MATERI 6: OPTIK FISIS (Teori Tentang Cahaya)

Dalam wikipedia cahaya didefinisikan energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380-750 nm. Pada pembahasan kali ini akan dibahas mengenai teori-teori tentang cahaya. Jadi, pastikan kalian baca sampe akhir ya..

Teori tentang cahaya dimulai dari Abu Ali Hasan Alhaitam sampai akhirnya pada teori cahaya sebagai gelombang yang dikemukakan oleh Maxwell.

1. Teori Sinar Cahaya

Tokoh yang mengemukakan teori ini adalah Abu Ali Hasan Alhaitam atau lebih dikenal sebagai Alhazen. Teori ini menjelaskan penglihatan, menggunakan geometri dan anatomi. Teori itu menyatakan bahwa setiap titik pada daerah yang tersinari cahaya, mengeluarkan sinar cahaya ke segala arah, namun hanya satu sinar dari setiap titik yang masuk ke mata secara tegak lurus yang dapat dilihat. Alhazen menganggap bahwa sinar cahaya adalah kumpulan partikel kecil yang bergerak pada kecepatan tertentu. Dia juga mengembangkan teori Ptolemy tentang refraksi cahaya . Alhazen lah yang menyatakan bahwa cahaya bukan berasal dari mata tapi mata yang menangkap cahaya. Sayangnya penelitian Alhazen tidak dikenal di Eropa.

2. Teori Kerucut Radiasi

Teori ini dikembangkan oleh ilmuan muslim bernama Al-khindi. Hasil kerja kerasnya mampu menghasilkan pemahaman baru tentang refleksi cahaya serta prinsip-prinsip persepsi visual.Secara lugas, Al-Kindi menolak konsep tentang penglihatan yang dilontarkan Aristoteles. Dalam pandangan ilmuwan Yunani itu, penglihatan
merupakan bentuk yang diterima mata dari obyek yang sedang dilihat. Namun, menurut Al-Kindi penglihatan justru ditimbulkan daya pencahayaan yang berjalan dari mata ke obyek dalam bentuk kerucut radiasi yang padat.

3. Teori Dualisme Partikel-Gelombang

Teori ini merupakan penggabungan dari teori tentang cahaya sebelumnya. Albert Einstein lah yang pertama kali mengungkapkan teori ini berdasarkan penelitiannya yang dibuat dalam karya tulis efek foto listrik.Einstein menunjukkan bahwa energi sebuah foton sebanding dengan frekuensinya. Lebih umum lagi, teori tersebut menjelaskan bahwa semua benda mempunyai sifat partikel dan gelombang, dan berbagai macam eksperimen dapat di lakukan untuk membuktikannya. Sifat partikel dapat lebih mudah dilihat apabila sebuah objek mempunyai massa yang besar.

4. Teori Gelombang Ray

Christiaan Huygens menyatakan dalam abad ke-17(1629 – 1695) yang cahaya dipancarkan ke semua arah sebagai ciri-ciri gelombang. Pandangan ini menggantikan teori partikel halus. Ini disebabkan oleh karena gelombang tidak diganggu oleh gravitasi, dan gelombang menjadi lebih lambat ketika memasuki medium yang lebih padat. Teori gelombang ini menyatakan bahwa gelombang cahaya akan berinterferensi dengan gelombang cahaya yang lain seperti gelombang bunyi (seperti yang disebut oleh Thomas Young pada kurun ke-18), dan cahaya dapat dipolarisasikan. Kelemahan teori ini adalah gelombang cahaya seperti
gelombang bunyi, memerlukan medium untuk dihantar. Suatu hipotesis yang disebut luminiferous aether telah diusulkan, tetapi hipotesis itu tidak disetujui.

5. Teori Elektromagnetik

Pada 1845 Faraday menemukan bahwa sudut polarisasi dari sebuah sinar cahaya ketika sinar tersebut masuk melewati material pemolarisasi dapat diubah dengan medan magnet.Ini adalah bukti pertama kalau cahaya berhubungan dengan Elektromagnetisme. Faraday mengusulkan pada tahun 1847 bahwa cahaya adalah getaran elektromagnetik berfrekuensi tinggi yang dapat bertahan walaupun tidak ada medium.
Teori ini diusulkan oleh James Clerk Maxwell pada akhir abad ke-19, menyebut bahwa gelombang cahaya adalah gelombang elektromagnet sehingga tidak memerlukan medium untuk merambat. Pada permukaannya
dianggap gelombang cahaya disebarkan melalui kerangka acuan yang tertentu, seperti aether, tetapi teori relativitas khusus menggantikan anggapan ini. Teori elektromagnet menunjukkan yang sinar kasat mata adalah sebagian daripada spektrum elektromagnet. Teknologi penghantaran radio diciptakan berdasarkan teori ini dan masih digunakan. Kecepatan cahaya yang konstan berdasarkan persamaan Maxwell berlawanan dengan hukum-hukum mekanis gerakan yang telah bertahan sejak zaman Galileo, yang menyatakan bahwa segala macam laju adalah relatif terhadap laju sang pengamat. Pemecahan terhadap kontradiksi ini kelak akan
ditemukan oleh Albert Einstein.

 

6. Teori Gelombang Cahaya

Christian Huygens dan Robert Hooke merupakan ilmuwan pendukung yang paling bersemangat dari teori impuls cahaya. Kemudian, mereka menyempurkan teori tersebut sehingga lahiriah teori gelombang cahaya. Pada tahun 1678, Huygens menyatakan bahwa perambatan gelombang apa pun melalui ruang dapat digambarkan dengan suatu metode geometris yang dikenal dengan prinsip Huygens, yaitu :
“setiap titik pada muka gelombang (wavefront) dapat dipandang sebagai sebuah sumber titik yang menghasilkan gelombang sferis sekunder. Setelah waktu t, posisi muka gelombang yang baru adalah permukaan selubung yang menyinggung semua gelombang sekunder ini” 

Cahaya Sebagai Gelombang Elektromagnetik

Definisi mengenai cahaya yang telah dituliskan sebelumnya, menyatakan bahwa cahaya sebenarnya merupakan GEM. GEM merupakan gelombang tranversal artinya dalam perambatannya cahaya tidak memerlukan medium perantara dengan arah rambatan tegak lurus dari sumber. Karena cahaya bersifat sebagai GEM cahaya matahari mampu sampai ke bumi setelah melalui ruang hampa. Kecepatan cahaya sangat cepat yaitu 300.000.000 meter per sekon. Sangat cepat bukan? Dalam satu sekon saja cahaya mampu merambat sejauh 300.000.000 meter. Setiap benda yang mampu memancarkan cahaya kita kenal sebagai sumber cahaya. Coba kamu sebutkan benda apa saja yang dapat memancarkan cahaya? Sedangkan, setiap benda yang tidak memancarkan cahaya dikenal sebagai benda gelap.

Gelombang elektromagnetik dapat digambarkan sebagai dua buah gelombang yang merambat secara transversal pada dua buah bidang tegak lurus yaitu medan magnetik dan medan listrik. Merambatnya gelombang magnet akan mendorong gelombang listrik, dan sebaliknya, saat merambat, gelombang listrik akan mendorong gelombang magnet. Diagram di atas menunjukkan gelombang cahaya yang merambat dari kiri ke kanan dengan medan listrik pada bidang vertikal dan medan magnet pada bidang horizontal.
Pembahasan tentang gelombnag elektromagnetik diawali oleh teori Maxwell yang dikemukakan sekitar abad ke 19. Maxwell mengemukakan 4 buah persamaan yang mengatur hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan, khususnya pada gelombang elektromagnetik. Dari keempat persamaan tersebut hanya satu persamaan yang merupakan temuannya yaitu koreksi Maxwell pada Hukum Ampere.

Sebelum Maxwell, masing – masing persamaan tesebut diberlakukan secara terpisah, masing masing digunakan untuk menjelaskan sifat – sifat listrik atau magnet atau electromagnet. Misalkan hukum Gauss yang merupakan persamaan pertama dari persamaan Maxwell, digunakan untuk menjelaskan hubungan antara distribusi muatan dengan medan listrik yang ditimbulkannya. Ini diberlakukan pada medan elektrostatis dan tidak pernah dikaitkan dengan persamaan lain dalam elektomagnetik. Tetapi dalam persamaan Maxwell persamaan ini tidaklah berdiri sendiri (meskipun dapat diterapkan secara terpisah) melainkan bersama – sama dengan tiga persamaan lainnya membentuk suatu sistem persamaan yang diberlakukan serentak pada gejala elektromagnetik. Dari persamaan Maxwell ini (dengan pertolongan rumus identitas vektor) dapat dibuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merambat di udara atau ruang hampa dengan kecepatan sama dengan kecepatan cahaya dan hubungan antara vektor medan listrik, vektor medan magnet dan arah penjalarannya saling tegak lurus sesuai dengan aturan perkalian silang dua buah vektor. Selanjutnya akan dibahas energi, momentum dan intensitas gelombang yang diterapkan pada gelombang bidang (datar) sinusoidal.

Dari pembuktian persamaan Maxwell lah kemudian, sifat-sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

a. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi pada saat yang bersamaan sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.
b. Arah medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang
c. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal
d. Mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi juga polarisasi
e. Besar medan listrik dan medan magnet (E=cB)
f. Tidak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet karena gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan g. Kecepatan dalam ruang hampa sama dengan kecepatan di udara 3 x
10^8 m/s

Sumber: Makalah Kelompok 6 Pend. Fisika 5B (2015)

Wikipedia, dan berbagai sumber lain