A.
Pengertian Polarisasi.
Polarisasi merupakan proses
pengkutuban atau penyerapan/pemfilteran cahaya sehingga dihasilkan arah
gelombang cahaya yang sesuai. Polarisasi bisa kita rasakan saat siang hari yang
cerah warna langit menjadi biru atau dalam dunia modern ini polarisasi
dimanfaatkan untuk pemakaian kacamata polarisasi atau juga untuk kacamata 3D.
Pada umumnya, gelombang cahaya mempunyai banyak arah
getar. Suatu gelombang yang mempunyai banyak arah getar disebut gelombang
tak terpolarisasi, sedangkan gelombang yang memilki satu arah getar disebut
gelombang terpolarisasi.
Fenomena polarisasi cahaya ditemukan oleh Erasmus
Bhartolinus pada tahun 1969. Dalam fenomena polarisasi cahaya, cahaya alami
yang getarannya ke segala arah tetapi tegak lurus terhadap arah merambatnya
(gelombang transversal) ketika melewati filter polarisasi, getaran horizontal
diserap sedang getaran vertikal diserap sebagian. Cahaya alami seperti
cahaya matahari yang getarannya ke segala arah di sebut cahaya tak
terpolarisasi, sedang cahaya yang melewati polaroid hanya memiliki getaran pada
satu arah saja, yaitu arah vertikal, disebut cahaya terpolarisasi linear. Mengapa polarisasi hanya
terjadi pada gelombang transversal?
Dari penjelasan sebelumnya dapat kita nyatakan bahwa
suatu gelombang terpolarisasi linear bila getaran dari gelombang tersebut
selalu terjadi dalam satu arah saja. Arah ini disebut arah polarisasi.
Untuk mengamati polarisasi ini, marilah kita ikat seutas tali pada titik O di
dinding, kemudian masukkan ujung tali lain, yaitu ujung A ke sebuah celah,
Pasang celah dalam posisi vertikal, kemudian getarkan ujung tali di A sehingga
gelombang transversal yang merambat dari A dapat menembus celah, dan sampai di
titik O. Ubahlah posisi celah menjadi horisontal, kemudian getarkan kembali
ujung tali A secara vertikal. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa gelombang
vertikal tidak dapat menembus celah (tampak tidak ada gelombang diantara celah
dan titik O). Jika kemudian tali di titik A digetarkan berputar, artinya
digetarkan ke segala arah dan celah dipasang vertikal, apa yang terjadi?
Ternyata, gelombang dapat menembus celah dengan arah getaran gelombang
yang sama dengan arah posisi celah, yaitu arah vertikal
Peristiwa tersebut menunjukkan terjadinya polarisasi
pada gelombang tali yang melewati sebuah celah sempit, dengan arah polarisasi
gelombang sesuai arah celahnya. Polarisasi dapat diartikan sebagai penyearah
gerak getaran gelombang. Jika gelombang bergetar ke segala arah, seperti pada
gambar setelah melewati sebuah celah, arah getaran gelombang menjadi satu arah
getar saja, yang disebut dengan gelombang terpolarisasi linear.
Jadi, hanya gelombang-gelombang yang memiliki arah
getaran tegak lurus dengan arah rambatannya saja yang disebut sebagai gelombang
transversal, yang dapat mengalami polarisasi. Oleh karena cahaya atau gelombang
elektromagnet termasuk gelombang transversal, cahaya dapat mengalami
polarisasi.
Gejalah polarisasi hanya dapat
dialami oleh gelombang transversal saja, sedangkan gelombang longitudinal tidak
mengalami gejala polarisasi. Fakta bahwa cahaya dapat mengalami polarisasi
menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal.
Pada umumnya, gelombang cahaya mempunyai banyak arah
getar. Suatu gelombang yang mempunyai banyak arah getar disebut gelombang
tak terpolarisasi, sedangkan gelombang yang memilki satu arah getar disebut
gelombang terpolarisasi. Gejalah polarisasi dapat
digambarkan dengan gelombang yang terjadi pada tali yang dilewatkan pada celah.
Apabila tali digetarkan searah dengan celah maka gelombang pada tali dapat
melewati celah tersebut. Sebaliknya jika tali digetarkan dengan arah tegak
lurus celah maka gelombang pada tali tidak bisa melewati celah tersebut.
Sinar
alami seperti sinar Matahari pada umumnya adalah sinar yang tak terpolarisasi.
Dari hasil diatas dapat disimpulkan bahwa polarisasi
adalah suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang pada cahaya yang
acak menjadi satu arah getar. polarisasi adalah peristiwa penyerapan
arah bidang getar dari gelombang.
Sebagai
gelombang transversal, cahaya dapat mengalami polarisasi. Polarisasi cahaya
dapat disebabkan oleh empat cara, yaitu refleksi (pemantulan), absorbsi
(penyerapan), pembiasan (refraksi) ganda dan hamburan.
B.
Penyebab Terjadinya Polarisasi
1. Polarisasi
karena pemantulan (refleksi)
Pemantulan
akan menghasilkan cahaya terpolarisasi jika sinar pantul oleh benda bening dan
sinar biasnya membentuk sudut 90. Di mana cahaya yang dipantulkan merupakan
cahaya yang terpolarisasi sempurna, sedangkan sinar bias merupakan sinar
terpolarisasi sebagian. Arah getar sinar pantul yang terpolarisasi akan sejajar
dengan bidang pantul. Oleh karena itu sinar pantul tegak lurus sinar bias,
berlaku ip + r = 90° atau r = 90° – ip
Cahaya
yang berasal dari cermin I adalah cahaya terpolarisasi akan dipantulkan ke
cermin. Apabila cermin II diputar sehingga arah bidang getar antara cermin
I dan cermin II saling tegak lurus, maka tidak akan ada cahaya yang dipantulkan
oleh cermin II. Peristiwa ini menunjukkan terjadinya peristiwa polarisasi.
Cermin I disebut polarisator, sedangkan cermin II disebut analisator. Polarisator
akan menyebabkan sinar yang tak terpolarisasi menjadi sinar yang terpolarisasi,
sedangkan analisator akan menganalisis sinar tersebut merupakan sinar
terpolarisasi atau tidak.
Polarisasi karena pemantulan cahaya yang datang ke
cermin dengan sudut datang sebesar 57 derajat, maka sinar yang terpantul akan
merupakan cahaya yang terpolarisasi. Cahaya yang berasal dari cermin I adalah
cahaya terpolarisasi akan dipantulkan ke cermin.
Apabila cermin II
diputar sehingga arah bidang getar antara cermin I dan cermin II saling tegak
lurus, maka tidak akan ada cahaya yang dipantulkan oleh cermin II. Peristiwa
ini menunjukkan terjadinya peristiwa polarisasi. Cermin I disebut polarisator,
sedangkan cermin II disebut analisator. Polarisator akan menyebabkan sinar yang
tak terpolarisasi menjadi sinar yang terpolarisasi, sedangkan analisator
akan menganalisis sinar tersebut merupakan sinar terpolarisasi atau tidak.
2. Polarisasi karena
absorbsi 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 semua gelombang pada arah getar lainnya. Pada gambar 4
tampak dua buah polaroid, polaroid pertama disebut polarisator dan polaroid
kedua disebut analisator. Polarisatorberfungsi untuk menghasilkan cahaya
terpolarisasi dari cahaya tak terpolarisasi (cahaya
alami).Analisator berfungsi untuk mengurangi intensitas cahaya cahaya
terpolarisasi. Polarisasi karena absorbsi.
Selektif Polaroid
adalah suatu bahan yang dapat menyerap arah bidang getar gelombang cahaya dan
hanya melewatkan salah satu bidang getar. Seberkas sinar yang telah melewati
polaroid hanya akan memiliki satu bidang getar saja sehingga sinar yang telah
melewati polaroid adalah sinar yang terpolarisasi. Peristiwa polarisasi ini
disebut polarisasi karena absorbsi selektif. Polaroid banyak digunakan dalam
kehidupan sehari-hari, antara lain untuk pelindung pada kacamata dari sinar
matahari (kacamata sun glasses) dan polaroid untuk kamera.
Prinsip kerja sistem adalah sebagai
berikut, seberkas cahaya alami menuju polarisator. Di sini cahaya dipolarisasi
secara vertikal, yaitu hanya komponen vektor medan listrik E yang sejajar
dengan sumbu transmisi saja yang diteruskan sedangkan lainnya diserap. Cahaya
terpolarisasi yang masih mempunyai kuat medan listrik belum berubah menuju
analisator (sudut antara sumbu transmisi analisator dan polarisator adalah θ).
Di analisator, semua komponen E yang sejajar sumbu analisator yang diteruskan.
Jadi, kuat medan listrik yang diteruskan oleh analisator adalah
E2 = E cos θ
……………………………(1)
Jika
cahaya alami tak terpolarisasi yang jatuh pada polaroid pertama (polarisator)
memiliki intensitas Io, maka cahaya terpolarisasi yang melewati
polarisator, I1 adalah
I1=
1/2 Io ……………………………(2)
Cahaya
dengan intensitas I1 ini kemudian datang pada analisator dan cahaya
yang keluar dari analisator akan memiliki intensitas I2 . menurut
hukum Maulus, hubungan antara I2 dan I1 dapat dinyatakan :
I2 = I1 cos2 θ =
½ Io cos2 θ …………………(3)
Persamaan
3 menunjukkan bahwa analisator berfungsi untuk mengurangi intensitas cahaya
terpolarisasi.
Intensitas
cahaya yang diteruskan oleh sistem Polaroid mencapai maksimum jika kedua sumbu
polarisasi adalah sejajar (θ = 0 atau 180 derajat) dan mencapai minimum
jika kedua sumbu polarisasi saling tegak lurus atau 90 derajat.
Polarisasi
jenis ini dapat terjadi dengan bantuan kristal polaroid. Bahan polaroid
bersifat meneruskan cahaya dengan arah getar tertentu dan menyerap cahaya
dengan arah getar yang lain. Cahaya yang diteruskan adalah cahaya yang arah
getarnya sejajar dengan sumbu polarisasi polaroid. Polaroid banyak digunakan
dalam kehidupan sehari-hari, antara lain untuk pelindung pada kacamata dari
sinar matahari (kacamata sun glasses) dan polaroid untuk kamera.
Suatu
cahaya tak terpolarisasi datang pada lembar polaroid pertama disebut
polarisator (Polarisator berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi),
dengan sumbu polarisasi ditunjukkan oleh garis-garis pada polarisator. Kemudian
dilewatkan pada polaroid kedua yang disebut analisator (Analisator untuk
mengetahui apakah cahaya sudah terpolarisasi atau belum). Maka intensitas sinar
yang diteruskan oleh analisator I, dapat dinyatakan sebagai: I= Io cos2q
Dengan
Io adalah intensitas gelombang setelah melalui analisator. Sudut q adalah sudut
antara arah sumbu dan polarisator dan analisator. Persamaan di atas dikenal dengan hukum malus, ditemukan oleh Etienne Louis
Malus pada tahun 1809. Dari persamaan hukum
Malus ini dapat disimpulkan : Intensitas cahaya yang
diteruskan maksimum jika kedua sumbu polarisasi sejajar (q = 00 atau q =
1800). Intensitas cahaya
yang diteruskan = 0 (nol) (diserap seluruhnya oleh analisator) jika kedua sumbu
polarisasi tegak lurus satu sama lain.
3. Polarisasi karena
pembiasan ganda
Polarisasi karena bias kembar dapat terjadi apabila
cahaya melewati suatu bahan yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari
satu, Jika berkas kaca dilewatkan pada kaca, kelajuan cahaya yang keluar akan
sama ke segala arah. Hal ini karena kaca bersifat homogen, indeks biasnya hanya
memiliki satu nilai. Namun, pada bahan-bahan kristal tertentu misalnya kalsit,
mika, Kristal gula, Kristal es dan kuarsa, kelajuan cahaya di dalamnya tidak
seragam karena bahan-bahan itu memiliki dua nilai indeks bias (birefringence).
Cahaya yang melalui bahan dengan indeks bias ganda
akan mengalami pembiasan dalam dua arah yang berbeda. Sebagian berkas akan
memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar biasa yang arah cahayanya Lurus
dan cahaya ini tidak terpolarisasi), sedangkan sebagian yang lain tidak
memenuhi hukum Snellius (disebut berkas sinar istimewa yang cahayanya di
belokan dan cahaya ini cahaya yang terpolarisasi).
4. Polarisasi karena
hamburan
Polarisasi cahaya karena peristiwa hamburan dapat
terjadi pada peristiwa terhamburnya cahaya matahari oleh partikel-partikel debu
di atmosfer yang menyelubungi Bumi. Cahaya matahari yang terhambur oleh
partikel debu dapat terpolarisasi. Itulah sebabnya pada hari yang cerah langit
kelihatan berwarna biru karena cahaya biru memiliki panjang gelombang lebih
pendek daripada cahaya merah. Hal itu disebabkan oleh warna cahaya biru
dihamburkan paling efektif dibandingkan dengan cahaya-cahaya warna yang
lainnya.
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
gelombangnya lebih pendek cenderung mengalami hamburan dengan intensitas yang
besar. Hamburan ini dapat diamati pada warna biru yang ada di langit kita.Hamburan
cahaya oleh partikel kecil bahan adalah salah satu fenomena alam yang indah.
Langit biru dan merahnya sunset adalah peristiwa hamburan. Seperti sinar
matahari melewati atmosfer, sebagian besar diserap oleh molekul udara dan
dengan seketika diberikan pada beberapa arah yang baru. Fenomena hamburan sama
dengan perilaku gelombang air pada benda yang mengapung. Ketika sebuah batu
kecil tenggelam dalam air yang sama, sebuah gabus kecil yang mengapung akan
bergerak naik turun dengan frekuensi dari gelombang yang melewatinya. Gelombang
cahaya divisualisasikan bergerak dalam cara yang sama pada molekul udara.
Pertama sebuah gelombang cahaya mengatur sebuah molekul atau partikel ke dalam
sebuah getaran, gelombang dapat dipancarkan lagi.
Kristal diploid adalah Kristal yang dapat
menyerap secara selektif salah satu komponen yang tegak lurus dari cahaya alam
(tak terpolarisasi). Kristal ini mempunyai sumbu yang jika medan listrik cahaya
terpolarisasi linier sejajar dengan sumbu ini dating pada Kristal, maka cahaya
akan diteruskan dengan redaman yang sangat kecil. Sumbu ini disebut sumbu mudah
atau sumbu polarisasi. Biasanya dipasang dua buah Kristal diploid sebagai
polarisator dan yang lain sebagai analisator. Jika sumbu mudah kedua Kristal
saling tegak lurus, maka tidak ada cahaya yang sampai dapat menembus analisator
(medan listrik terserap sempurna). Jika sumbu mudah analisator membentuk sudut
terhadap sumbu mudah polarisator, maka cahaya akan dapat sampai pada pengamat
dengan intensitas sebesar:
I1= Io cos2 θ ................................(4).
Dengan: I1= Intensitas cahaya setelah melewati
analisator Io = Intensitas cahaya sebelum melewati analisator θ =
Sudut yang dibentuk antara sumbu mudah polarisator dan analisator.
5. Polarisasi
karena Pemantulan dan Pembiasan
Berdasarkan hasil eksperimen yang
dilakukan para ilmuwan Fisika menunjukkan bahwa polarisasi karena pemantulan dan pembiasan
dapat terjadi apabila cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan
saling tegak lurus atau membentuk sudut 90 derajat.
Di
mana cahaya yang dipantulkan merupakan cahaya yang terpolarisasi sempurna,
sedangkan sinar bias merupakan sinar terpolarisasi sebagian. Sudut datang
sinar yang dapat menimbulkan cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang
dibiaskan merupakan sinar yang terpolarisasi.
Sudut datang seperti ini dinamakan
sudut polarisasi (ip) atau sudut Brewster. Pada saat sinar pantul dan sinar
bias saling tegak lurus (membentuk sudut 90 derajat) akan berlaku ketentuan bahwa :
i + r = 90 derajat atau r = 90 derajat – i
1. Ujung seutas tali
digetarkan harmonik dengan periode 0,5 s dan amplitudo 6 cm. Getaran ini merambat ke kanan sepanjang
tali dengan cepat rambat 200 cm/s. Tentukan:
a. Persamaan umum gelombang
b Simpangan, kecepatan, dan
percepatan partikel di P yang berada 27,5 cm dari ujung tali yang digetarkan
pada saat ujung getar telah bergetar 0,2 s
c. Sudut fase dan fase partikel di P saat ujung
getar telah bergetar
0,2 s
Beda fase antra dua partikel
sepanjang tali yang berjarak 25 cm
Penyelesaian:
a). T
= 0,5 s ; A = 6 cm = 0,06 m ; v = 200 cm/s =2 m/s; gelombang merambat ke kanan
ω = 2π/T = 2π/0,5 = 4π rad/s
f = 1/T = 1/0,5s = 2
λ = v/f
= 2/2 = 1m
k = 2π
ω 2π/T = 2π/0,5 = 4π
rad/s.
Persamaan umum gelombang:
y= A sin
2π θ = A sin (ωt – kx)
y = 0,06 sin 2π
y= 0,06 sin 2π(2t – x)
b). x = 27,5 cm = 0,275 m ; t
= 0,2 s
Simpangan gelombang:
y = 0,06 sin 2π(2t – x) =0,06
sin 2π(2. (0,2) – 0,275)
y = 0,06 sin 2π(0,4 – 0,275)
= 0,06 sin 2π(0,125) = 0,06 sin (0,25π)
y = 0,06 sin(45 derajat) = 0,06
(1/2 )= 0,03 m
Kecepatan gelombang:
vy = ω.A. cos (ωt – kx)
= 4π (0,06) cos 45 derajat = 0,12 m/s
Percepatan gelombang:
Ay = - ω2.A. sin (ωt –
kx) = - (4π)2 (0,06) sin 45 derajat
Ay = -
0,96π2 (1/2 )= - 0,48π2 m/s2
c). Sudut
fase, θ=2πφ = 2π(2t – x)= 0,25π ; Fase, φ = θ/2π = 0,25π/2π =1/8.
d). x =
25 cm = 0,25m
Beda fase, Δφ=Δx/λ =
0,25/1 = 0,25
2) Suatu gelombang sinusoidal
dengan frekuensi 500 Hz memiliki cepat
rambat 350 m/s.
a. Berapa jarak pisah antara dua
titik yang berbeda fase π/3 rad?
b. Berapa beda fase pada suatu
partikel yang berbeda waktu 1 ms?
Penyelesaian:
f=500 Hz, v=350 m/s, λ = v/f =
350/500= 7/10 m/s
a) Jarak pisah antara dua
titik yang berbeda fase π/3 rad:
Δθ= π/3; Δφ = Δθ/2π =
1/6; Δφ = Δx/λ
Δx = Δφ.λ = (1/6)(7/10 )= 7/60
b) Beda fase suatu
partikel: t = t2 – t1 = 1 ms = 1 x 10 exp 3 s
Δφ = φ 2 - φ1 = (t1 – t2) f = -
(1 x 10 exp 3 s) 500 Hz = - ½ .
Penulis, penulis. Judul 1.
Jakarta: UIN Press. 2015.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar