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.
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
Izin copas ka
BalasHapus