dengan
panjang gelombang tunggal ( monokromatik atau satu warna ) jatuh pada kedua
celah kecil. Karena difraksi, gelombang yang meninggalkan kedua celah kecil tersebut
menyebar sehingga garis terang yang terbentuk pada layar jumlahnya banyak (
lebih banyak dari jumlah celah ). Hal ini ekivalen dengan pola interferensi
yang dihasilkan ketika dua batu dilemparkan ke danau atau ketika suara dari dua
loundspeaker berinterferensi.
Peristiwa
interferensi cahaya akan terjadi jika dua berkas cahaya yang monokromatis dan
koheren bertemu pada satu titik. Dua berkas cahaya dikatakan koheren jika
fasenya sama. Pada peristiwa interferensi cahaya, apabila selisih lintasan dua
berkas cahaya sama dengan satu panjang gelombang (
)
atau kelipatannya ( k λ ), kedua berkas itu akan saling memperkuat jika bertemu
pada suatu titik. Sebaliknya, apabila selisih lintasan sama dengan setengah
panjang gelombang ( ½ λ ) atau kelipatannya ( k + ½ λ ), dua berkas cahaya
tersebut akan saling memperlemah jika bertemu pada satu titik. Peristiwa
interferensi dapat dibagi menjadi 3, yaitu :
1. Interferensi
melalui dua celah sempit
Interferensi
cahaya memerlukan gelombang cahaya yang koheren. Untuk memperoleh dua sumber
gelombang cahaya yang monokromatik dan koheren, dilakukan dengan cara
melewatkan satu sumber gelombang cahaya monokromatik melalui dua celah sempit.
Dengan demikian, kedua celah sempit itu menjadi dua sumber gelombang cahaya
monokromatik yang koheren.
Gambar : interferensi
melalui dua celah sempit ( percoabaan Young )
2. Interferensi
cahaya pada lapisan tipis
Gambar :
interferensi pada lapisan tipis
Pernahkah
anda mengamati warna – warna pada gelembung air sabun, atau lapisan minyak pada
permukaan air ? Pada gelembung – gelembung air sabun dan minyak pada permukaan
air terdapat warna warna, warna – warna tersebut terbentuk karena adanya
peristiwa interferensi cahaya pada lapisan tipis.
Perhatikan
gambar di atas, ketika adanya sinar datang yang mengenai lapisan A, sinar
tersebut kemudian dipantulkan dan sebagian lagi dibiaskan. Setelah sampai di B,
sinar bias itu dipantulkan sehingga mengenai C. Di titik C, sinar itu dibiaskan
ke udara. Jika sinar yang dibiaskan oleh titik C berinterferensi di P,
terjadilah titik terang atau gelap di titik itu.
3. Cincin
Newton
Newton
merupakan ilmuan yang luar biasa, dalam bidang optic ia memberikan sumbangan
yang sangat besar dengan cincin Newton. Jika sebuah lensa plankonveks
diletakkan di atas keping kaca datar, lapisan udara yang ada di antara lensa
dan kaca datar dapat dipandang sebagai lapisan tipis. Apabila lapisan udara
tipi situ dikenai sinar sejajar monokromatik, akan terbentuklah lingkaran – lingkaran
( cincin – cincin ) gelap dan terang yang selanjutnya dinamakan cincin Newton.
·
Difraksi
cahaya
Difraksi
cahaya dapat dikatakan yaitu peristiwa pembelokan atau pelenturan cahaya akibat
melalui celah sempit.
1. Difraksi
cahaya melalui satu celah sempit
Pola
difraksi cahaya terjadi akibat adanya interferensi cahaya. Interferensi cahaya
maksimum menghasilkan pola yang terang, sedangkan interferensi minimum
menghasilkan pola gelap pada layar. Pola difraksi celah tunggal tidak setajam
pola difraksi celah ganda. Pola difraksi celah ganda, pada garis terang yang
berada di tengah terdapat garis – garis gelap yang lebih tajam.
Manurut
teori gelombang Huygens, pola difraksi terjadi karena tepi celah dapat berperan
sebagai sumber gelombang baru.
Sebagian
sejarah teori gelombang untuk cahaya merupakan milik Augustin Fresnel ( 1788 – 1827 ), dimana pada tahun 1819 ia
mengemukakan pada Akademi Perancis sebuah teori gelombang untuk cahaya yang
meramalkan dan menjelaskan efek – efek interferensi dan difraksi. Tidak begitu
lama sesudah Simeon Poisson ( 1781 – 1840 ) menunjukkan kesimpulan yang
kontraintuitif. Menurut teori gelombang Fresnel, jika cahaya dari satu titik
sumber jatuh pada piringan yang padat, maka cahaya yang didifraksikan sekitar
pinggirnya akan berinterferensi konstruktif di pusat bayangan. Ramalan ini
tampaknya tidak mungkin. Tetapi ketika eksperimen benar – benar dilakukan oleh
Francois Arago, bintik terang tersebut tampak tepat di tengah bayangan, ini
merupakan bukti yang kuat dari teori gelombang.
Untuk
memahami bagaimana pola idfraksi timbul, harus dilakukan analisa mengenai kasus
penting dari cahaya monokromatik yang melewati celah sempit. Kita akan
menganggap bahwa berkas – berkas paralel dari cahaya jatuh pada celah yang
lebar, dan layar diletakkan cukup jauh. Sebagaimana kita ketahui dari studi
mengenai gelombang air dan dari prinsip Huygens, gelombang yang melewati celah
menyebar kesemua arah. Dan ternyata gelombang yang melewati bagian yang berbeda
dari celah tersebut saling berinteraksi. Dimana, berkas – berkas paralel dari
cahaya monokromatik melewati selah sempit. Cahaya jatuh pada layar yang
dianggap sangat jauh, sehingga berkas untuk bintik manapun sebenarnya paralel.
2. Difraksi
melalui celah majemuk ( kisi difraksi )
Telah
diketahui sebelumnya bahwa pola difraksi ( garis terang dan gelap ) pada layar
tersebut terbentuk karena adanya interferensi cahaya yang terdifraksi. Anda
dapat membandingkan pola difraksi atau interferensi dari hasil difraksi satu
celah dengan dua celah. Dimana pola difraksi dua celah lebih tajam dibandingkan
dengan pola difraksi celah tunggal, sehingga pemisahan atau perbedaan panjang
gelombang cahaya terlihat lebih jelas. Anda dapat melakukan percobaan yang
sederhana yaitu, dengan membuat celah difraksi pada kaca bening tipis. Jika
digores dengan intan yang sangat tajam menurut garis – garis sejajar yang
sangat berdekatan dengan jarak yang sama, pada kaca bening tipis akan terbentuk
celah – celah difraksi yang disebut dengan kisi difraksi.
Analisis
kisi difraksi sangat mirip dengan eksperimen celah ganda Young. Kita menganggap
berkas – berkas cahaya paralel jatuh pada kisi. Kita juga menganggap bahwa
celah – celah tersebut cukup sempit sehingga difraksi oleh masing – masingnya
menyebarkan cahaya dengan sudut yang sangat besar pada layar yang jauh di
belakang kisi, dan interferensi dapat terjadi dengan cahaya dari semua celah
yang lain . Berkas cahaya yang melalui setiap celah tanpa pembelokan sudutnya
adalah 00 berinterferensi konstruktif untuk menghasilkan garis
terang di tengah layar. Interferensi konstruktif juga dapat terjadi pada sudut ө sedemikian rupa sehingga berkas dari
celah yang bersisian menempuh jarak ekstra jauh Δl = mλ, dimana m merupakan bilangan bulat.
Untuk
pola difraksi pada celah ganda dengan
banyak celah terdapat perbedaan yaitu, maksima yang terang lebih tajam dan sempit untuk kisi.
Mengapa demikian ? Hal itu disebabkan karena sudut ө diperbesar sedikit di atas yang dibutuhkan untuk maksimum. Pada
celah ganda, kedua gelombang hanya sedikit berbeda fase, sehingga terjadi
interferensi yang hampir konstruktif, ini berarti bahwa maksimum akan lebar.
Untuk kisi, gelombang – gelombang dari dua celah yang bersisian juga akan tidak
terlalu berbeda fase. Tetapi gelombang dari satu celah dan gelombang lain dari
yang kedua yang berjarak beberapa ratus celah bisa tepat berlawanan fase.
Hampir semua cahaya akan saling meniadakan dengan cara ini.
·
Polarisasi
cahaya
Menurut
arah getarnya, cahaya merupakan gelombang transversal. Satu gejala yang hanya
dimiliki oleh gelombang transversal, yaitu polarisasi ( pengutupan ).
Polarisasi cahaya dapat terjadi karena peristiwa penyerapan, pemantulan, dan
pembiasan.
1. Polarisasi
karena penyerapan
Untuk
menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal, diperlukan alat yang
disebut Polaroid. Polaroid merupakan
benda bening yang dapat dilalui gelombang dengan arah getar tertentu. Paraloid
dapat digunakan sebagai alat polarisasi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi
bidang dari cahaya yang tidak terpolarisasi, karena hanya komponen cahaya yang
paralel dengan sumbu yang ditransmisikan. Palaroid juga dapat digunakan sebagai
penganalisis untuk menentukan apakah cahaya terpolarisasi dan apa bidang
polarisasinya. Polaroid yang berfungsi sebagai penganalisis akan melewatkan
sejumlah cahaya yang sama dengan tidak bergantung pada orientasi sumbunya jika
cahaya tidak terpolarisasi.
Cahaya
yang tidak terpolarisasi terdiri dari cahaya dengan arah polarisasi yang acak.
Masing – masing arah polarisasi ini dapat diuraikan menjadi komponen sepanjang
dua arah yang saling tegaklurus. Dengan demikian, berkas cahaya yang tidak
terpolarisasi dapat dianggap sebagai dua berkas terpolarisasi bidang dengan
besar yang sama dan tegaklurus satu sama lain.
2. Polarisasi
karena pemantulan
Gambar :
polarisasi cahaya pada medium yang lebih rapat
Jika
cahaya mengenai zat yang lebih rapat daripada medium sebelumnya, misalnya
cermin, kaca, dan air maka cahaya akan terpantul. Pada sudut pantul tertentu,
cahaya mengalami polarisasi yang disebut dengan sudut polarisasi. Untuk
menunjukkan cahaya terpolarisasi karena pemantulan, dapat digunakan pesawat Norrenberg yang terdiri atas
dua cermin.
3. Polarisasi
karena pembiasan
Pembiasan
yang dapat memolarisasikan cahaya
natural adalah pembiasan ganda oleh zat hablur. Dalam hal ini, sinar biasnya
merupakan cahaya terpolarisasi. Hablur atau bahan yang dapat membentuk
pembiasan ganda dapat dibentuk menjadi prisma. Dua prisma dari bahan itu dapat
digabung menjadi satu dengan bahan perekat. Prisma gabungan ini dinamakan nikol. Jika cahaya natural masuk ke
dalam nikol, cahaya yang keluar merupakan cahaya yang terpolarisasi. Nikol
dapat digunakan sebagai polarisator dan analisator.
Setelah masuk ke
polarisator dan analisator, cahaya akan padam. Akan tetapi, apabila di antara
polarisator dan analisator diberi zat optik aktif ( misalnya larutan gula ),
maka cahaya akan terlihat lagi. Jika analisator diputar ke kanan atau ke kiri
sampai cahaya terpolarisasi tidak tampak lagi, zat tersebut dikatakan dapat
memutar bidang polarisasi sebesar sudut putar itu.
Dari
uraian – uraian di atas, kita dapat mengetahui bahwa jika cahaya dipandang
sebagai gelombang, maka akan memunculkan beberapa sifat – sifat dari gelombang
pada cahaya tersebut. Selanjutnya, kita akan membahas tentang perhitungan laju
cahaya. Bagaimana menghitung laju cahaya ? Uraian di bawah ini akan menjawab
pertanyaan tersebut.
Menghitung laju cahaya
Usaha
serius pertama untuk mengukur laju cahaya dilakukan oleh Galileo dengan mencoba
mengukur waktu yang dibutuhkan cahaya untuk menempuh lintasan tertentu antara
dua puncak bukit, yang jaraknya telah diketahui. Ia menempatkan seorang asisten
di atas puncak, dan dia sendiri berada di puncak yang lain, dan memerintahkan
asistennya untuk mengangkat tutup lampu pada saat ia melihat cahaya dari lampu
Galileo. Galileo menghitung waktu saat ia mengirimkan cahaya dan saat ia
menerima cahaya dari lampu asistennya. Waktu yang terukur demikian singkat
sehingga Galileo menyimpulkannya lebih sebagai waktu reaksi manusia, dan bahwa
laju cahaya pasti sangat tinggi.
Keberhasilan
pertama dalam memastikan bahwa laju cahaya itu berhingga dibuat oleh seorang
astronom Denmark, Ole Roemer ( 1644 – 1710 ). Roemer mencatat bahwa pengukuran
yang seksama terhadap periode Io, salah satu satelit Jupiter ( periode rata –
ratanya 42,5 jam untuk mengorbit Jupiter satu kali ), mengalami perubahan
kecil, tergantung pada gerakan relatif antara bumi dan Jupiter. Ketika bumi
bergerak menjauhi Jupiter, periode satelit tersebut sedikit lebih panjang, dan
ketika bumi bergerak mendekati Jupiter, periode satelit tersebut sedikit
memendek. Ia mencatat perbedaan ini sebagai tambahan waktu yang dibutuhkan
cahaya untuk menempuh pertambahan jarak ke bumi pada saat bumi bergerak
menjauh, atau sebagai perpendekan waktu tempuh cahaya ketika kedua planet tersebut
saling mendekat. Roemer menyimpulkan bahwa laju cahaya itu walaupun sangat
besar tetapi terhingga atau mempunyai batas tertentu.
Sejak
itu sejumlah teknik digunakan untuk mengukur laju cahaya. Yang terpenting di
antaranya adalah yang digunakan oleh ilmuwan Amerika, Albert A. Michelson (
1852 – 1931 ). Michelson menggunakan perangkat cermin putar untuk melakukan
serentetan eksperimen berketelitian tinggi yang dilakukannya dari tahun 1880
hingga 1920-an. Cahaya dari suatu sumber diarahkan ke salah satu permukaan
cermin putar bersegi delapan. Cahaya pantul merambat menuju cermin diam yang
berada pada jarak yang jauh dan kembali lagi. Jika cermin putar tersebut
berputar dengan kelajuan yang tepat, berkas sinar baliknya akan dipantulkan
oleh salah satu permukaan cermin menuju teleskop kecil tempat pengamat. Jika
kecepatan putaran berbeda sedikit saja, cahaya akan menyimpang dan tidak
terlihat oleh pengamat. Dari kecepatan yang diperlukan oleh cermin putar dan
jarak terhadap cermin diam, laju cahaya dapat dihitung. Di tahun 1920-an,
Michelson memasang cermin putar tersebut di puncak gunung Wilson di Kalifornia
Selatan dan cermin diamnya diletakkan di gunung Baldy yang berjarak 35 km.
Kemudian ia mengukur laju cahaya di dalam ruang hampa dengan menggunakan tabung
hampa yang panjang.
Nilai
yang diterima saat ini untuk laju cahaya ( c ) di ruang hampa adalah :
c
= 3 × 108 m/s
Jika
kita tidak membutuhkan hasil dengan ketelitian ekstrim. Di udara kecepatannya
hanya berkurang sedikit sekali.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar