Dispersi Cahaya Panduan

FisikaMenengahWaktu baca: 3 menit

Ikhtisar

Pada tahun 1666, Newton membiarkan seberkas sinar matahari melewati prisma segitiga di ruangan gelap, dan pita tujuh warna yang indah muncul di dinding. Eksperimen ini benar-benar menghancurkan kepercayaan tradisional bahwa 'cahaya adalah entitas tunggal yang murni'. Eksperimen ini membawa Anda kembali ke penemuan klasik Newton, mensimulasikan proses penguraian cahaya putih melalui prisma segitiga untuk mengeksplorasi perbedaan kecil dalam sifat bias dari berbagai cahaya monokromatik.

Latar Belakang

Sebelum Newton, diyakini secara luas bahwa cahaya putih adalah yang paling murni, dan bahwa warna disebabkan oleh semacam 'polusi' cahaya oleh benda. Newton membuktikan melalui 'eksperimen prisma' yang terkenal bahwa cahaya putih sebenarnya adalah campuran cahaya dengan berbagai warna. Bahkan lebih cerdik lagi, ia menggunakan prisma kedua untuk menggabungkan kembali tujuh warna cahaya menjadi cahaya putih, yang secara tak terbantahkan mengkonfirmasi teori dispersi cahaya. Penemuan ini membuka pintu ke spektroskopi, memungkinkan kita untuk bahkan menganalisis komposisi bintang yang berjarak miliaran tahun cahaya.

Konsep Utama

Dispersi Cahaya

Fenomena di mana cahaya polikromatik terurai menjadi cahaya monokromatik. Setelah cahaya putih melewati prisma, ia terurai menjadi tujuh warna: merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.

Spektrum

Pita cahaya berwarna yang disusun berdasarkan urutan panjang gelombang (atau frekuensi) setelah cahaya polikromatik diuraikan. Ini adalah 'sidik jari' cahaya putih.

Indeks Bias dan Frekuensi/Panjang Gelombang

n_{\text{violet}} > n_{\text{red}}

Indeks bias suatu medium berbeda untuk cahaya dengan warna berbeda. Cahaya dengan frekuensi lebih tinggi dan panjang gelombang lebih pendek (seperti cahaya ungu) memiliki indeks bias yang lebih besar dan menyimpang lebih signifikan.

Formula & Penurunan

Hubungan antara Deviasi dan Indeks Bias

\delta \propto n - 1

Karena indeks bias

n

kaca untuk cahaya ungu lebih besar, sudut deviasi

\delta

cahaya ungu dari arah rambat aslinya saat melewati prisma adalah yang terbesar, dan cahaya merah adalah yang terkecil.

Langkah Eksperimen

1
Menciptakan Kembali Eksperimen Newton
Amati proses berkas cahaya putih memasuki prisma segitiga. Apa yang terjadi pada cahaya di antarmuka pertama prisma? Apakah berkas cahaya masih putih setelah memasuki prisma?
2
Jelajahi Sudut Deviasi
Seret penggeser 'Sudut Datang' untuk mengubah arah datangnya cahaya. Amati dengan cermat pita cahaya berwarna yang meninggalkan prisma. Warna cahaya mana yang paling menyimpang (posisi absolut paling rendah)? Mana yang paling sedikit menyimpang?
3
Bandingkan Susunan Spektral
Catat urutan tujuh warna: merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Membandingkan data panjang gelombang mereka, pola apa yang Anda temukan antara indeks bias dan panjang gelombang?
4
Jelajahi Cahaya Tak Terlihat
Klik 'Tampilkan Inframerah' dan 'Tampilkan Ultraviolet'. Di wilayah spektrum mana mereka berada masing-masing? Berdasarkan distribusi ini, dapatkah Anda menebak mengapa sinar inframerah memiliki efek termal yang signifikan?

Hasil Pembelajaran

Konfirmasikan bahwa cahaya putih adalah cahaya polikromatik yang terdiri dari tujuh cahaya monokromatik: merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.
Kuasai urutan spektrum setelah dispersi dan perbedaan kemampuan deviasi yang diwakilinya.
Pahami prinsip dispersi prisma: medium yang sama memiliki indeks bias yang berbeda untuk cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda.
Kenali wilayah tak terlihat dalam spektrum (wilayah inframerah dan wilayah ultraviolet).

Aplikasi Nyata

Pelangi: Sinar matahari yang memasuki tetesan air kecil di udara setelah hujan mengalami pembiasan, pemantulan, dan pembiasan lagi, menghasilkan fenomena dispersi.
Analisis Spektral: Para ilmuwan dapat menentukan unsur-unsur penyusun bintang yang jauh dengan menganalisis spektrum yang mereka pancarkan.
Komunikasi Serat Optik: Menggunakan teknologi kompensasi dispersi untuk memastikan integritas sinyal pada transmisi jarak jauh.
Identifikasi Batu Permata: Nilai dispersi tinggi (api) berlian adalah alasan penting untuk keindahannya dan juga dapat digunakan untuk penentuan keaslian.

Kesalahpahaman Umum

Salah

Prisma 'mewarnai' cahaya dengan warna.

Benar

Salah. Prisma hanya 'menyortir' berbagai cahaya monokromatik yang sudah ada dalam cahaya putih melalui jalur pembiasan yang berbeda; itu tidak menghasilkan warna baru.

Salah

Inframerah adalah merah, dan ultraviolet adalah ungu.

Benar

Salah. Baik inframerah maupun ultraviolet tidak terlihat oleh mata telanjang. Cahaya merah yang biasa kita lihat dari pemanas adalah cahaya merah tampak yang dihasilkan bersamaan, bukan inframerah itu sendiri.

Bacaan Lebih Lanjut

Siap untuk memulai?

Sekarang setelah Anda memahami dasar-dasarnya, mulailah eksperimen interaktif!

Mulai Eksperimen Mulai Kuis