24.7 Polarisation

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

1. IsiCahaya tak terkutub dan terkutub
   Huraian

   Dalam cahaya tak terkutub, vektor medan elektrik E bergetar dalam semua satah yang berserenjang dengan arah perambatan. Dalam cahaya terkutub satah (plane-polarised), E bergetar dalam satu satah sahaja.

   Contoh

   Cahaya mentol dan Matahari tak terkutub; cahaya selepas kepingan Polaroid terkutub satah.

2. IsiBukti gelombang melintang
   Huraian

   Hanya gelombang melintang boleh dikutubkan kerana getarannya berserenjang dengan arah perambatan. Gelombang membujur seperti bunyi tidak boleh dikutubkan.

   Contoh

   Tali yang digetarkan melalui celah pagar menegak hanya meloloskan getaran menegak.

NotaCahaya terkutub

Cahaya ialah gelombang melintang (transverse wave): medan elektrik E berayun berserenjang dengan arah perambatan. Cahaya tak terkutub (unpolarised light), cth daripada mentol atau Matahari, mempunyai ayunan E dalam semua satah yang berserenjang dengan arah perambatan. Cahaya terkutub satah (plane-polarised light) mempunyai ayunan E dalam satu satah sahaja. Hanya gelombang melintang boleh dikutubkan; gelombang membujur seperti bunyi tidak boleh.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

1. IsiFungsi pengutub
   Huraian

   Pengutub hanya menghantar komponen E yang selari dengan paksi penghantarannya. Cahaya tak terkutub keamatan I₀' keluar sebagai cahaya terkutub satah berkeamatan ½I₀'.

   Contoh

   Cahaya tak terkutub 12 W m⁻² melalui satu pengutub unggul: keluar 6 W m⁻².

2. IsiPenganalisis
   Huraian

   Kepingan kedua yang diputar menunjukkan keamatan berubah dari maksimum (paksi selari) ke sifar (paksi bersilang 90°), membuktikan cahaya telah terkutub.

   Contoh

   Dua kanta mata hitam Polaroid yang diputar 90° relatif antara satu sama lain kelihatan gelap.

Peta alirPengutuban dengan pengutub dan penganalisis

1. Cahaya tak terkutub berkeamatan I₀' tiba di pengutub (polariser), cth kepingan Polaroid
2. Pengutub hanya menghantar komponen E yang selari dengan paksi penghantarannya (transmission axis)
3. Cahaya keluar terkutub satah dengan keamatan I₀ = ½I₀'
4. Cahaya terkutub tiba di penganalisis (analyser) yang paksinya membuat sudut θ dengan paksi pengutub
5. Komponen amplitud dihantar = E₀ cos θ; keamatan ∝ amplitud², maka I = I₀ cos²θ (hukum Malus)
6. θ = 0°: I = I₀ (maksimum); θ = 90°: I = 0 (bersilang, crossed polaroids)

Peta buih bergandaPengutuban oleh Polaroid vs oleh pantulan

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

1. IsiPernyataan
   Huraian

   Keamatan cahaya terkutub yang dihantar oleh penganalisis berkadar terus dengan kuasa dua kosinus sudut antara paksi penghantaran pengutub dan penganalisis: I = I₀ cos²θ.

   Contoh

   θ = 0° memberi I = I₀; θ = 90° memberi I = 0.

2. IsiMaksud simbol
   Huraian

   I₀ ialah keamatan cahaya terkutub yang tiba di penganalisis (bukan keamatan cahaya tak terkutub asal).

   Contoh

   Jika cahaya tak terkutub 20 W m⁻², maka I₀ = 10 W m⁻² selepas pengutub.

JadualHukum Malus: I = I₀ cos²θ

NotaPernyataan hukum Malus

Hukum Malus (Malus's law): keamatan cahaya terkutub satah yang dihantar melalui penganalisis adalah berkadar terus dengan kuasa dua kosinus sudut θ antara satah pengutuban cahaya tuju dan paksi penghantaran penganalisis, I = I₀ cos²θ, dengan I₀ keamatan cahaya terkutub yang tiba.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

1. IsiMengira keamatan
   Huraian

   Kira cos θ, kuasaduakan, darab dengan I₀.

   Contoh

   I₀ = 8.0 W m⁻², θ = 60°: I = 8.0 × 0.25 = 2.0 W m⁻².

2. IsiDua kepingan dengan cahaya tak terkutub
   Huraian

   Mula-mula I₀ = ½I_asal, kemudian gunakan hukum Malus.

   Contoh

   I_asal = 20 W m⁻², θ = 30°: I = 10 × 0.75 = 7.5 W m⁻²; I = ½I₀ apabila θ = 45°.

Peta alirContoh: dua kepingan Polaroid

1. Cahaya tak terkutub 20 W m⁻² melalui pengutub, kemudian penganalisis pada θ = 30°
2. Selepas pengutub: I₀ = ½ × 20 = 10 W m⁻²
3. Selepas penganalisis: I = I₀ cos²θ = 10 × cos²30°
4. cos 30° = 0.866, cos²30° = 0.75
5. I = 10 × 0.75 = 7.5 W m⁻²

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

1. IsiPengutuban separa melalui pantulan
   Huraian

   Cahaya terpantul dari permukaan seperti air atau kaca terkutub separa dengan getaran E selari dengan permukaan.

   Contoh

   Silau dari jalan basah atau permukaan tasik kebanyakannya terkutub mendatar.

2. IsiPada sudut Brewster
   Huraian

   Apabila sudut tuju sama dengan sudut Brewster θ_B, sinar terpantul berserenjang dengan sinar terbias dan cahaya terpantul terkutub satah sepenuhnya; cahaya terbias terkutub separa.

   Contoh

   Kanta mata hitam Polaroid dengan paksi menegak menyekat silau terkutub mendatar.

NotaPengutuban melalui pantulan

Apabila cahaya tak terkutub dipantulkan oleh permukaan dielektrik (kaca, air), cahaya terpantul (reflected light) terkutub separa, dengan ayunan E lebih banyak selari dengan permukaan. Pada satu sudut tuju khas, sudut Brewster θ_B, cahaya terpantul terkutub satah sepenuhnya (ayunan selari permukaan, berserenjang dengan satah tuju) manakala cahaya terbias terkutub separa. Pada sudut ini sinar terpantul dan sinar terbias berserenjang antara satu sama lain. Kanta mata hitam Polaroid dengan paksi penghantaran menegak menyekat silau pantulan mendatar.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

1. IsiTerbitan
   Huraian

   Pada θ_B, θ_B + r = 90°, jadi sin r = cos θ_B. Hukum Snell: n₁ sin θ_B = n₂ cos θ_B, maka tan θ_B = n₂/n₁.

   Contoh

   Udara ke kaca n = 1.50: θ_B = tan⁻¹ 1.50 = 56.3°, sudut biasan 33.7°.

2. IsiMenggunakan
   Huraian

   Kenal pasti n₁ (medium tuju) dan n₂ (medium pantul).

   Contoh

   Udara ke air n = 1.33: θ_B = 53.1°.

Peta alirTerbitan hukum Brewster

1. Pada sudut Brewster, sinar terpantul ⊥ sinar terbias: θ_B + 90° + r = 180°, maka r = 90° − θ_B
2. Hukum Snell: n₁ sin θ_B = n₂ sin r
3. sin r = sin(90° − θ_B) = cos θ_B
4. n₁ sin θ_B = n₂ cos θ_B
5. tan θ_B = n₂/n₁ (hukum Brewster)

Peta alirContoh: sudut Brewster udara-kaca

1. n₁ = 1.00 (udara), n₂ = 1.50 (kaca)
2. tan θ_B = n₂/n₁ = 1.50/1.00 = 1.50
3. θ_B = tan⁻¹ 1.50 = 56.3°
4. Sudut biasan r = 90° − 56.3° = 33.7°