Pages

Selasa, 12 Januari 2016

MATERI 11 : POLARISASI

A.    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 vertical. Perhatikan gelombang tali pada( Gambar 1)

Sebelum dilewatkan pada celah sempit vertical, tali bergetar dengan simpangan seperti spiral.Setelah gelombang pada tali melewati celah, hanya arah getar vertical yang masih tersisa.Adapun arah getar horizontal atu diserap oleh celah sempit itu.Gelombang yang keluar dari celah tadi disebut gelombang polarisasi, lebih khusus disebut terpolarisasi linier.
Terpolarisasi artinya memiliki satu arah getar tertentu saja.Polarisasi yang hanya terjadi pada satu arah disebut polarisasi linear.Apa yang terjadi jika celah sempit dipasang secara horizontal? Apakah terjadi polarisasi linear?
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. Sinar alami seperti sinar Matahari pada umumnya adalah sinar yang tak terpolarisasi.
   Cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dari cahaya tidak terpolarisasi, yaitu dengan menghilangkan (memindahkan) semua arah getar dan melewatkan salah satu arah getar saja. Ada 4 cara untuk melakukan hal ini, yaitu: 1) penyerapan selektif, 2) pemantulan, 3) pembiasan ganda, dan 4) hamburan.
Tehnik yang umum untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi adalah menggunakan polaroid. Polaroid akan meneruskan gelombang-gelombang yang arah getarnya sejajr dengan sumbu transmisi dan menyerap gelombang-gelombang pada arah lainnya. Oleh karena tehnik berdasarkan penyerapan arah getar, maka disebut polarisasi dengan penyerapan selektif. Suatu polaroid ideal akan meneruskan semua komponen medan listrik E yang sejajar dengan sumbu transmisi dan menyerap suatu medan listrik E yang tegak lurus pada sumbu transmisi.
Jika cahaya tidak terpolarisasi dilewatkan pada sebuah kristal, maka arah getaran yang keluar dari kristal hanya terdiri atas satu arah disebut
cahaya terpolarisasi linier. Kristal yang dapat menyerap sebagian arah getar disebut dichroic.(gambar 2)


  Selanjutnya, pada Gambar 3 ditunjukkan susunan dua keping Polaroid. Keping Polaroid yang pertama disebut polarisator, sedangkan keping polaroid yang 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.(gambar 3)



 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


Jika seberkas cahaya dengan intensitas I0 dilewatkan pada sebuah polalisator ideal, intensitas cahaya yang dilewatkan adalah 50% atau ½ I0. Akan tetapi, jika cahaya dilewatkan pada polalisator dan analisator yang dipasang bersilangan, tidak ada intensitas cahaya yang melewati analisator. Secara umum, intensitas yang dilewati analisator adalah :


Dengan I2 adalah intensitas cahaya yang lewat analisator.I0 adalah intensitas awal seblum maasuk polalisator dan θ adalah sudut antara arah polarisasi polalisator dan arah polarisasi analisator. Jika keduanya sejajar, θ = 0. jika keduanya saling bersilangan,  θ = 90°.
Intensitas cahaya yang diteruskan oleh sistem Polaroid mencapai maksimum jika kedua sumbu polarisasi adalah sejajar (θ = 0o atau 180o) dan mencapai minimum jika kedua sumbu polarisasi saling tegak lurus atau 90.
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: 


Dengan I0 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.

Jika seberkas pola cahaya alamiah dijatuhkan pada permukan bidang batas dua medium, maka sebagian cahaya akan mengalami pembiasan dan sebagian lagi mengalami pemantulan. Sinar bias dan sinar pantul akan terpolarisasi sebagian. Jika sudut sinar datang diubah-ubah, pada suatu saat sinar bias dan sinar pantul membentuk sudut 90°. Pada keadaan ini, sudut sinar datang (i) disebut sudut polarisasi (ip) karena sinar yang terpantul mengalami polarisasi sempurna atau terpolarisasi linear. Menurut Hukum Snellius,


Sudut ip disebut sudut polarisasi atau sudut Brewster, yaitu sudut datang pada sinar bias dan sinar pantul membentuk sudut 90°.
Dalam sebuah kristal tertentu, cahaya alamiah yang masuk ke dalam kristal dapat mengalami pembiasan ganda. Pembiasan ganda ini dapat terjadi karena kristal tersebut memiliki dua nilai indeks bias. Perhatikan Gambar 4 tampak ada dua bagian sinar yang dibiaskan  yang hanya mengandung E// dan yang lain hanya mengandung. Jadi, indeks bias serta laju E// dan E(tegak lurus) adalah tidak sama.
3.       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 :

   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 57o, 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.(gambar 4)





4.       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).(gambar 5)

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).


          Berkas cahaya yang melewati gas akan mengalami polarisasi sebagian karena partikel-partikel gas     dapat menyerap dan memancarkan kembali cahaya yang mengenainya. Penyerapan dan pemancaran cahaya oleh partikel-partikel gas disebut hamburan.Oleh karena peristiwa hamburan ini, langit pada siang hari tampak berwarna biru.Hal tersebut dikarenakan partikel-parikel udara menyerap cahaya matahari dan memancarkan kembali (terutama) cahaya biru. Demikian pula, pada pagi hari dan sore hari, partikel-partikel udara akan menghamburkan lebih banyak cahaya merah (melalui kolom udara yang lebih panjang) sehingga pada pagi dan sore hari, cahaya matahari tampak lebih banyak memancarkan cahaya merah. Sebaliknya, di bulan tidak ada yang dapat menghamburkan cahaya matahari karena bulan tidak memiliki atmosfir. Oleh karena itu, atmosfir bulan akan tampak gelap.
6.       Penerapan Polarisasi
Salah satu penerapan penting dari proses polarisasi adalah Liquid Crystal Dsiplay (LCD). LCD digunakan dalam berbagai tampilan, dari mulai jam digital, layar kalkulator, hingga layar televise. LCD dapat diartikan alat peraga kristal cair, berisi dua filter polarisasi yang saling menyilang dan didukung oelh sebuah cermin. Biasanya polarisator yang saling menyilang menghalangi semua cahaya yang melewatinya. Namun, diantar kedua filter itu terdapat lapisan kristal cair. Selain energi listrik alat ini dipadamkan, kristalnya memutar sinar-sinar yang kuat dengan membentuk sudut 900. Sinar-sinar yang berputar itu kemudian dapat menembus filter (penyaring) bagian belakang. Kemudian sinar-sinar itu dipantulkan oleh cermin sehingga peraga (layar) tampak putih. Angka atau huruf pada peraga dengan menyatakan daerah-daerah kristal cair. Ini mengubah posisi kristal cair tersebut sehingga kristal-kristal tidak lagi memutar cahaya.

B. CONTOH SOAL POLARISASI


    1.      Seberkas cahaya alamiah dilewatkan pada dua keeping kaca polaroid yang arah polarisasi satu sama lain membentuk sudut 60°. Jika intensitas cahaya alamiahnya 100 Wcm-2, tentukanlah intensitas cahaya yang telah melewati cahaya Polaroid itu. 


   2.      Suatu zat terletak di dalam air dengan indeks bias n1 = 4/3. seberkas sinar yang mengenai zat ini akan mengalami polarisasi jika sinar datang dengan sudut polarisasi Ɵ1= 600. Hitung Berapa besar indeks bias zat n2 ?

    

  3.      Dua buah polaroid menghasilkan intensitas cahaya yang diamati mata I2 =¼ I1. Jika I1 adalah intensitas cahaya yang dilewatkan polarisator P1 , tentukan besar sudut yang dibentuk sumbu mudah polarisator P1 dengan sumbu mudah analisatr P2 !

  
DAFTAR PUSTAKA 
Giancoli,’ Fisika 2 ‘ , Penerbit Erlangga,edisi ke lima, Jakarta,2001
http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=48&Itemid=97
https://gurumuda.net/interferensi-cahaya-kisi-difraksi-contoh-soal-un.htm

1 komentar: