View
345
Download
6
Category
Preview:
Citation preview
© d r i m b a j o e . w o r d p r e s s . c o m 19
Optika fisis khusus membahasa sifat-sifat fisik cahaya sebagai gelombang. Cahaya bersifat polikromatik artinya terdiri dari berbagai warna yang disebut spektrum warna yang terdiri dai panjang gelombang besar ke kecil, yaitu merah, jingga, kuning, hijau biru, nila dan ungu. Dalam optika fisi akan dibahas mengenai dispersi, interferensi, difraksi, dan polarisasi gelombang cahaya.
A. DISPERSI CAHAYA Dispersi Penguraian warna cahaya setelah melewati satu medium yang berbeda. Dispersi biasanya tejadi pada prisma.
Sudut Deviasi (δ) Sudut antara perpanjangan sinar datang mula-mula (i1) dengan perpanjangan sinar bias akhir (r2), lihat gambar. Besarnya sudur deviasi:
21 ri
21 ir Dengan: β = sudut pembias i1 = sudut datang awal
Panbes (λ >>)
Inbes (n >>)
frekbes (f >>)
20 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
i2 = sudut datang akhir r1 = sudut bias awal r2 = sudut bias akhir δ = sudut deviasi Deviasi Minimum (δm) Syarat terjadinya deviasi minimum:
i1 = r2 atau r1 = i2 berlaku:
2sin
2sin
1
2 nnm
Jika sudut β < 15o, maka:
1
1
2
nn
m
dengan: n2 = indeks bias bahan prisma. n1 = indeks bias medium (jika tidak diketahui, atau udara n1 = 1). Sudut Dispersi (φ) Selisih sudut deviasi warna ungu (δu) dengan sudut deviasi warna merah (δme).
meu
Untuk sudut pembias (β) kecil dan sudut datang (i) yaitu β < 15o dan i < 15o, sudut deviasinya dinyatakan oleh:
)( meu nn
dengan: nu = indeks bias sinar ungu nme = indeks bias sinar merah
© d r i m b a j o e . w o r d p r e s s . c o m 21
Pembahasan: Kerena β = 10o (berarti kurang dari 15o), sehingga:
04,01050,154,1)( meu nn Jadi, besar sudut dispersinya adalah 0,4o
Pembahasan: Kerena segitiga ABC sama sisi, maka β = 60o (berarti lebih besar dari 15o), sehingga:
0
1
2
30452
602
21
260
sin
260sin
12
260
sin2
sin2
sin
mmm
mm
nn
Besar sudut deviasi minimumnya adalah 30o
Anda Cermati dan Pahami!
1. seberkas cahaya putih dijatuhkan pada prisma yang mempunyai sudut
pembias 10o. bila indeks bias warna ungu 1,54 dan indeks bias warna merah 1,50. Hitunglah besar sudut dispersinya.
2. Sebuah sinar jatuh pada sisi AB dari sebuah prisma segitiga ABC,
masuk kedalam prisma dan kemudian menumbuk sisi AC. Jika segitiga ABC sama sisi dan indeks bias bahan prisma 2, tentukan sudut deviasi minimum prisma!
B. INTERFERENSI CAHAYA 1. Konsep Interferensi
Interferensi terjadi ketika dua gelombang datang bersama (berpadu) pada suatu tempat. Syarat terjadinya Interferensi Cahaya: a. Kedua sumber cahaya harus koheren. Maksudnya memiliki frekuensi
yang sama. b. Kedua sumbernya cahaya memiliki amplitudo yang sama.
Pengaruh frekuensi pada interferensi gelombang: Apabila fase kedua gelombang sama, maka akan terjadi interferensi
yang saling menguatkan (konstruktif).
Δx = k.λ dengan k = 0, 1, 2, 3, …
22 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
Apabila fase kedua gelombang berlawanan, maka akan terjadi interferensi yang saling melemahkan (destruktif).
Δx = (2k – 1) 0,5.λ
dengan k = 1, 2, 3, … 2. Interferensi Celah Ganda Young/Percobaan Young
dengan: d = jarak kedua celah (m) l = jarak celah ke layar (m) s = sumber cahaya
θ = jika nilainya kecil lp
tan~sin
Syarat terjadi interferensi maksimum (terang)
kd sin
Untuk θ kecil sin θ = lp
, maka:
klpd
dengan: p = panjang terang ke-k dari terang pusat k = 0, 1, 2, … k = 0 terang pusat
Syarat terjadi interferensi minimum (gelap)
2
12sin kd
© d r i m b a j o e . w o r d p r e s s . c o m 23
Untuk θ kecil sin θ = lp
, maka:
2
12 k
lpd
dengan: p = panjang terang ke-k dari terang pusat k = 1, 2, … k = 1 gelap ke-1
jarak dua garis terang yang berurutan = jarak dua garis gelap yang berurutan = Δp, sehingga:
ldp
dlp
Dengan: λ = panjang gelombang cahaya. Interferensi pada lapisan tipis (sabun, minyak, dll)
Pemantulan sinar matahari oleh permukaan minyak di atas permukaan air Sinar pantul (S1) dan sinar bias (S2) akan menghasilkan interferensi bila dilewatkan pada lensa cembung. a. Interferensi maksimum terjadi bila:
2
12cos2 krdn
b. Interferensi minimum terjadi bila:
krdn cos2
dengan: n = indeks bias lapisan d = tebal lapisan r = sudut bias (r = 0o bila sinar datang tegak lurus bidang batas) k = orde garis terang/gelap = 1, 2, 3, …
24 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
Pembahasan: Kerena yang terjadi garis terang, maka:
500013
105,7102 54
lkpdk
lpd
Besar panjang gelombang yang dipakai adalah 5000Å
Pembahasan: Kerena terjadi pelemahan (minimum), maka:
57
105,20cos2,12
1061cos2
cos2
d
rnkdkrdn
Tebal minimum lapisan gelembung air sabun adalah 2,5.10-5 cm
Anda Cermati dan Pahami!
1. Dua celah dengan jarak 0,2 mm disinari tegak lurus cahaya
monokromatik. Garis terang ketiga terletak 7,5 mm dari garis terang
pusat (nol) pada layar yang berjarak 1 m dari celah. Hitung panjang gelombang sinar yang dipakai!
2. Sebuah sinar monokromatik dengan panjang gelombang 6000 Å didatangkan tegak lurus pada selaput tipis sabun yang indeks biasnya 1,2. Agar terjadi pelemahan, berapa tebal minimum lapisan gelembung air sabun tersebut?
Cincin Newton Terjadi lingkaran-lingkaran gelap dan terang yang sepusat karena adanya lapisan medium/udara yang tipis antara lensa plan-konveks dengan kaca plan-paralel.
Sinar monokromatik
Kaca planparalel
lensa medium
R
Pola pada cincin Newton Diagram percobaan cincin Newton
© d r i m b a j o e . w o r d p r e s s . c o m 25
Pembahasan: Kerena yang terjadi cincin terang, maka:
50004
211
1011
21
232
Rk
rn t
Besar panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah 5000Å
Cincin terang terjadi pada saat:
Rk
trn t
21
2
Cincin gelap terjadi pada saat:
Rk
rn g
2
dengan: rt = jari-jari terang ke-k rg = jari-jari gelap ke-k n = indeks bias medium R = jari-jari lensa λ = panjang gelombang sinar Anda Cermati dan Pahami! 1. Pada cincin Newton jari-jari cincin terang pertama 1 mm dan jari-jari
lensa plan-konveks = 4 m. jika medium adalah udara (n = 1), hitunglah panjang gelombang cahaya yang digunakan!
C. DIFRAKSI CAHAYA Konsep Difrasi Pembelokan arah rambat cahaya pada celah sempit yang menghasilkan garis gelap terang. Difraksi pada celah tunggal Syarat terjadinya pola terang:
2
12sin kd
26 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
Pembahasan: Difraksi pada celah tunggal untuk harga minimum (garis gelap), yaitu:
130030sin6501
sinsin
0
d
kdkd
Lebar celahnya (d) adalah 1300 nm
Syarat terjadinya pola gelap
kd sin
dengan: d = lebar celah θ = sudut difraksi/deviasi λ = panjang gelombang k = orde gelap/terang ke = 0, 1, 2, 3, … Difraksi pada kisi /celah banyak d = lebar 1 kisi d = 1/n cm n = (1/d) banyak garis/cm bila celah semakin banyak maka intensitasnya naik. Syarat terjadinya pola terang
kd sin untuk θ kecil. Sin θ = p/l k = orde terang ke = 0, 1, 2, 3, … Syarat terjadinya pola gelap
2
12sin kd
d = lebar celah (m) θ = sudut difraksi/deviasi (o) λ = panjang gelombang (m) k = orde gelap ke = 1, 2, 3, …
Anda Cermati dan Pahami! 1. Sebuah celah tunggal dijatuhi sinar merah yang panjang gelombang-
nya 650 nm dengan sudut 30o. berapakah harga d minimum bila terjadi difraksi pada layar?
© d r i m b a j o e . w o r d p r e s s . c o m 27
Pembahasan: Difraksi pada kisi untuk garis terang dengan n = 5000 garis/cm, yaitu:
cmn
d 41025000
11
50002
10230sin
sinsin
4
k
dkd
Panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah 5000 Å
2. Seberkan cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 5000 garis tiap cm. sudut bias terang orde ke dua adalah 30o. hitug panjang gelombang cahaya yang dipakai!
D. POLARISASI CAHAYA
Konsep Polarisasi Terserapnya sebagia arah getar cahaya. Polarisasi hanya dapat terjadi pada gelombang transversal. Polarisasi cahaya dapat terjadi karena peristiwa pemantulan, pembiasan, absorbs selektif, dan hamburan. Polarisasi karena Pembiasan:
Apabila sinar pantul tegak lurus sinar bias, maka sinar pantul terpolarisasi linear.
irirnn
ri
9090sinsin
1
2
1290sinsin n
ii
12cossin n
ii
12tan ni
12arctanni
28 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
Pembahasan: Menghitung intensitas cahaya yang keluar dari analisator:
25,23433130cos124
41cos' 22 II
intensitas cahaya yang keluar dari analisator adalah 23,25 watt/m2
dengan: i = sudut polarisasi (o) Polarisasi karena absorbsi selektif
Bila analisatir dan polarisator membentuk sudut θ, maka:
cos' AA
2cos' II dengan: A’ = amplitudo sinar yang keluar dari analisator (m) I’ = intensitas sinar yang keluar dari analisator (watt/m2) θ = sudut putar atau sudut yang dibentuk oleh polarisator dengan
analisator Anda Cermati dan Pahami! 1. Intensitas cahaya alam 124 watt/m2 setelah melewati polarisator
intensitasnya tinggal 25%. Jika sudut antara polarisator dengan analisator 30o. hitunglah intensitas cahaya yang keluar dari analisator!
*** persamaan sukses dan gagal adalah sama-sama sebuah pilihan***
© d r i m b a j o e . w o r d p r e s s . c o m 29
Saatnya Anda Beraksi… ! 1. UAN SMA 2009
berkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm tegak lurus pada kisi difraksi. Jika kisi memiliki 400 garis tiap cm dan sudut deviasi sinar 30o maka banyaknya garis terang yang terjadi pada layar adalah ... A. 24 B. 25 C. 26 D. 50 E. 51
2. EBTANAS SMA 1996
seberkas cahaya jatuh tegak lurus mengenai 2 celah yang berjarak 0,4 mm. Garis terang tingkat ke-3 yang dihasilkan pada layar berjarak 0,5 mm dari terang pusat. Bila jarak layar dengan celah adalah 40 cm, maka panjang gelombang cahaya tersebut adalah … A. 1,0 x 10-7 m B. 1,2 x 10-7 m C. 1,7 x 10-7 m D. 2,0 x 10-7 m E. 4,0 x 10-7 m
3. UAN SMA 2004 Dalam menentukan besarnya panjang gelombang sinar monokhromatik pada percobaan Young diperoleh data-datanya sebagai berikut : • jarak antara kedua celah = 0,3 mm • jarak celah ke layar = 50 cm • jarak antara garis gelap ke-2 dengan
garis gelap ke-3 pada layar = 1 mm. Panjang gelombang sinar monokhromatik tersebut adalah … A. 400 nm B. 480 nm C. 500 nm D. 580 nm
catatan:
30 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
E. 600 nm 4. EBTANAS SMA 2005
Cahaya monokromatik jatuh tegak lurus pada kisi difraksi dengan 4000 celah tiap cm. Apabila spektrum orde kedua membentuk sudut 30o terhadap garis normal maka panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah … A. 6.500 A B. 6.250 A C. 6.000 A D. 5.500 A E. 4.000 A
5. EBTANAS SMA 2001
Seberkas cahaya yang melalui kisi difraksi dengan 5000 celah/cm menghasilkan spektrum garis terang orde kedua yang membentuk sudut 30o terhadap garis normalnya. Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah … A. 5,0 x 10-7 m B. 2,5 x 10-7 m C. 5,0 x 10-6 m D. 2,5 x 10-6 m E. 4,0 x 10-4 m
6. EBTANAS 1992
Seberkas cahaya lewat celah sempit dan menghasilkan interferensi minimum orde ke dua. Apabila lebar celah 2,4 × 10–4 cm maka panjang gelombang cahaya tersebut adalah … A. 4800 Å B. 6000 Å C. 9600 Å D. 14400 Å E. 19200 Å
7. SS FISIKA 2009
Deviasi minimum suatu sinar oleh prisma … A. Tidak tergantung pada sudut puncak
catatan:
300 CM
© d r i m b a j o e . w o r d p r e s s . c o m 31
B. Menjadi lebih kecil bila sudut puncaknya lebih besar
C. Menjadi lebih besar bila sudut puncaknya lebih besar
D. Tidak bergantung pada panjang gelombang
E. Tidak bergantung pada frekuensi sinar
8. SS FISIKA 2009 Pada percobaan Young digunakan dua celah sempit yang berjarak 0,3 mm satu dengan yang lainnya. Jika jarak layar dengan dengan celah 1 m dan jarak garis terang pertama dari terang pusat 1,5 mm, maka panjang gelombang cahaya adalah… m A. 4,5 x 10-3 B. 4,5 x 10-4 C. 4,5 x 10-5 D. 4,5 x 10-6 E. 4,5 x 10-7
9. SS FISIKA 2009
Warna hijau pakaian seorang penyanyi di atas panggung, bila disinari dengan cahaya merah menyala akan tampak… A. Hijau B. Kuning C. Hitam D. Merah E. Jingga
10. SS FISIKA 2009
Percobaan lenturan cahaya pada kisi-kisi dapat diketahui bahwa penyimpangan cahaya biru lebih kecil daripada cahaya kuning. Sedangkan penyimpangan cahaya kuning lebih kecil dari pada penyimpangan cahaya merah. Urutan cahaya dari panjang gelombang yang besar ke yang kecil adalah… A. Biru-kuning-merah B. Kuning-merah-biru C. Merah-biru-kuning D. Merah-kuning-biru E. Kuning-biru-merah
catatan:
32 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
11. SS FISIKA 2009 Pada percobaan interferensi Young jarak antara garis gelap kedua ke pusat pola interferensi 3 mm, jarak antara kedua celah 0,25 mm dan jarak celah ke layar 1 m, maka panjang gelombang cahaya yang digunaka adalah … m A. 5,0 x 10-8 B. 5,0 x 10-7 C. 5,0 x 10-6 D. 2,5 x 10-6 E. 2,5 x 10-5
12. SS FISIKA 2009
Seberkas cahaya monokromatik setelah melalui dua celah sempit yang berjarak 0,2 cm, membentuk pola interferensi pada layar yang berjarak 8 m dari celah tadi. Jika pada layar terjadi terang pertama pada jarak 0,3 cm dari terang pusat, maka panjang gelombang cahaya itu … m A. 6,9 x 10-7 B. 7,2 x 10-7 C. 7,5 x 10-7 D. 7,8 x 10-7 E. 8,1 x 10-7
13. SS FISIKA 2009
Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 5000 garis tiap cm. sudut bias orde kedua adalah 30o. maka panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah … A. 4000 Å B. 2500 Å C. 6000 Å D. 5000 Å E. 7000 Å
14. SS FISIKA 2009
Pada percobaan Young (celah ganda), jika jarak antara dua celahnya dijadikan dua kali semula, maka jarak antara dua garis gelap yang berurutan menjadi… A. 4 kali semula
catatan:
© d r i m b a j o e . w o r d p r e s s . c o m 33
B. 2 kali semula C. ¼ kali semula D. ½ kali semula E. Tetap tidak berubah
15. SS FISIKA 2009
Dua celah dengan jarak 0,2 mm disinari tegak lurus. Garis terang ketiga terletak 7,5 mm dari garis terang ke nol pada layar yang jaraknya 1 m dari celah. Panjang gelombang sinar yang dipakai adalah … mm A. 5,0 x 10-3 B. 2,5 x 10-3 C. 1,5 x 10-3 D. 5,0 x 10-4 E. 2,5 x 10-4
16. SS FISIKA 2009
Cahaya yang tidak terpolarisasi dapat dijadikan cahaya terpolarisasi dengan … 1. Pemantulan efektif 2. Bias kembar 3. Absorbs selektif 4. Interferensi
17. UM-UGM 2003
Cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 660 nm datang tegak lurus mengenai sebuah kisi difraksi dan menghasilkan pola interferensi pada layar dibelakangnya. Jarak antar pola tersebut adalah 6 mm. bila diinginkan jarak antar pita terdekat sebesar 5 mm, maka perlu dipergunakan cahaya monokromatik lain dengan panjang gelombang … nm A. 925 B. 850 C. 725 D. 550 E. 450
18. UM-UGM 2003
Jika suatu cahaya putih dilewatkan suatu kisi difraksi maka warna yang
catatan:
34 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
mengalami deviasi paling dekat terhadap bayangan pusat adalah … A. Jingga B. Merah C. Kuning D. Hijau E. Biru
19. UM-UGM 2005
Pada suatu percobaan interferensi 2 celah yang terpisah sejaun 0,2 mm dengan sebuah layar ditaruh sejauh 1 m di belakang celah. Garis terang nomor 3 ditemukan terpisah sejauh 7,5 mm dari garis terang pusat. Panjang gelombang yang digunakan adalah… cm A. 5 x 10-10 B. 5 x 10-8 C. 5 x 10-6 D. 5 x 10-5 E. 5 x 10-2
20. UM-UGM 2006
Panjang gelombang cahaya dalam Å yang menyinari dua celah identik yang terpisah sejarak 0,10 cm, ketika garis terang yang diamati sejauh 60,0 cmdari layar tampak terpisah sejauh 0,048 cm adalah…. A. 8000 B. 6000 C. 4000 D. 3000 E. 2000
21. UM-UGM 2007 Sebuah celah selebar a disinari secara paralel dengan cahaya monokromatik yang panjang gelombangnya λ. Supaya minimum pertama pola difraksi tepat jatuh pada sudut 30o, nilai a adalah … A. ½ λ B. 3/2 λ C. 3/4 λ D. 1 λ E. 2 λ
catatan:
© d r i m b a j o e . w o r d p r e s s . c o m 35
22. Seberkas cahaya jatuh tegak lurus mengenai 2 celah yg berjarak 0,4 mm. Garis terang tingkat ke – 3 yg dihasilkan pada layar berjarak 0,5 mm dr terang pusat. Jika jarak layar dgn celah 40 cm, maka panjang gelombang cahaya tersebut adalah... m A. 1.10-7 B. 1,2.10-7 C. 1,7. 10-7 D. 2. 10-7 E. 4. 10-7
23. Dalam difraksi cahaya karena celah
tunggal, sudut difraksi diperbesar ketika.... A. panjang gelombang sinar datang
diperbesar B. panjang gelombang sinar datang
diperkecil C. amplitudo sinar datang diperbesar D. amplitudo sinar datang diperkecil E. lebar celah diperbesar
24. Seberkas cahaya dilewatkan pada kisi
difraksi dgn 5000 celah/cm akan dihasilkan garis terang kedua dgn sudut deviasi 300 (√3 = 1,7) thd garis normal, berarti panjang gelombang cahaya yg dipakai adalah… Å A. 2500 B. 3400 C. 5000 D. 8500 E. 10000
25. Sebuah prisma berlian punya sudut
puncak 60o. Cahaya kuning datang pada salah satu sisi pembias dgn sudut datang 60o. Indeks bias berlian utk cahaya kuning = √3. Berapa sudut deviasi prisma?
catatan:
36 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika
26. PP I 1981 Jika analisator dan polarisator membuat sudut α, maka intensitas sinar yang diteruskan sebanding dengan… A. tan2 α B. sin2 α C. cos2 α D. tan α E. sin α
27. PP I 1980
Warna biru langit terjadi karena cahaya matahari mengalami … A. Difraksi B. Hamburan C. Interferensi D. Pemantulan E. Pembiasan
28. UMPTN 1997 Rayon A Jika cahaya putih dilewatkan pada sebuah kisi difraksi maka akan dihasilkan tiga orde pertama spektrum pada layar. Warna spectrum pusat tersebut adalah… A. Putih B. Ungu C. Merah D. Merah dan Violet E. Hijau
29. UMPTN 1993 Rayon C
Cahaya suatu sumber melalui dua celah sempit yang terpisah 0,1 mm. jika jarak antara dua celah sempit terhadap layar 100 cm dan jarak antar garis gelap pertama dengan garis terang pertama adalah 2,95 mm, maka panjang gelombang yang digunakan adalah .. mm A. 2100 B. 1080 C. 590 D. 480 E. 440
catatan:
Recommended