DISPERSI CAHAYA

Optik Fisik

Dispersi Cahaya

A.  SPEKTRUM WARNA

Cahaya putih terdiri atas banyak panjang gelombang dan frekuensi yang masing-masing memberikan kesan warna tertentu. Frekuensi cahaya rata-rata 10¹⁴Hz serta panjang gelombang dalam ruang hampa udara antara 400 mm ( 4000 angstrom = 4000 A) untuk warna ungu sampai 700 mm ( 7000 A ) untuk warna merah. Panjang gelombang berturut-turut dari panjang gelombang yang terbesar sampai yang terkecil, warna-warna yang terdapat padacahaya putih adalah Merah ,Jingga , Kuning , Hijau , Biru , Nila , Ungu. Sususan warna tersebut disebut Spektrum Warna . Cahaya putih yang dapat terurai menjadi cahaya yang berwarna-warni disebut cahaya polikromatik  sedangkan cahaya tunggal yang tidak bisa diuraikan lagi disebut cahaya monokromatik.

B.    Terjadinya Spektrum Warna

Cepat rambat cahaya menjadi berkurang bila memasuki media bening yang lebih rapat daripada udara. Hal ini berakibat ikut berkurangnya panjang gelombang cahaya dari masing-masing sinar monokhromatik itu, sehingga masing-masing warna mengalami pembiasan yang arahnya berbeda satu dengan yang lain. Cahaya terurai atas komponen-komponen warna monokhromatik dikatakan cahaya telah mengalami dispersi. Sinar merah yang panjang gelombangnya terbesar mengalami penyimpangan arah (deviasi) terkecil. Secara berurut ,panjang gelombangnya semakin kecil., semakin besar deviasi yang dialami sehingga warna ungu yang panjang gelombangnya terkecil mengalami deviasi terbesar.

Sudut yang terbentuk oleh arah sinar merah dan arah sinar ungu dinamakan Sudut Dispersi. Kejadian di atas dapat pula dinyatakan bahwa Sinar dengan Frekuensi terkecil (merah) mengalami deviasi terkecil, semakin besar frekuensinya semakin besar pula deviasi yang dialami.

C.  Indeks Bias Media Bening terhadap Sinar Monokhoromatik

Indeks bias suatu media bening berbanding terbalik dengan panjang gelombang sinar atau berbanding lurus dengan frekuensi sinar. Indeks bias gelas terhadap merah lebih kecil daripada indeks bias gela sterhadap biru.

          Karena perbedaan indeks bias terhadap masing-masing warna tersebut, dalam melaksanakan berbagai percobaan atau pengukuran digunakan satu warna tertentu saja yakni warna/ sinar monokhromatik kuning, yang di udara panjang, gelombangnya 589 mm ( 5890 A ).

Tabel PanjangGelombang Indeks dan Indeks Bias Warna terhadap 3 jenisKaca :

WarnaSinar	λ Angstrom ( A )	Indeks bias dalamKaca
		Kerona	Flinta	Kuarza
Merah	6563	1,5224	1,5885	1,4564
	6439	1,5249	1,5890	1,4567
Kuning	5890	1,5270	1,5914	1,4585
Hijau	5338	1,5299	1,5946	1,4607
	5086	1,5315	1,5964	1,4619
Biru	4861	1,5330	1,5983	1,4632
Ungu	4340	1,5379	1,6037	1,4669
	3988	1,5425	1,6087	1,4703

D.   Pembentukan Spektrum Warna oleh Prisma

Bila berkas cahaya polikhoromatik didatangkan pada sisi sebuah prisma kaca, akan terbentuk Spektrum Warna. Sebenarnya spectrum tersebut terdiri atas ribuan warna yang berubah secara berangsur-angsur dari merah mengalami divisiasi terkecil,  sedangkan ungu devisiasinya terbesar.

Untuk  prisma yang tidak tebal, dapat dianggap setiap warna mengalami devisiasi minimum sebesar D. Jika B adalah sudut pembias prisma, n_m adalah indeks bias prisma terhadap warna merah, dan n_u adalah indeks bias prisma terhadap warna ungu, deviasi minimum merah ( D_m ) dan deviasi minimum ungu ( D_u ) . Pada prisma akan terurai menjadi warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Kumpulan cahaya warna tersebut disebut spektrum. Lebar spektrum yang dihasilkan oleh prisma tergantung pada selisih sudut deviasi antara cahaya ungu dan cahaya merah. Selisih sudut deviasi antara cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi  yang dirumuskan :

j= D_u - D_m .... (2.4)

Jika sudut pembias prisma kecil (<15o) dan n menyatakan indeks bias prisma serta medium di sekitar prisma adalah udara, maka besarnya sudut dispersi dapat dinyatakan :

j= (n_u – n_m) β .... (2. 5)

dengan :

j = sudut dispersi

D_m = sudut deviasi cahaya merah

D_u = sudut deviasi cahaya ungu

n_m = indeks bias cahaya merah

n_u = indeks bias cahaya ungu

β= sudut pembias prisma

E.     Macam-Macam Spektrum

1.    Spektrum Emisi

Spektrum ini dihasilkan oleh benda yang memancarkan cahaya karena berpijar atau menyala, misalnya nyala apililin, besi cair, dsb.Spektrum emisi dapat berupa :

a.      Spektrum Kontinyu, antara warna yang satu dengan warna berikutnya sulit ditentukan batasnya karena perubahan warnanya secara berangsur-angsur.

b.     Spektrum Diskontinyu, masing-masing warna berdiiri sendiri-sendiri, terpisah antara warna yang satu dengan yang lain. Masing-masing warna dapat berbentuk garis-garis tipis yang dinamakan spektrum garis, yang dihasilkan oleh atom-atom yang berpijar.

2.    Spektrum Absorbsi

Spektrum ini terjadi karena berkas cahaya lebih dahulu melalui media bening yang mengabsorpsi beberapa warna. Misalnya berkas cahaya dilewatkan larutan kalium permanganat encer, berkas yang meninggalkan larutan menghasilkan spektrum, tapi pada warna hijau tampak 5 buah garis hitam karena sebagian warna hijau telah diserap oleh larutan.

Contoh lain adalah spektrum berkas cahaya matahari, banyak sekali terdapat garis-garis hitam sebanyak ±18.000 buah yang dinamakan garis-garis Franhofer. Hal ini disebabkan adanya penyerapan warna-warna tertentu terhadap cahaya matahari oleh gas-gas disekitar matahari. Gas natrium menyerap warna kuning, dengan demikian natrium bila berpijar memancarkan warna kuning.

Prisma Akromatik

Prisma akromatik adalah susunan dua buah prisma yang terbuat dari bahan yang berbeda, disusun secara terbalik yang berfungsi untuk meniadakan sudut deviasi yang terjadi pada prisma tersebut. Misalkan sebuah prisma terbuat dari kaca kerona yang mempunyai indeks bias untuk sinar merah nm, sinar ungu nu dan sudut pembiasnya disusun dengan prisma yang terbuat dari kaca flinta yang memiliki indeks bias untuk sinar merah nm, sinar ungu nu dan sudut pembiasnya maka pada prisma akromatik berlaku bahwa besarnya sudut deviasi pada prisma flinta dan prisma kerona adalah sama.

Karena pemasangan yang terbalik, sehingga kedua sudut deviasi saling meniadakan sehingga berkas sinar yang keluar dari susunan prisma tersebut berupa sinar yang sejajar dengan b berkas sinar yang masuk ke prisma tersebut. Pada prisma akromatik berlaku:

(n_u – n_m) β = (n_{u ‘} – n_m’) β’

Contoh Soal

1.            Seberkas cahaya putih menembus sebuah prisma tipis dengan sudut pembias 10°, jika indeks bias untuk cahaya merah dan ungu masing-masing 1,49 dan 1,52, tentukanlah besar sudut dispersinya!

Penyelesaian:

Diketahui:

β  = 10°

nm = 1,49

nu  = 1,52

Ditanyakan: φ = . . .?

Jawab:

φ = (nu – nm) β

φ = (1,52 – 1,49)10°

φ = (0,03)10°

      φ =  0,3°

2.            Sebuah prisma memiliki sudut pembias 60^o. Indeks bias untuk sinar merah 1,52 dan untuk sinar ungu 1,54. Seberkas sinar putih jatuh pada salah satu sisi prisma. Apabila dianggap semua cahaya mengalami deviasi minimum, hitunglah sudut dispersinya!

Penyelesaian :

Diketahui : β = 60^o

n_m = 1,52

n_u = 1,54

Ditanyakan : j = ...? (deviasi minimum)

φ = (nu – nm) β

φ = (1,52 – 1,49)10°

φ = (0,03)10°

      φ =  0,3°

Penerapan Dispersi:

Contoh peristiwa dispersi pada kehidupan sehari-hari adalah pelangi. Pelangi hanya dapat kita lihat apbila kita membelakangi matahari dan hujan terjadi di depan kita. Jika seberkas cahaya matahari mengenai titik-titik air yang besar, maka sinar itu dibiaskan oleh bagian depan permukaan air. Pada saat sinar memasuki titik air, sebagian sinar akan dipantulkan oleh bagian belakang permukaan air, kemudian mengenai permukaan depan, dan akhirnya dibiaskan oleh permukaan depan. Karena dibiaskan, maka sinar ini pun diuraikan menjadi pektrum matahari.Peristiwa inilah yang kita lihat di langit dan disebut pelangi. Bagan terjadinya proses pelangi dapat dilihat pada gambar dinawah ini