A. DISPERSI CAHAYA Dispersi - · PDF fileR = jari-jari lensa λ = panjang gelombang...

© 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


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, …


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


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, …


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


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


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?


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


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***


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:


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


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:


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:


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:


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:


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:


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:

A. DISPERSI CAHAYA Dispersi - · PDF fileR = jari-jari lensa λ = panjang gelombang...

Documents

Transcript of A. DISPERSI CAHAYA Dispersi - · PDF fileR = jari-jari lensa λ = panjang gelombang...