Polarisasi Cahaya dan LCD

"Polarisasi Cahaya dan LCD"

LCD (liquid crystal display) adalah sejenis molekul yang dapat memengaruhi arah polarisasi cahaya. Arah polarisasi cahaya yang dihasilkan bergantung pada orientasi molekul tersebut. Dan orientasi molekul dapat diatur dengan memberikan medan listrik.

Jika cahaya terpolarisasi melewati molekul LCD yang berada dalam keadaan acak (tidak diberikan medan listrik) maka arah polarisasi cahaya memutar. Arah polarisasi cahaya bisa memutar 90o (menjadi tegak lurus dengan arah polarisasi cahaya datang) dengan mengatur ketebalan lapisan LCD. Sebaliknya, jika pada LCD diberikan medan listrik sehingga molekul berorientasi secara sempurna maka arah polarisasi cahaya tidak terpengaruh (sama dengan arah polarisasi cahaya datang).

Yang menarik adalah, jika LCD ditempatkan antara dua polarisator dengan arah orientasi tegak lurus. Cahaya yang masuk LCD memiliki polarisasi yang sama dengan arah sumbu polarisator pertama. Jika LCD tidak dikenai medan listrik maka arah oreintasi cahaya berputar 90o dan ketika keluar dari LCD dan masuk ke polarisator kedua, maka arah polarisasi cahaya persis sama dengan arah sumbu polarisator kedua. Akibatnya cahaya lolos di polarisator kedua.

Tetapi jika LCD dikenai medan listrik maka orientasi molekul menjadi terarah sehingga arah polarisasi cahaya tidak terpengrauh. Ketika cahaya masuk ke polarisator kedua, cahaya ditahan karena arah orientasinya tegak lurus sumbu polarisator kedua. Prinsip inilah yang digunakan pada pembuatan monitor LCD atau TV LCD.

Arah orientasi molekul LCD dapat diatur dengan menerapkan medan listrik yang berbeda. Dengan demikian arah polarisasi cahaya yang meninggalkan LCD dan masuk ke polarisator kedua juga dapat diatur. Intensitas cahaya yang dilewatkan polarisator kedua bergantung pada sudut antara arah polarisasi cahaya yang meninggalkan molekul LCD dan sumbu polarisator kedua. Dengan demikian, intensitas cahaya yang diloloskan polarisator kedua dapat diatur dengan mengatur kuat medan listrik. Ini berakibat, intensitas pixel di layar dapat diatur dengan menerapkan medan listrik yang berbeda.

Jika setelah polarisator kedua dipasang filter cahaya (merah, hijau, biru), maka cahaya yang lolos polarisator kedua akan menghasilkan warna sesuai dengan warna filter yang dipasang. Pada perancangan LCD, satu pixel dibentuk oleh tiga filter cahaya. Dengan mengatur intensitas cahaya yang mengenai masing-masing filter (mengatur kuat medan yang mengenai LCD) maka semua warna dapat diperoleh (kombinasi intensitas tiga warna dasar).

Read More

Mengapa Jika Ban Kendaraan Terlalu Kencang Menyebabkan Penumpang Tidak Nyaman?

"Mengapa Jika Ban Kendaraan Terlalu Kencang Menyebabkan Penumpang Tidak Nyaman?"


Pernah naik kendaraan yang bannya terlalu kencang (terlalu banyak angin)? Tidak nyaman bukan? Apalagi kalau melewati jalan tidak rata. Kendaraan bergetar sangat cepat dan penumpang merasa tidak nyaman. Mengapa demikian? Penyebabnya adalah berkurangnya elastisitas ban.

Udara memiliki modulus elastisitas yang dikenal dengan modulus bulk. Makin besar tekanan gas maka makin besar mobulus bulk. Modulus bulk berkaitan dengan elastisitas. Benda makin tidak elastis jika modulus bulk makin besar.

Apa peranan sifat elastisitas? Sifat elastisitas yang berbeda memiliki respons yang berbeda jika benda dideformasi. Ban yang menggelinding di jalan mengalami deformasi terus menerus (bagian yang menyentuh jalan sedikit rata). Ketika ban mengenai jalan yang tidak rata, maka terjadi perubahan deformasi. Sifat elastisitas mengembalikan ban ke kondisi awal melalui mekanisme osilasi. Frekuensi osilasi makin besar jika modulus bulk makin besar. Ban yang kelebihan tekanan memiliki modulus bulk lebih besar sehingga frekuensi osilasi lebih tinggi ketika melewati jalan yang tidak rata. Akibatnya kendaraan bergetar cepat dan penumpang merasa digoncang-goncang secara cepat.

Read More

Mengapa Ada Lensa Murah dan Ada Lensa Sangat Mahal

"Mengapa Ada Lensa Murah dan Ada Lensa Sangat Mahal"

Saat membeli kacamata kita ditunjukkan lensa pada berbagai harga. Mulai dari yang cukup murah hingga yang amat mahal. Isi dompet dan gaya yang akan menentukan pilihan kita jatuh ke mana? Apa yang mebuat harga lensa bervariasi?

Yang jelas, lensa harus melewatkan cahaya yang jatuh pada satu permukaan dan keluar di permukaan sebelahnya. Secara fisika, apabila cahaya jatuh dari satu medium ke medium lain yang memiliki indeks bias berbeda, maka pasti ada sebagian cahaya yang dipantulkan. Jumlah cahaya yang dipantulkan bergantung pada perbedaan indeks bias dua medium: makin besar jumlah cahaya yang dipantulkan apabila selisih indeks bias dua medium berbeda. Dengan adanya pemantulan tersebut maka cahaya yang melewati lensa berkurang. Apabila lensa tersebut adalah lensa kacamata, maka pandangan pada objek menjadi sedikit redup.

Yang dilakukan pengusaha lensa adalah menekan sekecil mungkin cahaya yang dipantulkan dan meneruskan sebanyak mungkin cahaya yang diloloskan. Apa yang harus dilakukan? Tidak ada pilihan lain kecuali memahami persamaan-persamaan fisika tentang pemantulan dan interferensi cahaya.

Cahaya bisa dihilangkan dengan mekanisme interferensi. Jika dua berkas cahaya yang memiliki panjang gelombang sama dan merambat dalam arah yang sama tetapi berbeda fase 180o maka yang terjadi adalah interferensi destruktif. Apa artinya interferensi destruktif? Simpangan total yang dihasilkan setiap saat selalu nol. Apa artinya simpangan total setiap saat nol? Artinya tidak ada cahaya.

Jadi kalau mau meniadakan cahaya yang dipantulkan permukaan lensa maka harus ada berkas cahaya lain yang merambat dalam arah yang sama dengan cahaya pantul tetapi memiliki fase berbeda 180o. Berkas ini berinterferensi destruktif dengan cahaya yang dipantulkan permukaan lensa sehingga simpangan total cahaya pantul menjadi nol, atau tidak ada cahaya yang dipantulkan. Untuk mencapai tujuan ini, para ahli lensa membuat lapisan tipis di permukaan lensa.

Mengapa lapisan tipis? Dengan adanya lapisan ini maka akan terjadi dua kali pemantulan. Pemantulan pertama dilakukan oleh permukaan lapisan tipis ketika cahaya datang udara dan mengenai permukaan lapisan tipis. Pemantulan kedua terjadi pada permukaan antara lapisan tipis dan lensa. Jadi ada dua berkas yang dipantulkan. Bagaimana agar dua berkas pantul tersebut memiliki beda fase 180o? Persamaan fisika mengajarkan hal itu. Beda potensial 180o dapat dicapai dengan memilih indeks bias yang sesuai untuk material lapisan tipis dan mengatur ketebalan lapisan tipis.
Dari persamaan pemantulan oleh permukaan benda diperoleh bahwa interferensi destruktif dapat dicapai jika ketebalan lapisan tipis sama dengan seperempat panjang gelombang cahaya dan indeks biasnya sama dengan akar perkalian indeks bias udara dan indeks bias lensa. Jika panjang gelombang cahaya diambil rata-rata 500 nm maka tebal lapisan tipis untuk menekan pemantulan adalah 125 nm. Lapisan ini yang disebut lapisan antirefleksi dan tampak berwarna kalau kita lihat dari depan lensa.

Satu lapisan hanya menghasilkan interferensi destruktif untuk satu panjang gelombang. Karena cahaya tampak memiliki sejumlah panjang gelombang maka tidak terjadi interferensi destruktif untuk semua panjang gelombang. Untuk mendiadakan pemantulan pada sebagian besar gelombang dalam spectrum cahaya tampak maka coating berlapis-lapis (multilayer coating) dilakukan. Masing-masing lapisan meniadakan pemantulan untuk masing-masing panjang gelombang. Dengan demikian hampir semua panjang gelombang pantul mengalami interferensi destruktif atau hamper semua gelombang dalam spectrum cahay tampak diloloskan oleh lensa. Lensa semacam inilah yang sangat mahal.

Read More

Bagaimana Menghasilkan Tolakan Terjauh pada Olah Raga Tolak Peluru?

Olah raga tolak peluru mengukur kemampuan atlit menolak peluru sejauh mungkin. Peluru yang digunakan atlit putra dan putri memiliki ukuran yang sedikit berbeda. Peluru untuk atlit putra memiliki massa 7,26 kg dan diameter 125 mm. peluru atlit putri memiliki massa 5,45 kg dan diameter 115 mm.

Saat dilempar peluru bergerak di udara. Setiap benda yang bergerak di udara mengalami gaya hambat yang dikenal dengan gaya Stokes. Pertanyaan: apakah gaya stokes cukup berpengaruh pada gerakan peluru? Ternyata gaya Stokes tidak memiliki pengaruh berarti pada gerak peluru dan dapat diabaikan. Dengan demikian peluru dapat dianggap bergerak dalam ruang hampa.

Untuk menghasilkan tolakan terjauh, atlit harus melatih kemampuan mengatur sudut tolakan. Sudut yang menghasilkan tolakan terjauh bergantung pada ketinggian posisi tangan saat menolak peluru. Ini diperoleh dengan menyelesaikan persamaan posisi peluru x dan y. Orang yang tinggi dan pendek harus menolak pada sudut yang sedikit berbeda agar masing-masing menghasilkan lemparan terjauh. Jadi, agar menang dalam olah raga, ilmu fisika harus digunakan.

Read More

Mengapa Saat Hujan dan Malam Hari Sopir Sulit Melihat Marka Jalan?

Pernah mengendarai mobil malam hari saat hujan? Marka jalan menjadi sangat kabur. Marka yang jelas terlihat hanya yang berada di sekitar bemper depan mobil. Sedangkan yang cukup jauh sulit sekali terlihat. Kodisi ini sering membuat stress sopir, khususnya yang baru pertama kali melewati jalur tersebut. Mengapa demikian?

Kita dapat melihat marka jalan karena adanya cahaya yang megenai marka. Saat malam hari, cahaya yang mengenai marka jalan adalah cahaya lampu depan kendaraan. Jika tidak hujan, cahaya lampu langsung mengenai marka sehingga kita dapat melihat cukup jelas hingga marka yang jauh. Namun jika terjadi hujan maka marka tersebut ditutupi oleh lapisan air. Permukaan air merupakan pemantul cahaya. Cahaya yang jatuh ke permukaan air dengan sudut datang kecil (hampir tegak lurus permukaan) hampir semuanya diteruskan (sedikit yang dipantulkan). Namun, jika cahaya jatuh dengan sudut datang besar maka hampir semuanya dipantulkan. Pada kondisi ini sedikit cahaya yang dibiaskan dan mengenai marka sehingga marka menjadi kabur.

Pada gambar terlihat bahwa jika cahaya yang datang dengan sudut 70o, sekitar 20% dipantulkan oleh lapisan air atau 80% yang dibiaskan menuju marka. Apabila tinggi lampu depan kendaraan sekitar 60 cm, maka sudut cahaya lampu sebesar 70o hanya berjarak sekitar 60 cm/tan(20o) = 16 meter. Jadi hanya marka sejauh 16 meter dari bemper yang cukup jelas terlihat. Jika menggunakan acuan sudut datang 80o dengan dengan reflektansi 40% maka jarak marka yang cukup terlihat sekitar 34 meter.

Read More