FunFisika: Polarisasi Cahaya

PAPER

POLARISASI DAN PRINSIP FERMAT

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas Pada Mata Kuliah Optik

Dosen:

Dra. Hj. Heni Rusnayati, M.Si

Disusun oleh:

Ai Yulia Ambarwati (1132070004)

Dea Hasna Fachriyah (1132070013)

Latifah Audria (1132070041)

PRODI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MIPA

FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG

2016

POLARISASI DAN PRINSIP FERMAT

A. Polarisasi

Polarisasi adalah suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang pada cahaya yang acak menjadi satu arah getar. Gejala 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.

Polarisasi Gelombang

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.

Gejala 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.

Ada empat fenomena yang menghasilkan cahaya yang terpolarisasi dari cahaya yang tidak terpolarisasi:

1. Polarisasi akibat penyerapan

Beberapa jenis Kristal yang terbentuk secara alami, jika dipotong menjadi bentuk-bentuk yang tepat akan menyerap dan memancarkan cahaya secara berbeda bergantung pada polarisasi cahaya tersebut. Kristal-kristal tersebut dapat digunakan menghasilkan cahaya yang terpolarisasi secara linear. Pada tahun 1938, E. H. Land menemukan film polarisasi komersial sederhana yang di sebut Polaroid.

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.

2. Polarisasi melalui hamburan

Hamburan adalah peristiwa penyerapan dan pemantulan kembali cahaya oleh suatu sistem partikel. Jika cahaya tidak terpolarisasi datang pada suatu gas, maka cahaya yang dihamburkan ke samping dapat terpolarisasi sebagian atau seluruhnya. Arah polarisasi sedemikian rupa sehingga tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh garis sinar datang dengan garis penglihatan. Sebagai contoh, mengapa langit tampak biru? Peristiwa ini disebabkan oleh hamburan cahaya. berdasarkan analisis tentang proses hamburan cahaya dapat disimpulkan bahwa untuk intensitas cahaya datang tertentu, intensitas cahaya yang dihamburkan bertambah dengan bertambahnya frekuensi. Karena cahaya biru memiliki frekuensi yang lebih rendah daripada frekuensi merah, maka cahaya biru dihamburkan lebih banyak daripada cahaya merah. sebagai hasilnya, langit tampak berwarna biru.

3. Polarisasi melalui pemantulan

Saat cahaya yang tidak terpolarisasi dipantulkan dari sebuah bidang batas permukaan datar diantara dua medium transparan, seperti udara dan kaca atau udara dan air, cahaya yang dipantulkan terpolarisasi sebagian. Tingkat polarisasi bergantung pada sudut datang dan indeks bias kedua medium tersebut. saat sudut datang sedemikian rupa sehingga sinar - sinar yang dipantulkan dan dibiaskan saling tegak lurus, maka cahaya yang dipantulkan terpolarisasi secara keseluruhan. Hasil tersebut ditemukan oleh Sir David Brewster pada tahun 1812.

Polarisasi melalui pemantulan

Hukum Brewster:

4. Polarisasi melalui pembiasan ganda

Polarisasi karena bias kembar dapat terjadi apabila cahaya melewati suatu bahan yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari satu, misalnya pada kristal kalsit. Cahaya yang lurus disebut cahaya biasa, yang memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini tidak terpolarisasi. Sedangkan cahaya yang dibelokkan disebut cahaya istimewa karena tidak memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini adalah cahaya yang terpolarisasi.

B. Prinsip Fermat

Perambatan cahaya juga dapat dijelaskan melalui prinsip yang dinyatakan oleh Pierre de Fermat pada abad ke-17 yang menyatakan bahwa lintasan yang dilalui oleh cahaya untuk merembat dari satu titik ke titik lain adalah sedemikian rupa sehingga waktu perjalanannya minimum. Namun pernyataan ini tidak mencakup semua kasus. Waktu yang dilalui kadang maksimum. Prinsip Fermat yang lebih lengkap adalah lintasan yang dilalui cahaya untuk merambat dari satu titik ke titik lain adalah sedemikian rupa sehingga waktu perjalanan itu tidak berubah sehubungan dengan variasi-variasi dalam lintasan tersebut. Ciri-ciri penting dari sebuah lintasan yang tidak berubah adalah bahwa waktu yang diperlukan sepanjang lintasan-lintasan terdekat akan kira-kira sama seperti sepanjang lintasan yang sebenarnya.

Berikut ini pemakaian prinsip Fermat untuk menurunkan hukum-hukum pemantulan dan pembiasan.

Pemantulan

Perhatikan gambar dibawah ini!

Perhatikan Δ AFO diperoleh bahwa:

Perhatikan Δ BGO diperoleh bahwa:

Panjang lintasan total perjalanan sinar cahaya dari A ke B adalah

Menurut Prinsip Fermat letak titik O harus sedemikian rupa sehingga waktu tempuh cahaya yang melewati titik ini dari A ke B adalah minimum. Dengan kata lain lintasan yang ditempuh oleh cahaya dari A ke B haruslah minimum sehingga berdasarkan syarat dalam metode kalkulus diharuskan

. Maka kita dapat menuliskanya dalam kasus ini menjadi:

Dengan melihat gambar kita dapat menuliskan bahwa persamaan diatas adalah sama dengan

Atau

Ini adalah hukum pemantulan cahaya.

Pembiasan

Telah kita ketahui bahwa kecepatan cahaya berubah jika melalui medium yang berbeda. Kita juga telah mengetahui bahwa perbandingan kecepatan pada dua medium tersebut adalah indeks bias relatif medium tersebut terhadap medium lainya.

Dari gambar kita dapat menuliskan waktu yang ditempuh oleh sinar cahaya dari titik A menuju titik B yaitu