Apa itu optik gelombang?
Optik gelombang, juga disebut optik fisik, mempelajari perilaku cahaya dalam manifestasinya sebagai gelombang. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik, dan sudah diprediksi oleh James Clerk Maxwell (1831-1879) dalam persamaannya.
Oleh karena itu, cahaya mengalami fenomena yang sama dengan jenis gelombang lainnya. Pada tingkat mikroskopis, cahaya dihasilkan ketika atom dan molekul dalam materi menjalani penataan ulang elektron internal. Dan melalui proses ini, cahaya dipancarkan, terdiri dari medan listrik dan medan magnet, keduanya bergantung pada waktu, yang saling membangkitkan.
Medan seperti itu, digabungkan secara tegak lurus, bergerak seperti gelombang yang mampu merambat secara melintang dalam ruang hampa. Artinya, gelombang berosilasi tegak lurus terhadap arah rambat dan kecepatan gelombang adalah konstan dan dalam ruang hampa adalah 300.000 km/s.
Namun, ketika cahaya berinteraksi dengan materi, maka ia berperilaku seperti sebuah partikel. Partikel ini disebut foton dan dimanifestasikan dalam fenomena seperti radiasi benda hitam dan efek fotolistrik, antara lain.
Itu sebabnya optik dibagi menjadi tiga area:
- Optik gelombang, berfokus pada fenomena gelombang cahaya.
- Optik kuantum, yang mempelajari cahaya saat berperilaku seperti partikel saat berinteraksi dengan materi.
- Optik geometris, berorientasi pada deskripsi aspek geometris lintasan cahaya: refleksi dan refraksi.
Apa yang dipelajari optik gelombang?
Optik gelombang adalah bidang optik yang berfokus pada fenomena gelombang cahaya:
- Gangguan
- Difraksi
- Polarisasi
- Cerminan
- Pembiasan
Meskipun pantulan dan refraksi juga merupakan manifestasi cahaya, keduanya dibahas dalam optik geometris, seperti yang dijelaskan di atas. Untuk melakukan ini, dia menggunakan model sinar, di mana cahaya digambarkan sebagai garis lurus yang maju tegak lurus ke muka gelombang. Sinar ini tidak bergantung satu sama lain dan sepenuhnya dapat dibalik.
Tetapi dalam model ini tidak dimaksudkan bahwa cahaya mengalami difraksi, meskipun telah dibuktikan bahwa hal itu dapat terjadi, oleh karena itu optik geometris tidak memiliki ruang lingkup yang cukup untuk menjelaskan banyak aspek perilaku cahaya.
Karena fenomena ini hanya terjadi pada gelombang, berarti cahaya memiliki semua karakteristik gelombang, baik spasial maupun temporal. Ilmuwan pertama yang mengemukakan hal ini adalah Christiaan Huygens (1629-1695), dan karena alasan ini ia berselisih sengit dengan Isaac Newton (1642-1727), yang selalu membela sifat korpuskular cahaya.
Sifat umum gelombang
Gelombang adalah gangguan berulang yang pada prinsipnya dapat dimodelkan sebagai kurva sinusoidal, baik gelombang transversal maupun longitudinal. Karakteristik spasialnya, yaitu mengacu pada bentuk gelombang, adalah:
– Puncak dan lembah : mereka masing-masing adalah posisi tertinggi dan terendah.
– Node : adalah perpotongan gelombang dengan garis referensi yang sesuai dengan posisi kesetimbangan.
– Panjang gelombang : hampir selalu dilambangkan dengan huruf Yunani λ (lambda), dan diukur sebagai jarak antara dua puncak atau lembah yang berurutan. Atau juga antara satu titik dengan titik berikutnya yang berada pada ketinggian yang sama dan termasuk dalam siklus berikutnya atau sebelumnya. Setiap warna dalam spektrum cahaya tampak memiliki panjang gelombang karakteristik yang terkait dengannya.
– Perpanjangan : adalah jarak vertikal yang diukur antara titik milik gelombang dan garis referensi.
– Amplitudo : sesuai dengan perpanjangan maksimum.
Mengenai karakteristik temporal, seperti yang telah dikatakan, gangguan bergerak dalam waktu secara berkala, oleh karena itu gelombang cahaya memiliki:
– Periode, durasi waktu fase.
– Frekuensi : jumlah gelombang yang dihasilkan per satuan waktu. Periode dan frekuensi saling berbanding terbalik.
– Kecepatan : adalah hasil bagi antara panjang gelombang λ dan periode T:
v = λ /T
sifat gelombang
Gangguan
Medan elektromagnetik dapat bergabung pada satu titik, mengikuti prinsip superposisi. Ini berarti bahwa jika dua gelombang cahaya dengan amplitudo, frekuensi, dan perbedaan fase yang sama φ tumpang tindih pada suatu titik di ruang angkasa, medan elektromagnetik masing-masing ditambahkan sebagai vektor.
Interferensi terjadi karena gelombang hasil superposisi dapat memiliki amplitudo yang lebih besar daripada gelombang pengganggu, atau sebaliknya, jauh lebih kecil. Dalam kasus pertama dikatakan terjadi interferensi konstruktif, dan dalam kasus kedua disebut interferensi destruktif.
Orang pertama yang mendemonstrasikan interferensi gelombang cahaya dari dua sumber adalah ilmuwan Inggris dan poliglot Thomas Young (1773-1829) pada tahun 1801 dalam eksperimen celah gandanya yang terkenal.
Difraksi
Difraksi terdiri dari penyimpangan dari perilaku bujursangkar yang dialami gelombang ketika menemui hambatan atau bukaan di jalurnya, asalkan dimensinya mirip dengan panjang gelombang.
Difraksi gelombang suara sangat mudah untuk bereksperimen, tetapi karena panjang gelombang cahaya tampak sangat kecil, pada urutan beberapa ratus nanometer, ini sedikit lebih rumit untuk ditentukan.
Polarisasi
Cahaya terdiri dari dua bidang yang tegak lurus satu sama lain, satu listrik dan satu magnet, keduanya tegak lurus terhadap arah rambat. Cahaya yang tidak terpolarisasi terdiri dari superposisi gelombang yang tidak teratur yang medan listriknya memiliki arah acak, sedangkan pada cahaya terpolarisasi, medan listriknya memiliki arah preferensial.
Aplikasi
interferometri
Interferometer optik adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur jarak dengan presisi tinggi. Selain itu, mereka juga dapat mengukur panjang gelombang, indeks bias, diameter bintang terdekat, dan mendeteksi keberadaan planet ekstrasurya.
Eksperimen Michaelson-Morley dilakukan dengan interferometer. Dalam percobaan ini ditemukan bahwa kecepatan cahaya konstan dalam ruang hampa.
polarimetri
Polarimetri adalah teknik yang digunakan dalam analisis kimia suatu zat melalui perputaran seberkas cahaya terpolarisasi yang melewati suatu zat secara optik. Penggunaannya sering dalam industri makanan untuk menentukan konsentrasi gula dalam minuman seperti jus dan anggur.
komunikasi
Dalam komunikasi, cahaya digunakan karena kemampuannya membawa informasi, misalnya melalui serat optik, laser, dan holografi misalnya.
Referensi
- Figueroa, D. (2005). Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 7. Gelombang dan Fisika Kuantum. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
- Giambattista, A. 2010. Fisika. 2. Ed. McGraw Hill.
- Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. 6. Ed Prentice Hall.
- Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. pearson.
- Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. tanggal 14. Ed.Volume 1. Pearson.
