HANDOUT FISIKA KELAS XII (UNTUK KALANGAN SENDIRI) GELOMBANG CAHAYA

Transkripsi

1 YAYASAN WIDYA BHAKTI SEKOLAH MENENGAH ATAS SANTA ANGELA TERAKREDITASI A Jl. Merdeka No. 24 Bandung Fax http//: smaangela@yahoo.co.id HANDOUT FISIKA KELAS XII (UNTUK KALANGAN SENDIRI) GELOMBANG CAHAYA Page 1 of 12

2 INTERFERENSI Sudah tahukah kalian apakah interferensi itu? Interferensi adalah gabungan dua gelombang atau lebih. Cahaya merupakan gelombang yaitu gelombang elektromagnetik. Interferensi cahaya bisa terjadi jika ada dua atau lebih berkas sinar yang bergabung. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar maka interferensinya sulit diamati. Beberapa contoh terjadinya interferensi cahaya dapat kalian perhatikan pada penjelasan berikut. 1. Interferensi Celah Ganda Pada tahun 1804 seorang fisikawan bernama Thomas Young ( ) dapat mendemonstrasikan interferensi cahaya. Young melewatkan cahaya koheren (sinarsinarnya sefase dan frekuensi sama) melalui dua celah sempit yang dikenal dengan celah ganda. Perhatikan Gambar 3.1(a), dua berkas cahaya koheren dilewatkan pada celah ganda kemudian dapat mengenai layar. Pada layar itulah tampak pola garisgaris terang seperti pada Gambar 3.1(b). Pola garisgaris terang dan gelap inilah bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi. Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya dari kedua celah tersebut. Berkas cahaya dari S1 dan S2 yang sampai pada layar terlihat berbeda lintasan sebesar ΔS = d sin θ. Perbedaan panjang lintasan inilah yang dapat menimbulkan fase antara dua berkas cahaya tersebut berbeda.interferensi akan saling menguatkan jika berkas cahaya sefase dan saling melemahkan jika berlawanan fase. Sefase berarti berbeda sudut fase Δθ = 0, 2π, 4π,... Sedangkan berlawanan fase berarti berbeda sudut fase Δθ = π, 3π, 5π,.... Syarat ini dapat dituliskan dengan beda lintasan seperti persamaan berikut. Page 2 of 12

3 Interferensi maksimum : d sin θ = n λ Interferensi minimum : d sin θ = (n ) dengan : d = jarak antar celah (m) θ = sudut yang dibentuk berkas cahaya dengan garis mendatar n = pola interferensi (orde), m = 0, 1,2,3...λ = panjang gelombang cahaya yang berinterferensi 1. 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 di pasang layar. Tentukan : A. jarak garis terang pertama dari terang pusat, B. jarak garis terang kedua dari terang pusat, C. arak antara garis terang pertama dengan garis terang kedua pada layar 2. Sebuah celah ganda disinari dengan cahaya yang mempunyai panjang gelombang 560 nm. Sebuah layar diletakkan 1 m dari celah. Jika jarak antara kedua celah 0,5 mm, maka jarak dua pita terang yang berdekatan adalah A. 1,00 mm B. 1,12 mm C. 1,40 mm D. 1,60 mm E. 2,00 mm 3. Diketahui jarak dua celah ke layar 1,5 m dan panjang gelombang yang digunakan m. Jarak antara terang pusat dan terang ketiga 0,6 cm. Jarak antara kedua celah adalah... A m B. 4, m C m D m E m Page 3 of 12

4 Difraksi Cahaya Pada jarak tertentu mata kita sulit membedakan posisi dua nyala lampu yang sangat berdekatan. Coba kamu perhatikan mengapa hal ini dapat terjadi? Gejala ini dikarenakan diameter pupil mata kita sangat sempit. Akibatnya adalah cahaya dua lampu tersebut ketika sampai ke mata kita mengalami difraksi. Apakah difraksi cahaya itu? Difraksi cahaya adalah peristiwa pelenturan cahaya yang akan terjadi jika cahaya melalui celah yang sangat sempit. Kita dapat melihat gejala ini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita arahkan pada sumber cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau dengan melihat melalui kisi tenun kain yang terkena sinar lampu yang cukup jauh. Difraksi Celah Tunggal Pada titik O di layar B semua sinar memiliki panjang lintasan optis yang sama. Karena semua sinar yang jatuh di O memiliki fase yang sama maka titik O memiliki intensitas maksimum. Sekarang kita tinjau titik P. Sinar meninggalkan celah dengan sudut θ. Sinar r1 berasal dari bagian atas celah dan sinar r2 berasal dari pusatnya. Jika dipilih sudut θ sedemikian sehingga selisih lintasannya adalah 1/2 λ maka r1 dan r2 berlawanan fase dan tidak memberikan efek apapun pada P. Setiap sinar dari setengah bagian atas celah akan dihapuskan oleh pasangannya yang berasal dari bagian bawah, yaitu mulai dari titik 1 /2 d bagian bawah. Titik P akan minimum pada pola difraksi dan memiliki intensitas nol. Syarat keadaan ini adalah: 1/2 d sin θ= n 1/2 λ atau d sin θ = n λ Page 4 of 12

5 Pita terang utama O akan menjadi lebih lebar jika celah dipersempit. Jika lebar celah sama dengan panjang gelombang (λ) maka minimum pertama akan terjadi pada sudut θ = 90 Difraksi pada Kisi Difraksi cahaya juga terjadi jika cahaya melalui banyak celah sempit terpisah sejajar satu sama lain dengan jarak konstan. Celah semacam ini disebut kisi difraksi atau sering disebut dengan kisi. d: konstanta = 1/N, N = Jumlah Kisi 1. Seberkas sinar monokromatis dengan panjang gelombang Å datang tegak lurus pada kisi. Jika spektrum orde kedua membentuk sudut deviasi 30, jumlah garis per cm kisi adalah... a goresan b goresan c goresan d goresan e goresan Page 5 of 12

6 2. Sebuah kisi difraksi berjarak 2 m dari layar. Orde pertama terbentuk pada jarak 1,5 cm. Jika panjang gelombang cahaya yang digunakan 600 nm, kisi difraksi tersebut memiliki... a. 500 goresan/cm b. 400 goresan/cm c. 250 goresan/cm d. 125 goresan/cm e. 100 goresan/cm DISPERSI Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya polikromatik (putih) menjadi cahaya-cahaya monokromatik (me, ji, ku, hi, bi, ni, u) pada prisma lewat pembiasan atau pembelokan cahaya. Keterangan: Φ = sudut dispersi n u = indeks bias sinar ungu n m = indeks bias sinar merah δ u = deviasi sinar ungu δ m = deviasi sinar merah Φ = δ u - δ m = (n u n m ) β Prisma adalah zat bening yang dibatasi oleh dua bidang datar. Apabila seberkas sinar datang pada salah satu bidang prisma yang kemudian disebut sebagai bidang pembias I, akan dibiaskan mendekati garis normal. Sampai pada bidang pembias II, berkas sinar tersebut akan dibiaskan menjauhi garis normal. Pada bidang pembias I, sinar dibiaskan mendekati garis normal, sebab sinar datang dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat yaitu dari udara ke kaca. Sebaliknya pada bidang pembias II, sinar dibiaskan menjahui garis normal, sebab sinar datang dari zat optik rapat ke zat optik kurang rapat yaitu dari kaca ke udara. Sehingga seberkas sinar yang melewati sebuah prisma akan mengalami pembelokan arah dari arah semula. Marilah kita mempelajari fenomena yang terjadi jika seberkas cahaya melewati sebuah prisma seperti halnya terjadinya sudut deviasi dan dispersi cahaya. Page 6 of 12

7 Sudut Deviasi Pembiasan Cahaya Pada Prisma Gambar diatas menggambarkan seberkas cahaya yang melewati sebuah prisma. Gambar tersebut memperlihatkan bahwa berkas sinar tersebut dalam prisma mengalami dua kali pembiasan sehingga antara berkas sinar masuk ke prisma dan berkas sinar keluar dari prisma tidak lagi sejajar. Sudut yang dibentuk antara arah sinar datang dengan arah sinar yang meninggalkan prisma disebut sudut deviasi diberi lambang D. Besarnya sudut deviasi tergantung pada sudut datangnya sinar. Untuk segiempat AFBE, maka : β + AFB = 180 o Pada segitiga AFB, r 1 + i 2 + AFB = 180 o, sehingga diperoleh β + AFB = r 1 + i 2 + AFB β = r 1 + i 2 Pada segitiga ABC, terdapat hubungan ABC + BCA + CAB = 180 o, di mana ABC = r 2 i 2 dan CAB = i 1 r 1, sehingga BCA + (r 2 i 2 ) + (i 1 r 1 ) = 180 o BCA = 180 o + (r 1 + i 2 ) (i 1 + r 2 ) Besarnya sudut deviasi dapat dicari sebagai berikut. D = 180 o BCA = 180 o {(180 o + (r 1 + i 2 ) (i 1 + r 2 )} = (i 1 + r 2 ) (i 2 + r 1 ) D = i 1 + r 2 β Keterangan : D = sudut deviasi i 1 = sudut datang pada prisma r 2 = sudut bias sinar meninggalkan prisma β = sudut pembias prisma Page 7 of 12

8 Besarnya sudut deviasi sinar bergantung pada sudut datangnya cahaya ke prisma. Apabila sudut datangnya sinar diperkecil, maka sudut deviasinya pun akan semakin kecil. Sudut deviasi akan mencapai minimum (D m ) jika sudut datang cahaya ke prisma sama dengan sudut bias cahaya meninggalkan prisma atau pada saat itu berkas cahaya yang masuk ke prisma akan memotong prisma itu menjadi segitiga sama kaki, sehingga berlaku i 1 = r 2 = i (dengan i = sudut datang cahaya ke prisma) dan i 2 = r 1 = r (dengan r = sudut bias cahaya memasuki prisma). Karena β = i 2 + r 1 = 2r atau r = β dengan demikian besarnya sudut deviasi minimum dapat dinyatakan: D = i 1 + r 2 β = 2i β atau i = (D m + β) Menurut hukum Snellius tentang pembiasan berlaku dengan : n 1 = indeks bias medium di sekitar prisma n 2 = indeks bias prisma β = sudut pembias prisma D m = sudut deviasi minimum prisma Untuk sudut pembias prisma kecil (β 15 o ), maka berlaku sin ( β + D m ) = ( β + D m ) dan sin β = β. Sehingga besarnya sudut deviasi minimumnya dapat dinyatakan : Apabila medium di sekitar prisma berupa udara maka n 1 = 1 dan indeks bias prisma dinyatakan dengan n, maka berlaku : D m = (n 1) β Sebuah prisma dengan sudut pembias 60 0 mempunyai indeks bias 1,67. Hitung a. Sudut deviasinya jika sudut datangnya b. Sudut deviasi minimum c. Sudut deviasi minimum jika sudut pembias prisma Page 8 of 12

9 Sebuah prisma (n p = 1,50) mempunyai sudut pembias β = 10. Tentukan deviasi minimum pada prisma tersebut! Soal soal Perhatikan diagram difraksi celah ganda berikut ini. Jika panjang gelombang berkas cahaya 6000Å dan jarak antar celah 0,6 mm, tentukan : a) jarak terang kedua dari terang pusat b) jarak terang keempat dari terang pusat c) jarak antara terang kedua dan terang keempat d) jarak gelap kelima dari terang pusat e) jarak antara gelap kelima dan terang kedua f) jarak antara 2 garis terang yang berurutan g) jarak antara 2 garis gelap yang berurutan h) jarak antara garis terang dan garis gelap yang berurutan i) jumlah garis terang yang nampak pada layar (Sumber gambar dan angka : Soal Ujian Nasional Fisika SMA 2009/2010 Kode P04) Page 9 of 12

10 Page 10 of 12

11 Cahaya monokromatik dari sumber cahaya datang pada sebuah celah ganda yang lebar antar celahnya 0,8 mm dan jarak pusat terang ke terang kedua adalah 1,80 mm dan panjang gelombang cahaya 4800 A maka jarak celah ke layar adalah. A. 2 m B. 1,5 m C. 1 m D. 0,5 m E. 0,02 m Seberkas sinar monokromatis jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri atas goresan setiap cm. Panjang gelombang sinar sebesar 500 nm. Besar sudut deviasi pada orde kedua adalah... A. 0 B. 30 C. 60 D. 90 E. 125 Sinar monokromatik dilewatkan pada kisi difraksi dengan goresan setiap cm. Jika panjang gelombang sinar tersebut 625 nm, sudut yang dibentuk pada orde kedua adalah... A. 0 B. 15 C. 30 D. 45 E. 60 Sebuah celah ganda disinari dengan cahaya yang panjang gelombangnya 640 nm. Sebuah layar diletakkan 1,5 m dari celah. Jika jarak kedua celah 0,24 mm maka jarak dua pita terang yang berdekatan adalah... A. 4,0 mm B. 6,0 mm C. 8,0 mm D. 9,0 mm E. 9,6 mm Page 11 of 12

12 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, m B. 1, m C. 1, m D. 2, m E. 4, m Jarak pada terang kedua dari terang pusat pada percobaan Young adalah 2 cm. Jika jarak antara dua celah 0,3 mm dan layar berada 5 m dari celah, panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah... A. 400 nm B. 450 nm C. 500 nm D. 560 nm E. 600 nm Referensi Bse fisika kelas XII sri handayani FISIKA KELAS XII Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd Page 12 of 12