Gelombang Cahaya

Konsep cahaya sebagai gelombang
Konsep cahaya sebagai gelombang.

Prinsip Huygens

Di dalam dunia fisika, sempat menjadi perbincangan apakah cahaya merupakan gelombang atau partikel. Bapak Einstein mempercayai bahwa, cahaya adalah suatu partikel yang merambat sehingga terbentuklah gelombang.

Dalam pembahasan ini kita gak bakal memperdebatkan itu, kali ini kita bakal ngebahas tentang cahaya yang diasumsikan sebagai gelombang.

Pada pembahasan mengenai ciri-ciri gelombang mekanik, sempat disinggung bahwa cahaya dapat mengalami pembiasan atau refraksi, dan mengalami difraksi.

Menarik untuk diketahui bagaimana proses-proses tersebut diekspresikan secara matematis. Sekarang kita mulai dari mana? Perdebatan mengenai cahaya apakah partikel atau gelombang, membuat kita semata wayang tidak bisa menggunakan persamaan gelombang seperti sebelum-sebelumnya.

Tenang bro, di tahun 1678, seorang fisikawan Belanda bernama Christian Huygens telah membuat suatu prinsip mengenai cahaya sebagai gelombang.

Prinsip gelombang cahaya oleh Christian Huygens

Prinsip beliau kurang lebih dapat diartikan sebagai berikut, muka gelombang (suatu bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat) cahaya pada suatu waktu, misal t, maka titik-titik pada muka gelombang tersebut berperan sebagai sumber cahaya yang membentuk suatu riakkan.

Kemudian, apabila cahaya telah melakukan rambatan satu panjang gelombang, terus kita cari lagi muka gelombang berhimpit secara tegak lurus terhadap seluruh riakan yang dihasilkan oleh muka gelombang pertama. Maka muka gelombang tersebut akan berperan sebagai sumber cahaya, dan seterusnya.

Refraksi

Dengan menggunakan prinsip Huygens sebelumnya, kita bisa mengetahui bagaimana proses refraksi itu dimodelkan. Tapi kita harus tahu dulu mengapa cahaya berbelok ketika, misal dari udara terus ke air.

Hal tersebut terjadi karena adanya penurunan cepat rambat cahaya saat di air, nah terus apa hubungannya dengan berbeloknya? Cahaya tidak akan mengalami refraksi kalau cahaya jatuh secara tegak lurus pada permukaan air.

Pembelokkan cahaya tersebut terjadi ketika ada sudut lancip yang dibentuk. Ketika cahaya memasuki air kecepatannya melambat, nah kalau dari prinsip Huygens sebelumnya, supaya semua titik sumber berada pada muka gelombang yang sama.

Untuk mengkompensasi kelajuan yang melambat itu dilakukanlah pembelokkan supaya berada pada muka gelombang yang sama.

Pemaparan fenomena refraksi dengan prinsip Huygens

Sebagai informasi, frekuensi suatu gelombang cahaya selalu sama pada medium apa pun, dengan demikian, karena v = \lambda f, kita punya persamaan

\frac{v_1}{\lambda_1} = \frac{v_2}{\lambda_2} \rightarrow \frac{\lambda_2}{\lambda_1} = \frac{v_2}{v_1}

Perhatikan bahwa, kita bisa memanfaatkan segitiga dengan sisi masing-masing gelombang dengan diagonal yang sama yaitu warna garis merah tersebut.

Dengan demikian, \sin\,\theta_1 = \frac{\lambda_1}{d} dan \sin\,\theta_2 = \frac{\lambda_2}{d}. Kemudian kita bandingkan, menjadi

\frac{\sin\,\theta_2}{\sin\,\theta_1} = \frac{\lambda_2}{\lambda_1} .

Kalau kita definisikan perbandingan antara kelajuan cahaya di vakum dengan di medium, n = \frac{c}{v}, dengan c adalah kecepatan cahaya, maka didapatlah suatu hukum yang disebut sebagai hukum Snell.

n_1\sin\,\theta_1 = n_2\sin\,\theta_2 .

Indeks refraksi n menentukan seberapa besar pengaruh medium terhadap kelajuan gelombang cahaya dalam suatu medium.

Dari persamaan sebelumnya juga didapat bahwa, semakin besar penurunan kelajuannya (maka n kecil) semakin besar sudut simpangannya (\sin\,\theta besar, sehingga sudut \theta juga sudah pasti besar).

Difraksi dan Interferensi Gelombang Cahaya

Kali ini kita bakal ngebahas tentang eksperimen nih, yaitu eksperimen yang dilakukan oleh Bapak Fresnel, intinya difraksi ini merupakan kecenderungan cahaya untuk menyebar ketika melalui suatu halangan yang memiliki suatu celah.

Kalau kita mendalami fenomena tersebut, tentu kalian akan berpikir bahwa cahaya bukanlah seperti suatu sinar yang lurus.

Ada satu hal menarik, mengapa ada pola gelap dan terang yang muncul? Seolah-olah kayak ada gelombang cahaya yang saling superposisi padahal celah cuman satu.

Difraksi pada suatu gelombang cahaya yang melalui celah atau kisi tunggal

Lagi-lagi prinsip Huygens membantu kita menjelaskan hal tersebut, ingat bahwa, muka gelombang yang melalui celah atau kisi, maka muka gelombang tersebut berperan sebagai sumber cahaya.

Kemudian beberapa sumber tersebut saling interferensi, ada yang destruktif (gelap) dan ada pula yang konstruktif (terang).

Umumnya orang-orang tertarik dengan pola gelap yang muncul pada dinding atau layar, kita langsung aja kali ini, pola tersebut ialah

a\sin\,\theta=n\lambda, n=1,2,3,\dotsc

dengan a adalah lebar celah, \lambda adalah panjang gelombang, dan n adalah urutan gelap itu muncul dimulai dari tengah.

Sebenernya ketika kita menjelaskan proses difraksi, secara tidak sengaja kita juga menggunakan konsep interferensi di dalamnya.

Kemampuan untuk ber-interferensi merupakan salah satu sifat gelombang, dan eksperimen yang dilakukan oleh Bapak Thomas Young dengan skema yang serupa seperti sebelumnya, pada jamannya memperkuat bahwa cahaya merupakan suatu gelombang.

Pada eksperimen kali ini Pak Young menggunakan dua celah yang sangat kecil perbedaanya dengan eksperimen Pak Huygens.

Difraksi pada suatu gelombang cahaya yang melalui celah atau kisi ganda

Untuk eksperimen ini, kita juga tertarik pada pola gelap dan terangnya, seperti sebelumnya kita langsung aja, untuk pola terangnya yaitu

a\sin\,\theta=n\lambda, n=1,2,3,\dotsc

Sedangkan untuk yang gelapnya, yaitu

a\sin\,\theta=\left(n+\frac{1}{2}\right)\lambda, n=1,2,3,\dotsc

Dengan penjelasan parameter yang sama seperti pada eksperimen celah tunggal.

Label
< Materi SebelumnyaGelombang Bunyi
Search icon