RAY OPTICS P H Y S I C S F O R 1 2 TH G R A D E R S

Transkripsi

1 RAY OPTICS P H Y S I C S F O R 1 2 TH G R A D E R S

2 Chapter Overview Nature of Light Newton vs Huygens Sources of Electromagnetic Spectrum Electromagnetic Spectrum in life Diffraction of Light (Single Slit Experiment) Interference Pattern (Young s Double Slit Experiment) Polarization

3 Theory of Light PARTICLE Sir Isaac Newton WAVE Christian Huygens De Broglie Light have both particle and wave characteristic Maxwell Light is known as one form of electromagnetic wave which is transverse and can propagate in vacuum environment

4 Electromagnetic Spectrum G R U V I Rada Tele ShoRa

5 Electromagnetic Spectrum in our daily life Gamma Rays ( Hz) dimanfaatkan dunia kedokteran untuk terapi kanker dan membunuh sel kanker mensterilisasi peralatan rumah sakit atau makanan sehingga makanan tahan lebih lama membuat varietas tanaman unggul tahan penyakit dengan produktivitas tinggi mengurangi populasi hama tanaman (serangga) medeteksi keretakan atau cacat pada logam sistem perunut aliran suatu fluida (misalnya aliran PDAM), mendeteksi kebocoran mengontrol ketebalan dua sisi suatu logam

6 Electromagnetic Spectrum in our daily life X Rays ( Hz) mendiagnosis adanya gejala penyakit dalam tubuh, seperti kedudukan tulang-tulang dalam tubuh dan penyakit paru-paru dan memotret organ-organ dalam tubuh (tulang), jantung, paru-paru, melihat organ dalam tanpa pembedahan (foto Rontgen) menganalisis struktur atom dari kristal mengidentifikasi bahan atau alat pendeteksi keamanan memeriksa barang-barang di bandara udara atau pelabuhan

7 Electromagnetic Spectrum in our daily life Ultraviolet Rays ( Hz) untuk proses fotosintesis pada tumbuhan membantu pembentukan vitamin D pada tubuh manusia dengan peralatan khusus dapat digunakan untuk membunuh kuman penyakit, menyucihamakan ruangan operasi rumah sakit berikut instrumen-instrumen pembedahan memeriksa keaslian tanda tangan di bank-bank, keaslian uang kertas, dll banyak digunakan dalam pembuatan integrated circuit (IC) ***Dapat membuat kulit kehitaman dan juga kanker kulit bila terpapar terlalu lama

8 Electromagnetic Spectrum in our daily life Visible Light (10 15 Hz) Membantu penglihatan mata manusia Salah satu aplikasi dari sinar tampak adalah penggunaan sinar laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi

9 Electromagnetic Spectrum in our daily life Infrared ( Hz) terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok (physical therapy) fotografi pemetaan sumber daya alam, mendeteksi tanaman yang tumbuh di bumi dengan detail fotografi diagnosa penyakit remote control berbagai peralatan elektronik mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif pada bidang militer,dibuat teleskop inframerah yang digunakan melihat di tempat yang gelap atau berkabut dan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan sistem alarm maling

10 Electromagnetic Spectrum in our daily life Radar and Shortwave pemanas microwave komunikasi RADAR (Radio Detection and Ranging) mengukur kedalaman laut digunakan pada rangkaian televisi gelombang RADAR diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek, memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut, serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.

11 Electromagnetic Spectrum in our daily life Television and Radio alat komunikasi, sebagai pembawa informasi dari satu tempat ketempat lain

12 Electromagnetic Spectrum Example 1 Dibawah ini merupakan penerapan gelombang elektromagnetik. (1) Sebagai remote control (2) Mengontrol ketebalan kertas (3) Proses pengeringan dalam pengecatan mobil (4) Memanaskan makanan dalam oven (5) Sistem keamanan Yang merupakan penerapan sinar infrared adalah A. (1), (2), dan (3) B. (2), (3), dan (4) C. (3), (4), dan (5) D. (1), (3), dan (5) E. (2), (4), dan (5)

13 Electromagnetic Spectrum Example 2 Gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk membunuh bakteri dan virus adalah... A. Sinar X B. Sinar gamma C. Sinar ultraviolet D. Gelombang radio E. Gelombang mikro

14 Electromagnetic Spectrum Example 3 Berikut ini merupakan manfaat sinar X, kecuali... A. Analisis struktur bahan B. Memasak makanan dengan cepat C. Memotret tulang-tulang dalam tubuh D. Melihat bagian dalam benda tanpa membukanya E. Mendeteksi cacat pada logam

15 Electromagnetic Spectrum Example 4 Gelombang elektromagnetik yang tepat untuk menentukan jejak pesawat udara di tempat yang jauh adalah... A. Gelombang radio B. Sinar gamma C. Sinar X D. Gelombang mikro E. Inframerah

16 Electromagnetic Spectrum Example 5 Perhatikan jenis-jenis gelombang di bawah ini: (1) Sinar X (2) Ultraviolet (3) Sinar gamma (4) Inframerah (5) Radio Urutan yang benar dari jenis-jenis gelombang di atas dari energi yang paling rendah ke energi yang paling tinggi adalah... A. (1)-(2)-(3)-(4)-(5) B. (2)-(4)-(5)-(1)-(3) C. (5)-(3)-(1)-(4)-(2) D. (4)-(5)-(1)-(3)-(2) E. (5)-(4)-(2)-(1)-(3)

17 Diffraction of Light (Single Slit Experiment)

18 Diffraction of Light Single Slit Experiment An appearance of many colors on the surface of a compact disc (CD) is one example of diffraction phenomenon, where each track on the CD is act as diffraction grating. Diffraction The bending of a light around the edges of an opening or an obstacle.

19 Diffraction of Light Single Slit Experiment d Dark area on the screen Bright area on the screen

20 Diffraction of Light Single Slit Experiment Bright area on the screen sin θ = λ d d sin θ = mλ d *where m = 0, 1, 2, 3, Dark area on the screen 1 2 λ sin θ = d d sin θ = m 1 2 λ *where n = 1, 2, 3,

21 Diffraction of Light d sin θ = First bright order, m = 1 Second bright order, m = 2 Third bright order, m =3 Single Slit Experiment mλ In most cases, the angle θ is quite small, therefore p sin θ = l First dark order, m =0.5 Second dark order, m = 1.5 Third dark order, m =2.5

22 Diffraction of Light Example 1 A monochromatic light passes though a narrow single slit, it generates a fifth bright order with an elevation angle of 30 o. If the wavelength of the light is 6000 A, what is the thickness of the slit? analyzing: m = 5 θ = 30 λ = 6000 A λ = m asked: d =? d sin θ = d sin 30 = mλ 5 ( m) d = m d = m d = m = 6 μm

23 Diffraction of Light d sin θ = mλ Diffraction Grating First-order maxima, m = 1 Second-order maxima, m = 2 Third-order maxima, m =3 Number of Grating (N) d = 1 N

24 Diffraction of Light Example 2 A monochromatic light striking perpendicularly to the diffraction grating which has 4000 slits per cm. If the second order of the bright spectrum is forming 30 o angle to the normal line, calculate the light s wavelength in 1 1 angstrom unit. d = = cm N 4000 analyzing: N = 4000 /cm θ = 30 m = 2 asked: λ =? λ = d sin θ = mλ sin 30 = 2 λ λ = cm = A cm

25 Diffraction of Light Example 3 Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari goresan tiap cm. Sudut deviasi orde keempat adalah 30. Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah... analyzing: N = 5000 /cm θ = 30 m = 4 asked: λ =?

26 Diffraction of Light Example 3 A monochromatic ray with wavelength of 5000 A ( 1 A = m) pass through a single slit and produces first bright order as shown in the figure. What is the width of the slit?

27 Diffraction of Light Example 4 Kisi dengan jumlah goresan setiap cm dikenai sinar mokromatis dengan arah tegak lurus. Panjang gelombang sinar yang dipakai sebesar 500 nm. Sudut deviasi pada orde 10 sebesar... A. 0 B. 15 C. 30 D. 45 E. 60

28 Diffraction of Light Example 5 Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm tegak lurus pada kisi difraksi. Jika kisi memiliki 400 garis tiap cm dan sudut deviasi sinar 30, maka banyaknya garis terang yang terjadi pada layar adalah... A. 24 B. 25 C. 26 D. 50 E. 51

29 Interference Pattern (Young s Double Slit Experiment)

30 Interference Pattern d sin θ = mλ Double Slit Experiment First-order bright, m = 1 Second-order bright, m = 2 seventh-order bright, m =7 First-order dark, m = 0.5 Second-order dark, m = 1.5 ninth-order dark, m = 8.5

31 Interference Pattern Double Slit Experiment a) When both waves of light travel the same distance, they arrive at the screen in phase and interfere constructively b) The waves still interfere constructively. b) The waves still interfere destructively.

32 Interference Pattern Double Slit Experiment sin θ = p l d sin θ = mλ d l p = m λ

33 Young s Experiment Example 1 Gambar berikut merupakan sketsa lintasan sinar oleh difraksi pada celah ganda: Jika A adalah titik terang orde ke-3 dan panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah 500 nm, maka jarak A dari terang pusat adalah... analyzing: d = m l = 2 m m = 3 λ = m asked: p =? d p l = mλ ( m) p (2 m) p = (3) ( m) = m

34 Midterm Pointers

35 Pointers Midterm 2017/ To judge a trend of a quantity in simple harmonic motion related with another quantity 2. To calculate period of spring-mass pendulum 3. To explain a reason of damped oscillation 4. To identify correct statement about waves 5. To observe node and antinode in standing wave 6. To name correct properties of wave from picture 7. To calculate wavelength from traveling wave equation 8. To observe wavelength in open-end pipe 9. To determine a spectrum that satisfy a statement concerning dispersion of light 10. To calculate period of simple harmonic motion from position equation

36 Pointers Midterm 2017/ To calculate the spring constant 12. To predict the stretch of spring 13. To discern electromagnetic wave and mechanical wave 14. To identify two types of mechanical waves according to the motion of particle and wave 15. To calculate period if frequency is given 16. To calculate wavelength of electromagnetic wave 17. To calculate wavelength of waves 18. To predict the frequency of n harmonic in string 19. To calculate sound intensity level 20. To calculate sound intensity of sound

37 Pointers Midterm 2017/ To explain Doppler effect 22. To observe harmonic pattern in closed end pipe 23. To calculate fundamental frequency in open pipe 24. To observe change in a quantity in interference of light related with other quantity 25. To observe change in a quantity in interference of light related with other quantity 26. To calculate wavelength in interference by diffraction grating 27. To calculate speed of plane by Doppler effect 28. To calculate separation between slits in young s double slits experiment 29. To calculate sound intensity when the distance is changed 30. To calculate single constant spring from parallel springs