Gelombang Cahaya
Gelombang Cahaya
Fisika SMA — Pengertian, Prisma, Interferensi, Difraksi, Polarisasi, dan Soal Literasi
Daftar Isi
A. Pengertian Gelombang Cahaya
Bayangkan situasi ini:
"Saat sinar matahari menembus celah tirai, kamu melihat berkas cahaya yang lurus. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang tidak memerlukan medium untuk merambat dan memiliki sifat-sifat seperti interferensi, difraksi, dan polarisasi."
"Saat sinar matahari menembus celah tirai, kamu melihat berkas cahaya yang lurus. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang tidak memerlukan medium untuk merambat dan memiliki sifat-sifat seperti interferensi, difraksi, dan polarisasi."
Definisi Gelombang Cahaya:
Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan \(c = 3 \times 10^8\) m/s. Cahaya memiliki sifat dualisme sebagai gelombang dan partikel.
Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan \(c = 3 \times 10^8\) m/s. Cahaya memiliki sifat dualisme sebagai gelombang dan partikel.
Sifat-sifat Gelombang Cahaya:
- Refleksi (pemantulan)
- Refraksi (pembiasan)
- Interferensi (perpaduan gelombang)
- Difraksi (pelenturan)
- Polarisasi (pengkutuban)
- Dispersi (penguraian warna)
B. Pembiasan Cahaya pada Prisma
Prisma:
Prisma adalah medium tembus cahaya dengan dua bidang pembias yang membentuk sudut. Prisma dapat menguraikan cahaya putih menjadi spektrum warna (dispersi).
Prisma adalah medium tembus cahaya dengan dua bidang pembias yang membentuk sudut. Prisma dapat menguraikan cahaya putih menjadi spektrum warna (dispersi).
\[
\delta = i_1 + i_2 - \beta
\]
- \(\delta\) = sudut deviasi (sudut pembelokan cahaya)
- \(i_1\) = sudut datang pada bidang pertama
- \(i_2\) = sudut keluar pada bidang kedua
- \(\beta\) = sudut puncak prisma
Deviasi Minimum:
\[ \delta_{min} = 2i - \beta \]
Saat \(i_1 = i_2\) (deviasi minimum): \[ n = \frac{\sin \left(\frac{\beta + \delta_{min}}{2}\right)}{\sin \left(\frac{\beta}{2}\right)} \]
\[ \delta_{min} = 2i - \beta \]
Saat \(i_1 = i_2\) (deviasi minimum): \[ n = \frac{\sin \left(\frac{\beta + \delta_{min}}{2}\right)}{\sin \left(\frac{\beta}{2}\right)} \]
Penerapan Prisma dalam Kehidupan Sehari-hari
Pelangi
Dispersi cahaya oleh tetesan air hujan
Prisma Kamera
Menguraikan cahaya untuk fotografi
Spektrometer
Menganalisis spektrum cahaya
Permata / Berlian
Menguraikan cahaya menjadi warna-warna
Pelangi di Air Mancur
Dispersi cahaya oleh butiran air
Kristal
Menguraikan cahaya menjadi spektrum
C. Interferensi Celah Ganda
Interferensi Celah Ganda (Young):
Percobaan Young menggunakan dua celah sempit menghasilkan pola terang dan gelap pada layar akibat interferensi.
Percobaan Young menggunakan dua celah sempit menghasilkan pola terang dan gelap pada layar akibat interferensi.
Jarak garis terang ke terang pusat:
\[
y_n = \frac{n \lambda L}{d}
\]
Jarak garis gelap ke terang pusat: \[ y_n = \frac{(n + \frac{1}{2}) \lambda L}{d} \]
Jarak garis gelap ke terang pusat: \[ y_n = \frac{(n + \frac{1}{2}) \lambda L}{d} \]
- \(y_n\) = jarak garis terang/gelap ke-n dari terang pusat (m)
- \(n\) = orde interferensi (0,1,2,...)
- \(\lambda\) = panjang gelombang cahaya (m)
- \(L\) = jarak celah ke layar (m)
- \(d\) = jarak antar celah (m)
Penerapan Interferensi Celah Ganda dalam Kehidupan Sehari-hari
CD / DVD
Lapisan CD menyebabkan interferensi cahaya
Mikroskop Interferensi
Mengukur ketebalan lapisan tipis
Lapisan Minyak di Air
Warna-warni pada lapisan minyak
Filter Antirefleksi
Lapisan tipis pada lensa kamera
Gelembung Sabun
Warna pelangi pada gelembung sabun
Cahaya di Permukaan Air
Interferensi pada lapisan tipis air
D. Interferensi pada Selaput Tipis
Interferensi Selaput Tipis:
Interferensi terjadi pada lapisan tipis (seperti minyak, sabun, atau lapisan kaca) karena perbedaan panjang lintasan cahaya yang dipantulkan dan dibiaskan.
Interferensi terjadi pada lapisan tipis (seperti minyak, sabun, atau lapisan kaca) karena perbedaan panjang lintasan cahaya yang dipantulkan dan dibiaskan.
Syarat Interferensi Maksimum:
\[
2nt \cos r = (m + \frac{1}{2}) \lambda
\]
Syarat Interferensi Minimum: \[ 2nt \cos r = m \lambda \]
Syarat Interferensi Minimum: \[ 2nt \cos r = m \lambda \]
- \(n\) = indeks bias lapisan tipis
- \(t\) = ketebalan lapisan (m)
- \(r\) = sudut bias
- \(m\) = orde interferensi (0,1,2,...)
- \(\lambda\) = panjang gelombang (m)
Penerapan Interferensi Selaput Tipis dalam Kehidupan Sehari-hari
Gelembung Sabun
Warna-warni pada permukaan gelembung
Lapisan Minyak
Warna pelangi pada genangan minyak
Lensa Anti Refleksi
Lapisan tipis pada kacamata
Cat Mobil
Lapisan cat mengkilap
Layar LCD
Lapisan tipis pada layar
Cincin Newton
Interferensi pada lapisan udara tipis
E. Difraksi Cahaya pada Celah Tunggal
Difraksi Celah Tunggal:
Difraksi adalah pelenturan cahaya saat melewati celah sempit. Pada celah tunggal, pola gelap dan terang terbentuk di layar.
Difraksi adalah pelenturan cahaya saat melewati celah sempit. Pada celah tunggal, pola gelap dan terang terbentuk di layar.
Syarat Gelap ke-m:
\[
d \sin \theta = m \lambda
\]
Jarak gelap ke-m dari terang pusat: \[ y_m = \frac{m \lambda L}{d} \]
Jarak gelap ke-m dari terang pusat: \[ y_m = \frac{m \lambda L}{d} \]
- \(d\) = lebar celah (m)
- \(\theta\) = sudut difraksi
- \(m\) = orde difraksi (1,2,3,...)
- \(\lambda\) = panjang gelombang (m)
- \(L\) = jarak celah ke layar (m)
Penerapan Difraksi dalam Kehidupan Sehari-hari
Pelangi di Kain
Difraksi pada serat kain
Bulu Burung
Warna pada bulu merak
Mikroskop
Batas resolusi mikroskop
Fotografi
Efek difraksi pada aperture
Teleskop
Batas resolusi teleskop
CD / DVD
Difraksi pada alur CD
F. Difraksi Cahaya pada Kisi
Kisi Difraksi:
Kisi difraksi adalah sejumlah celah dengan jarak tetap yang menghasilkan pola interferensi dan difraksi.
Kisi difraksi adalah sejumlah celah dengan jarak tetap yang menghasilkan pola interferensi dan difraksi.
Jarak garis terang ke-m dari terang pusat:
\[
y_m = \frac{m \lambda L}{d}
\]
Rumus Kisi: \[ d \sin \theta = m \lambda \]
Konstanta Kisi: \[ d = \frac{1}{N} \]
Rumus Kisi: \[ d \sin \theta = m \lambda \]
Konstanta Kisi: \[ d = \frac{1}{N} \]
- \(d\) = jarak antar celah pada kisi (m)
- \(N\) = jumlah celah per satuan panjang (celah/m)
- \(m\) = orde spektrum (0,1,2,...)
- \(\lambda\) = panjang gelombang (m)
- \(L\) = jarak kisi ke layar (m)
Penerapan Kisi Difraksi dalam Kehidupan Sehari-hari
CD / DVD
Alur pada CD berfungsi sebagai kisi difraksi
Spektrometer
Menganalisis spektrum cahaya
Mikroskop Interferensi
Mengukur panjang gelombang
Spektroskopi
Menganalisis komposisi bintang
Sendok Berlubang
Difraksi pada lubang kecil
Layar Monitor
Pixel pada layar sebagai kisi
G. Polarisasi Cahaya
Polarisasi:
Polarisasi adalah pengkutuban cahaya, yaitu pengurangan arah getar cahaya menjadi satu arah tertentu.
Polarisasi adalah pengkutuban cahaya, yaitu pengurangan arah getar cahaya menjadi satu arah tertentu.
Cara Memperoleh Polarisasi
Pemantulan
Cahaya yang dipantulkan pada sudut tertentu terpolarisasi
Contoh: Cahaya matahari di permukaan air
Contoh: Cahaya matahari di permukaan air
Pembiasan
Cahaya yang dibiaskan dapat terpolarisasi
Contoh: Cahaya melewati kristal
Contoh: Cahaya melewati kristal
Bias Kembar
Pembiasan ganda pada kristal tertentu
Contoh: Kristal kalsit
Contoh: Kristal kalsit
Absorbsi Selektif
Penyerapan cahaya oleh polaroid
Contoh: Kacamata hitam polaroid
Contoh: Kacamata hitam polaroid
Hamburan
Hamburan cahaya oleh partikel
Contoh: Langit biru
Contoh: Langit biru
Bidang Polarisasi
Bidang getar cahaya setelah polarisasi
Contoh: Rotasi bidang polarisasi (gula)
Contoh: Rotasi bidang polarisasi (gula)
Penerapan Polarisasi dalam Kehidupan Sehari-hari
Kacamata Polaroid
Mengurangi silau dari pantulan air/jalan
Layar LCD
Menggunakan polarisasi untuk menampilkan gambar
Filter Polarisasi Kamera
Mengurangi pantulan dan meningkatkan kontras
Mikroskop Polariskop
Menganalisis kristal
Langit Biru
Hamburan cahaya oleh atmosfer
Pelangi
Polarisasi pada pelangi
H. Latihan Soal Interaktif
Kerjakan soal-soal berikut dengan mengisi kotak jawaban,
lalu klik Cek Jawaban untuk mengetahui kebenarannya!
Panduan Menambahkan Soal Baru & Gambar:
1. Menambahkan Gambar:
Ganti URL gambar pada tag
Ganti URL gambar pada tag
<img src="URL_GAMBAR_ANDA" alt="Deskripsi Gambar">
2. Menambahkan Soal Baru:
Copy blok
Copy blok
<div class="soal-interaktif" id="soalX">, ganti X dengan nomor soal,
dan tambahkan fungsi JavaScript sesuai pola di bagian bawah.
Skor Anda
0 / 30
1
Sifat-sifat Gelombang Cahaya
Perhatikan gambar gelombang elektromagnetik!
Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki sifat-sifat:
1. Pemantulan (Refleksi): cahaya dapat dipantulkan oleh cermin
2. Pembiasan (Refraksi): cahaya membelok saat melewati medium berbeda (contoh: sedotan dalam air terlihat bengkok)
3. Interferensi: perpaduan dua gelombang cahaya (contoh: warna-warni pada lapisan minyak)
4. Difraksi: pembelokan cahaya saat melewati celah sempit
5. Polarisasi: pengkutuban arah getar cahaya (contoh: kacamata polaroid)
6. Dispersi: penguraian cahaya putih menjadi spektrum warna (contoh: pelangi)
Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki sifat-sifat:
1. Pemantulan (Refleksi): cahaya dapat dipantulkan oleh cermin
2. Pembiasan (Refraksi): cahaya membelok saat melewati medium berbeda (contoh: sedotan dalam air terlihat bengkok)
3. Interferensi: perpaduan dua gelombang cahaya (contoh: warna-warni pada lapisan minyak)
4. Difraksi: pembelokan cahaya saat melewati celah sempit
5. Polarisasi: pengkutuban arah getar cahaya (contoh: kacamata polaroid)
6. Dispersi: penguraian cahaya putih menjadi spektrum warna (contoh: pelangi)
✅ Jawaban: dispersi
Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya putih menjadi spektrum warna (merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu).
Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya putih menjadi spektrum warna (merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu).
2
Manfaat Gelombang Cahaya
Manfaat gelombang cahaya dalam kehidupan sehari-hari:
1. Komunikasi: serat optik untuk internet dan telepon
2. Kedokteran: laser untuk operasi mata, sinar-X untuk foto tulang
3. Industri: laser untuk memotong logam
4. Pertanian: cahaya matahari untuk fotosintesis
5. Hiburan: lampu laser dalam konser
6. Navigasi: lampu mercusuar dan lampu lalu lintas
1. Komunikasi: serat optik untuk internet dan telepon
2. Kedokteran: laser untuk operasi mata, sinar-X untuk foto tulang
3. Industri: laser untuk memotong logam
4. Pertanian: cahaya matahari untuk fotosintesis
5. Hiburan: lampu laser dalam konser
6. Navigasi: lampu mercusuar dan lampu lalu lintas
✅ Jawaban: serat optik
Serat optik menggunakan prinsip pemantulan sempurna cahaya untuk mengirimkan data dengan kecepatan tinggi.
Serat optik menggunakan prinsip pemantulan sempurna cahaya untuk mengirimkan data dengan kecepatan tinggi.
3
Deviasi pada Prisma
Sebuah prisma mempunyai sudut pembias 60° dan indeks biasnya 1,5. Seberkas sinar datang pada salah satu sisi pembias prisma dengan sudut datang 60°, tentukan:
a. sudut deviasi yang terjadi pada prisma,
b. sudut deviasi minimum yang terjadi pada prisma tersebut, dan
c. sudut deviasi minimum yang terjadi jika prisma di dalam air yang indeks biasnya 4/3
a. sudut deviasi yang terjadi pada prisma,
b. sudut deviasi minimum yang terjadi pada prisma tersebut, dan
c. sudut deviasi minimum yang terjadi jika prisma di dalam air yang indeks biasnya 4/3
✅ Jawaban:
a. δ = 45°
b. δmin = 37,2°
c. δmin (dalam air) = 19,5°
Penyelesaian:
n₂ sin r₁ = n₁ sin i → 1,5 sin r₁ = 1 sin 60 → r₁ = 35,3°
r₂ = 60 - 35,3 = 24,7°
n₁ sin i₂ = n₂ sin r₂ → 1,5 sin i₂ = 1 sin 24,7 → i₂ = 40,3°
δ = i + i₂ - β = 60 + 40,3 - 60 = 40,3°
δmin = 2 arcsin(n sin(β/2)) - β = 37,2°
δmin (dalam air) = 2 arcsin((n₂/n₁) sin(β/2)) - β = 19,5°
a. δ = 45°
b. δmin = 37,2°
c. δmin (dalam air) = 19,5°
Penyelesaian:
n₂ sin r₁ = n₁ sin i → 1,5 sin r₁ = 1 sin 60 → r₁ = 35,3°
r₂ = 60 - 35,3 = 24,7°
n₁ sin i₂ = n₂ sin r₂ → 1,5 sin i₂ = 1 sin 24,7 → i₂ = 40,3°
δ = i + i₂ - β = 60 + 40,3 - 60 = 40,3°
δmin = 2 arcsin(n sin(β/2)) - β = 37,2°
δmin (dalam air) = 2 arcsin((n₂/n₁) sin(β/2)) - β = 19,5°
4
Sudut Deviasi Minimum Prisma
Sebuah prisma mempunyai sudut pembias 10° dan indeks biasnya 1,5. Tentukan berapa sudut deviasi minimum pada prisma tersebut!
✅ Jawaban: 5,1°
Penyelesaian:
δmin = (n - 1)β = (1,5 - 1) × 10° = 0,5 × 10° = 5°
(dengan pendekatan sudut kecil)
Penyelesaian:
δmin = (n - 1)β = (1,5 - 1) × 10° = 0,5 × 10° = 5°
(dengan pendekatan sudut kecil)
5
Sudut Dispersi Prisma
Sebuah prisma memiliki sudut pembias 60°. Indeks bias untuk sinar merah 1,52 dan untuk sinar ungu 1,54. Seberkas sinar putih jatuh pada salah satu sisi prisma. Apabila dianggap semua cahaya mengalami deviasi minimum, hitunglah sudut dispersinya!
✅ Jawaban: 1,2°
Penyelesaian:
Δ = (nungu - nmerah) × β
Δ = (1,54 - 1,52) × 60° = 0,02 × 60° = 1,2°
Penyelesaian:
Δ = (nungu - nmerah) × β
Δ = (1,54 - 1,52) × 60° = 0,02 × 60° = 1,2°
6
Sudut Dispersi Prisma Kaca Kerona
Sebuah prisma memiliki sudut pembias 10° terbuat dari kaca kerona. Seberkas sinar datang ke salah satu sisi prisma. Jika diketahui indeks bias untuk sinar merah dan sinar ungu untuk prisma tersebut berturut-turut adalah 1,52 dan 1,54, tentukan besarnya sudut dispersinya!
✅ Jawaban: 0,2°
Penyelesaian:
Δ = (nungu - nmerah) × β
Δ = (1,54 - 1,52) × 10° = 0,02 × 10° = 0,2°
Penyelesaian:
Δ = (nungu - nmerah) × β
Δ = (1,54 - 1,52) × 10° = 0,02 × 10° = 0,2°
7
Interferensi Celah Ganda
Cahaya dengan panjang gelombang 4000 Å datang pada celah ganda yang jaraknya 0,4 mm. Pola interferensi yang terjadi ditangkap pada layar yang berada 50 cm dari celah ganda. Tentukan:
a. jarak antara garis terang pertama dengan terang ketiga yang berdekatan,
b. jarak antara dua garis terang berdekatan,
c. jarak antara garis gelap pertama dengan gelap kelima yang berdekatan!
a. jarak antara garis terang pertama dengan terang ketiga yang berdekatan,
b. jarak antara dua garis terang berdekatan,
c. jarak antara garis gelap pertama dengan gelap kelima yang berdekatan!
✅ Jawaban:
a. Δy1-3 = 1 × 10⁻⁴ m
b. Δy = 0,5 × 10⁻⁴ m
c. Δy1-5 = 2 × 10⁻⁴ m
Penyelesaian:
λ = 4000 Å = 4×10⁻⁷ m, d = 0,4 mm = 4×10⁻⁴ m, L = 50 cm = 0,5 m
Δy = λL/d = (4×10⁻⁷ × 0,5)/(4×10⁻⁴) = 5×10⁻⁴ m
a. Δy1-3 = 2Δy = 1×10⁻⁴ m
b. Δy = 0,5×10⁻⁴ m
c. Δy1-5 = 4Δy = 2×10⁻⁴ m
a. Δy1-3 = 1 × 10⁻⁴ m
b. Δy = 0,5 × 10⁻⁴ m
c. Δy1-5 = 2 × 10⁻⁴ m
Penyelesaian:
λ = 4000 Å = 4×10⁻⁷ m, d = 0,4 mm = 4×10⁻⁴ m, L = 50 cm = 0,5 m
Δy = λL/d = (4×10⁻⁷ × 0,5)/(4×10⁻⁴) = 5×10⁻⁴ m
a. Δy1-3 = 2Δy = 1×10⁻⁴ m
b. Δy = 0,5×10⁻⁴ m
c. Δy1-5 = 4Δy = 2×10⁻⁴ m
8
Celah Ganda Young
Seberkas cahaya monokromatik memiliki panjang gelombang 5000 Å dilewatkan melalui celah ganda Young. Celah ganda berjarak 0,2 mm satu sama lain, kemudian 80 cm di belakang celah dipasang layar. Tentukan:
a. jarak garis terang pertama dari terang pusat,
b. jarak garis terang kedua dari terang pusat,
c. jarak antara garis terang pertama dengan garis terang kedua pada layar!
a. jarak garis terang pertama dari terang pusat,
b. jarak garis terang kedua dari terang pusat,
c. jarak antara garis terang pertama dengan garis terang kedua pada layar!
✅ Jawaban:
a. y₁ = 2 × 10⁻⁴ m
b. y₂ = 4 × 10⁻⁴ m
c. Δy = 2 × 10⁻⁴ m
Penyelesaian:
λ = 5000 Å = 5×10⁻⁷ m, d = 0,2 mm = 2×10⁻⁴ m, L = 80 cm = 0,8 m
y₁ = λL/d = (5×10⁻⁷ × 0,8)/(2×10⁻⁴) = 2×10⁻⁴ m
y₂ = 2y₁ = 4×10⁻⁴ m
Δy = y₂ - y₁ = 2×10⁻⁴ m
a. y₁ = 2 × 10⁻⁴ m
b. y₂ = 4 × 10⁻⁴ m
c. Δy = 2 × 10⁻⁴ m
Penyelesaian:
λ = 5000 Å = 5×10⁻⁷ m, d = 0,2 mm = 2×10⁻⁴ m, L = 80 cm = 0,8 m
y₁ = λL/d = (5×10⁻⁷ × 0,8)/(2×10⁻⁴) = 2×10⁻⁴ m
y₂ = 2y₁ = 4×10⁻⁴ m
Δy = y₂ - y₁ = 2×10⁻⁴ m
9
Interferensi Lapisan Tipis Minyak
Lapisan minyak berada di atas air dapat memantulkan warna merah. Hal ini dapat membuktikan bahwa warna biru mengalami interferensi dan hilang dari spektrum. Jika indeks bias minyak 1,5 dan panjang gelombang sinar biru sebesar 4500 Å, maka tentukan tebal minimum minyak tersebut!
✅ Jawaban: 1,5 × 10⁻⁷ m
Penyelesaian:
Untuk interferensi minimum (pelemahan): 2nt = (m + ½)λ
Tebal minimum: m = 0 → 2nt = λ/2
t = λ/(4n) = 4500×10⁻¹⁰/(4×1,5) = 7,5×10⁻⁸ m
Penyelesaian:
Untuk interferensi minimum (pelemahan): 2nt = (m + ½)λ
Tebal minimum: m = 0 → 2nt = λ/2
t = λ/(4n) = 4500×10⁻¹⁰/(4×1,5) = 7,5×10⁻⁸ m
10
Pelemahan Lapisan Minyak
Sebuah sinar monokromatik dengan panjang gelombang 5800 Å didatangkan vertikal pada lapisan minyak yang indeks biasnya = 1,2. Agar terjadi pelemahan sinar maka tentukan tebal minimum lapisan minyak tersebut!
✅ Jawaban: 1,208 × 10⁻⁷ m
Penyelesaian:
2nt = (m + ½)λ → t = λ/(4n) = 5800×10⁻¹⁰/(4×1,2) = 1,208×10⁻⁷ m
Penyelesaian:
2nt = (m + ½)λ → t = λ/(4n) = 5800×10⁻¹⁰/(4×1,2) = 1,208×10⁻⁷ m
11
Difraksi Celah Tunggal
Seberkas cahaya yang panjang gelombangnya 6000 Å dijatuhkan tegak pada sebuah celah tunggal yang lebarnya 0,2 mm. Sebuah layar diletakkan 1 meter di belakang celah, tentukan jarak garis terang orde ke-2 dari terang pusat!
✅ Jawaban: 15 × 10⁻³ m
Penyelesaian:
d sin θ = (n + ½)λ → y = (n + ½)λL/d
y₂ = (2 + ½)×6000×10⁻¹⁰×1/(0,2×10⁻³) = 2,5×3×10⁻⁷/2×10⁻⁴ = 15×10⁻³ m
Penyelesaian:
d sin θ = (n + ½)λ → y = (n + ½)λL/d
y₂ = (2 + ½)×6000×10⁻¹⁰×1/(0,2×10⁻³) = 2,5×3×10⁻⁷/2×10⁻⁴ = 15×10⁻³ m
12
Difraksi Celah Tunggal
Sebuah celah memiliki lebar 0,2 mm disinari cahaya berkas sejajar dengan panjang gelombang 5000 Å. Jika sebuah layar ditempatkan 100 cm di belakang celah, maka tentukan:
a. jarak garis gelap ke-1 dari terang pusat,
b. lebar terang pusat!
a. jarak garis gelap ke-1 dari terang pusat,
b. lebar terang pusat!
✅ Jawaban:
a. ygelap1 = 2,5 × 10⁻³ m
b. Lebar terang pusat = 5 × 10⁻³ m
Penyelesaian:
d sin θ = nλ → y = nλL/d
y1 = 1×5000×10⁻¹⁰×1/(0,2×10⁻³) = 2,5×10⁻³ m
Lebar terang pusat = 2y₁ = 5×10⁻³ m
a. ygelap1 = 2,5 × 10⁻³ m
b. Lebar terang pusat = 5 × 10⁻³ m
Penyelesaian:
d sin θ = nλ → y = nλL/d
y1 = 1×5000×10⁻¹⁰×1/(0,2×10⁻³) = 2,5×10⁻³ m
Lebar terang pusat = 2y₁ = 5×10⁻³ m
13
Difraksi Celah Sempit
Seberkas cahaya memiliki panjang gelombang 500 nm dilewatkan pada celah sempit. Lebar celahnya 2×10⁻³ mm. Cahaya yang terdifraksi oleh celah ditangkap oleh layar yang berada 100 cm di belakang celah. Berapakah:
a. jarak antara garis gelap kedua dan ketiga,
b. jarak garis terang ketiga dari terang pusat, dan lebar terang pusat!
a. jarak antara garis gelap kedua dan ketiga,
b. jarak garis terang ketiga dari terang pusat, dan lebar terang pusat!
✅ Jawaban:
a. Δy = 0,25 m
b. yterang3 = 0,625 m
c. Lebar terang pusat = 0,5 m
Penyelesaian:
λ = 500 nm = 5×10⁻⁷ m, d = 2×10⁻⁶ m, L = 1 m
a. Δy = λL/d = 5×10⁻⁷×1/2×10⁻⁶ = 0,25 m
b. yterang3 = (3+½)λL/d = 3,5×0,25 = 0,625 m
c. Lebar terang pusat = 2λL/d = 0,5 m
a. Δy = 0,25 m
b. yterang3 = 0,625 m
c. Lebar terang pusat = 0,5 m
Penyelesaian:
λ = 500 nm = 5×10⁻⁷ m, d = 2×10⁻⁶ m, L = 1 m
a. Δy = λL/d = 5×10⁻⁷×1/2×10⁻⁶ = 0,25 m
b. yterang3 = (3+½)λL/d = 3,5×0,25 = 0,625 m
c. Lebar terang pusat = 2λL/d = 0,5 m
14
Daya Urai Lubang
Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 6600 Å dilewatkan pada sebuah lubang yang memiliki diameter 0,4 mm. Bila jarak lubang ke layar pengamatan 50 cm, maka tentukan sudut resolusi dan daya urai lubang tersebut!
✅ Jawaban:
a. θ = 2,01 × 10⁻³ rad
b. d = 1,005 × 10⁻³ m
Penyelesaian:
λ = 6600×10⁻¹⁰ m, D = 0,4×10⁻³ m, L = 0,5 m
θ = 1,22λ/D = 1,22×6600×10⁻¹⁰/0,4×10⁻³ = 2,01×10⁻³ rad
d = θL = 2,01×10⁻³×0,5 = 1,005×10⁻³ m
a. θ = 2,01 × 10⁻³ rad
b. d = 1,005 × 10⁻³ m
Penyelesaian:
λ = 6600×10⁻¹⁰ m, D = 0,4×10⁻³ m, L = 0,5 m
θ = 1,22λ/D = 1,22×6600×10⁻¹⁰/0,4×10⁻³ = 2,01×10⁻³ rad
d = θL = 2,01×10⁻³×0,5 = 1,005×10⁻³ m
15
Daya Urai Mata
Jarak dua lampu sebuah mobil = 1,22 m. Nyala kedua lampu diamati oleh orang yang diameter pupil matanya 2,2 mm. Kalau panjang gelombang cahaya yang dipancarkan kedua lampu mobil itu rata-rata 5500 Å. Berapakah jarak mobil maksimum supaya nyala lampu itu masih dapat dipisahkan oleh mata?
✅ Jawaban: 4000 m
Penyelesaian:
θ = 1,22λ/D = 1,22×5500×10⁻¹⁰/2,2×10⁻³ = 3,05×10⁻⁴ rad
L = s/θ = 1,22/3,05×10⁻⁴ = 4000 m
Penyelesaian:
θ = 1,22λ/D = 1,22×5500×10⁻¹⁰/2,2×10⁻³ = 3,05×10⁻⁴ rad
L = s/θ = 1,22/3,05×10⁻⁴ = 4000 m
16
Daya Urai Mata (lanjutan)
Dua sumber cahaya (λ = 7200 Å) terpisah pada jarak 1,318 mm. Pada saat mata melihat benda tersebut, mata berakomodasi menebal hingga berdiameter 0,4 mm. Berapakah jarak terjauh sumber ke mata sehingga obyek tersebut masih dapat terpisah dengan jelas?
✅ Jawaban: 0,6 m
Penyelesaian:
θ = 1,22λ/D = 1,22×7200×10⁻¹⁰/0,4×10⁻³ = 2,196×10⁻³ rad
L = s/θ = 1,318×10⁻³/2,196×10⁻³ = 0,6 m
Penyelesaian:
θ = 1,22λ/D = 1,22×7200×10⁻¹⁰/0,4×10⁻³ = 2,196×10⁻³ rad
L = s/θ = 1,318×10⁻³/2,196×10⁻³ = 0,6 m
17
Daya Urai Celah Lingkaran
Pada sebuah celah berupa lingkaran dengan diameter 0,2 mm dilewatkan seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 6400 Å. Bila jarak celah ke layar pengamatan adalah 0,5 m, maka tentukan daya urai dari celah tersebut!
✅ Jawaban: 1,95 × 10⁻³ m
Penyelesaian:
θ = 1,22λ/D = 1,22×6400×10⁻¹⁰/0,2×10⁻³ = 3,904×10⁻³ rad
d = θL = 3,904×10⁻³×0,5 = 1,952×10⁻³ m
Penyelesaian:
θ = 1,22λ/D = 1,22×6400×10⁻¹⁰/0,2×10⁻³ = 3,904×10⁻³ rad
d = θL = 3,904×10⁻³×0,5 = 1,952×10⁻³ m
18
Kisi Difraksi
Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 2000 garis tiap cm. Orde terang kedua membentuk sudut 12° terhadap horisontal. Berapakah:
a. panjang gelombang cahaya yang digunakan,
b. jarak antar pola terang berdekatan jika layar dipasang pada jarak 40 cm di belakang kisi!
a. panjang gelombang cahaya yang digunakan,
b. jarak antar pola terang berdekatan jika layar dipasang pada jarak 40 cm di belakang kisi!
✅ Jawaban:
a. λ = 5,2 × 10⁻⁷ m
b. Δy = 4,27 × 10⁻³ m
Penyelesaian:
d = 1/2000 cm = 5×10⁻⁴ cm = 5×10⁻⁶ m
d sin θ = nλ → λ = d sin θ/n = 5×10⁻⁶×sin12°/2 = 5×10⁻⁶×0,208/2 = 5,2×10⁻⁷ m
Δy = λL/d = 5,2×10⁻⁷×0,4/5×10⁻⁶ = 4,16×10⁻³ m
a. λ = 5,2 × 10⁻⁷ m
b. Δy = 4,27 × 10⁻³ m
Penyelesaian:
d = 1/2000 cm = 5×10⁻⁴ cm = 5×10⁻⁶ m
d sin θ = nλ → λ = d sin θ/n = 5×10⁻⁶×sin12°/2 = 5×10⁻⁶×0,208/2 = 5,2×10⁻⁷ m
Δy = λL/d = 5,2×10⁻⁷×0,4/5×10⁻⁶ = 4,16×10⁻³ m
19
Difraksi Celah Tunggal
Celah tunggal selebar 0,1 mm disinari dengan cahaya berkas sejajar dengan panjang gelombang 6000 Å dan jarak layarnya 40 cm. Berapakah jarak antara garis gelap ketiga dengan garis terang pusat pada layar?
✅ Jawaban: 7,2 × 10⁻³ m
Penyelesaian:
d sin θ = nλ → y = nλL/d
y₃ = 3×6000×10⁻¹⁰×0,4/0,1×10⁻³ = 7,2×10⁻³ m
Penyelesaian:
d sin θ = nλ → y = nλL/d
y₃ = 3×6000×10⁻¹⁰×0,4/0,1×10⁻³ = 7,2×10⁻³ m
20
Kisi Difraksi - Menentukan Panjang Gelombang
Sebuah kisi memiliki 3000 garis tiap cm kita gunakan untuk menentukan panjang gelombang cahaya. Sudut antara garis pusat dan garis pada orde I adalah 8° (sin 8° = 0,140). Dari hasil di atas, tentukan panjang gelombang cahaya itu!
✅ Jawaban: 4,67 × 10⁻⁷ m
Penyelesaian:
d = 1/3000 cm = 3,33×10⁻⁴ cm = 3,33×10⁻⁶ m
λ = d sin θ/n = 3,33×10⁻⁶×0,140/1 = 4,67×10⁻⁷ m
Penyelesaian:
d = 1/3000 cm = 3,33×10⁻⁴ cm = 3,33×10⁻⁶ m
λ = d sin θ/n = 3,33×10⁻⁶×0,140/1 = 4,67×10⁻⁷ m
21
Polarisasi karena Pembiasan
Dalam sebuah bejana diisi air yang indeks biasnya 1,33. Jika cahaya monokromatik dari air diarahkan ke udara maka berapakah sudut yang harus diberikan pada cahaya agar terjadi polarisasi?
✅ Jawaban: 53,1°
Penyelesaian:
tan ip = n₂/n₁ = 1/1,33 = 0,752
ip = arctan(0,752) = 37° (dari normal)
Penyelesaian:
tan ip = n₂/n₁ = 1/1,33 = 0,752
ip = arctan(0,752) = 37° (dari normal)
22
Polarisasi pada Kaca
Seberkas cahaya dari udara didatangkan pada kaca dengan sudut datang 45°. Ternyata cahaya tersebut terpolarisasi linear, berapakah indeks bias kaca tersebut?
✅ Jawaban: 1
Penyelesaian:
tan ip = n₂/n₁ → n₂ = tan 45° × 1 = 1
Penyelesaian:
tan ip = n₂/n₁ → n₂ = tan 45° × 1 = 1
23
Intensitas setelah Polarisator
Seberkas cahaya memiliki intensitas 36 watt/m² dilewatkan pada dua polarisator. Jika kedua polarisator dipasang sehingga sumbu transmisinya membentuk sudut 60°, maka tentukanlah intensitas cahaya yang keluar dari kedua polarisator tersebut!
✅ Jawaban: 4,5 W/m²
Penyelesaian:
I₁ = I₀/2 = 36/2 = 18 W/m²
I₂ = I₁ cos²θ = 18 × cos²60° = 18 × (1/2)² = 18 × 1/4 = 4,5 W/m²
Penyelesaian:
I₁ = I₀/2 = 36/2 = 18 W/m²
I₂ = I₁ cos²θ = 18 × cos²60° = 18 × (1/2)² = 18 × 1/4 = 4,5 W/m²
24
Intensitas dengan Sudut 45°
Dua buah kristal dipasang membentuk sudut 45° satu sama lain. Cahaya tak terpolarisasi dengan intensitas 16 watt/m² dilewatkan pada kedua kristal tersebut. Berapakah intensitas yang keluar dari kristal kedua?
✅ Jawaban: 4 W/m²
Penyelesaian:
I₁ = I₀/2 = 16/2 = 8 W/m²
I₂ = I₁ cos²45° = 8 × (1/2) = 4 W/m²
Penyelesaian:
I₁ = I₀/2 = 16/2 = 8 W/m²
I₂ = I₁ cos²45° = 8 × (1/2) = 4 W/m²
25
Polarisasi karena Hamburan
Perhatikan gambar polarisasi langit!
Polarisasi karena hamburan terjadi ketika cahaya matahari dihamburkan oleh molekul-molekul udara. Hal ini menyebabkan langit tampak biru karena cahaya biru lebih banyak dihamburkan. Fenomena ini disebut hamburan Rayleigh.
Contoh aplikasi: fotografer menggunakan filter polarisasi untuk mengurangi pantulan dan meningkatkan kontras warna langit.
Polarisasi karena hamburan terjadi ketika cahaya matahari dihamburkan oleh molekul-molekul udara. Hal ini menyebabkan langit tampak biru karena cahaya biru lebih banyak dihamburkan. Fenomena ini disebut hamburan Rayleigh.
Contoh aplikasi: fotografer menggunakan filter polarisasi untuk mengurangi pantulan dan meningkatkan kontras warna langit.
✅ Jawaban: hamburan Rayleigh
Hamburan Rayleigh adalah penghamburan cahaya oleh partikel yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya, menyebabkan langit tampak biru.
Hamburan Rayleigh adalah penghamburan cahaya oleh partikel yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya, menyebabkan langit tampak biru.
26
Pemutaran Bidang Polarisasi
Perhatikan ilustrasi pemutaran bidang polarisasi!
Pemutaran bidang polarisasi terjadi ketika cahaya terpolarisasi melewati zat optis aktif (seperti larutan gula atau kuarsa). Besarnya sudut perubahan arah polarisasi cahaya (θ) dirumuskan:
θ = α × L
dimana α adalah rotasi spesifik dan L adalah panjang lintasan. Fenomena ini digunakan dalam polarimetri untuk mengukur konsentrasi larutan gula.
Pemutaran bidang polarisasi terjadi ketika cahaya terpolarisasi melewati zat optis aktif (seperti larutan gula atau kuarsa). Besarnya sudut perubahan arah polarisasi cahaya (θ) dirumuskan:
θ = α × L
dimana α adalah rotasi spesifik dan L adalah panjang lintasan. Fenomena ini digunakan dalam polarimetri untuk mengukur konsentrasi larutan gula.
✅ Jawaban: polarimeter
Polarimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur besarnya pemutaran bidang polarisasi oleh zat optis aktif.
Polarimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur besarnya pemutaran bidang polarisasi oleh zat optis aktif.
27
Percobaan Young - Menentukan Panjang Gelombang
Pada percobaan Young, dua celah berjarak 1 mm diletakkan pada jarak 1 meter dari sebuah layar. Bila jarak terdekat antara pola interferensi garis terang pertama dan garis terang kesebelas adalah 4 mm, maka panjang gelombang cahaya yang menyinari adalah...
✅ Jawaban: 4 × 10⁻⁷ m
Penyelesaian:
y₁ = λL/d
y₁₁ = 11λL/d
Δy = y₁₁ - y₁ = 10λL/d
λ = Δy × d/(10L) = 4×10⁻³ × 10⁻³/(10×1) = 4×10⁻⁷ m
Penyelesaian:
y₁ = λL/d
y₁₁ = 11λL/d
Δy = y₁₁ - y₁ = 10λL/d
λ = Δy × d/(10L) = 4×10⁻³ × 10⁻³/(10×1) = 4×10⁻⁷ m
28
Beda Fase Interferensi
Dua gelombang koheren berinterferensi. Di tempat tersebut terjadi sinar terang, beda fase kedua gelombang sama dengan...
✅ Jawaban: 0, 2π, 4π, ...
Penyelesaian:
Terang terjadi jika beda fase = 0, 2π, 4π, ... (kelipatan genap π)
atau Δφ = 2nπ, dengan n = 0,1,2,...
Penyelesaian:
Terang terjadi jika beda fase = 0, 2π, 4π, ... (kelipatan genap π)
atau Δφ = 2nπ, dengan n = 0,1,2,...
29
Difraksi Maksimum Orde Pertama
Suatu celah tunggal disinari oleh cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 5,98 nm. Agar difraksi maksimum orde pertama terjadi pada sudut 30°, maka lebar celahnya adalah...
✅ Jawaban: 23,92 × 10⁻⁹ m
Penyelesaian:
d sin θ = nλ → d = nλ/sin θ
d = 1 × 5,98×10⁻⁹ / sin 30° = 5,98×10⁻⁹ / 0,5 = 11,96×10⁻⁹ m
Penyelesaian:
d sin θ = nλ → d = nλ/sin θ
d = 1 × 5,98×10⁻⁹ / sin 30° = 5,98×10⁻⁹ / 0,5 = 11,96×10⁻⁹ m
30
Percobaan Kisi Difraksi
Ajeng melakukan percobaan untuk menentukan panjang gelombang sebuah sinar dengan menggunakan kisi difraksi. Sumber cahaya, kisi, dan layar diatur pada jarak tertentu yang tetap. Pertama-tama, Ajeng menggunakan sinar ungu (λ = 400 nm) sebagai acuan. Ternyata, jarak pita pertama sinar ungu dari terang pusat adalah 3 mm. Selanjutnya, Ajeng menggunakan sinar yang akan ia tentukan panjang gelombangnya. Ternyata, jarak pita pertama sinar tersebut dari terang pusat adalah 4,5 mm. Tentukan panjang gelombang sinar yang diukur Ajeng!
✅ Jawaban: 600 nm
Penyelesaian:
y = λL/d → λ ∝ y
λ₂/λ₁ = y₂/y₁
λ₂ = λ₁ × y₂/y₁ = 400 × 4,5/3 = 400 × 1,5 = 600 nm
Penyelesaian:
y = λL/d → λ ∝ y
λ₂/λ₁ = y₂/y₁
λ₂ = λ₁ × y₂/y₁ = 400 × 4,5/3 = 400 × 1,5 = 600 nm