Polarisasi & Hukum Malus
Hukum Malus
Cahaya adalah gelombang yang bisa bergetar ke segala arah menyamping saat merambat. Sebuah polarisator adalah filter yang hanya melewatkan bagian gelombang yang sejajar dengan sumbunya sendiri, sehingga cahaya meredup seiring bertambahnya sudut ketidaksesuaian — dan dua polarisator yang disilangkan pada sembilan puluh derajat memblokir cahaya sepenuhnya.
Rumus
I = I₀ · cos²θ
- I — intensitas yang diteruskan (W/m²): kecerahan cahaya yang berhasil melewati polarisator
- I₀ — intensitas datang (W/m²): kecerahan cahaya sebelum menabrak polarisator
- θ — sudut (degrees): sudut antara polarisasi cahaya dan sumbu polarisator
Contoh yang diselesaikan
Cahaya terpolarisasi dengan intensitas 8 watt per meter persegi menabrak polarisator yang sumbunya diputar 60 derajat dari arah cahaya. Seberapa terang cahaya yang berhasil lewat?
- I₀ = 8 W/m²
- θ = 60°
- I = I₀ · cos²θ
- I = 8 W/m² · cos²(60°) = 8 W/m² · 0.25
I = 2 W/m²
Uji diri Anda
Cahaya delapan watt per meter persegi yang sama kini menabrak polarisator yang diputar 45 derajat. Berapa intensitas yang lewat?
- Jawaban benar: 4 W/m²
- 8 W/m²
- 2 W/m²
Benar! Kosinus kuadrat empat puluh lima derajat adalah setengah, jadi 8 W/m² × 0.5 = 4 W/m².
Dua polarisator disilangkan pada 90 derajat, sehingga tidak ada cahaya yang lewat. Jika Anda menyisipkan polarisator ketiga di antaranya, dimiringkan 45 derajat dari keduanya, apa yang terjadi?
- Masih terblokir sepenuhnya
- Jawaban benar: Sekarang ada sedikit cahaya yang lewat
- Semua cahaya asli lewat
Benar! Setiap tahap 45 derajat melewatkan setengah cahaya (kosinus kuadrat empat puluh lima derajat adalah 0,5), jadi 0,5 dikali 0,5 sama dengan 0,25 — seperempat cahaya lolos meskipun kedua filter luar saling disilangkan.
Di mana Anda melihatnya
Kacamata hitam polaroid meredakan silau dari permukaan danau atau jalan basah karena cahaya pantulan terpolarisasi sebagian — secara horizontal, tepat hal yang memang dirancang untuk diblokir oleh lensa-lensa itu. Sebuah layar LCD adalah jutaan peredup kecil yang terbuat dari polarisator, dan kacamata bioskop 3D memberikan setiap mata polarisasinya sendiri.
Kesalahan umum
Hukum peredupannya adalah cos², bukan cos: pada 45 derajat intensitas tidak turun menjadi sekadar pecahan ringan, melainkan tepat menjadi setengah — cos² dari 45° adalah 0.5, sehingga 8 W/m² menjadi 4 W/m². Kejutan yang terkenal adalah filter ketiga: dua polarisator yang disilangkan pada 90 derajat memblokir semuanya, tetapi menyisipkan satu polarisator pada 45 derajat di antara keduanya membuat cahaya kembali bisa lewat, karena setiap tahap meneruskan I = I₀ · cos²θ dari cahaya yang datang padanya — tiap pemotongan adalah pengurangan setengah, bukan pemusnahan.
Bagaimana ini terhubung
Interferensi membuktikan cahaya adalah gelombang; polarisasi menetapkan arah getarannya — ke samping, tegak lurus arah rambat, persis apa yang dibutuhkan sebuah gelombang dan apa yang tidak dimiliki seberkas partikel. Polarisasi menutup modul optik, dengan hukum Malus yang memotong setengah pada 45 derajat itu bekerja senyap di dalam setiap lensa kacamata hitam dan setiap piksel LCD yang Anda miliki.