A. DISPERSI CAHAYA Dispersi Penguraian warna cahaya setelah melewati satu medium yang berbeda. Dispersi biasanya tejadi pada prisma.

Transkripsi

1 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. frekbes (f >>) Inbes (n >>) Panbes (λ >>) Sudut Deviasi (δ) Sudut antara perpanjangan sinar datang mula-mula (i 1) dengan perpanjangan sinar bias akhir (r ), lihat gambar. Besarnya sudur deviasi: Dengan: β = sudut pembias i 1 = sudut datang awal i 1 r r1 i d r i m b a j o e. w o r d p r e s s. c o m 19

2 i = sudut datang akhir r 1 = sudut bias awal r = sudut bias akhir δ = sudut deviasi Deviasi Minimum (δm) Syarat terjadinya deviasi minimum: berlaku: Jika sudut β < 15 o, maka: i 1 = r atau r 1 = i sin m n n 1 sin n m 1 n1 dengan: n = indeks bias bahan prisma. n 1 = indeks bias medium (jika tidak diketahui, atau udara n 1 = 1). Sudut Dispersi (φ) Selisih sudut deviasi warna ungu (δ u) dengan sudut deviasi warna merah (δ me). u me Untuk sudut pembias (β) kecil dan sudut datang (i) yaitu β < 15 o dan i < 15 o, sudut deviasinya dinyatakan oleh: n n ) ( u me dengan: n u = indeks bias sinar ungu n me = indeks bias sinar merah 0 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika

3 Anda Cermati dan Pahami! 1. seberkas cahaya putih dijatuhkan pada prisma yang mempunyai sudut pembias 10 o. bila indeks bias warna ungu 1,54 dan indeks bias warna merah 1,50. Hitunglah besar sudut dispersinya. Pembahasan: Kerena β = 10 o (berarti kurang dari 15 o ), sehingga: ( n n ) 1,54 1, ,4 u me 0 Jadi, besar sudut dispersinya adalah 0,4 o. 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, tentukan sudut deviasi minimum prisma! Pembahasan: Kerena segitiga ABC sama sisi, maka β = 60 o (berarti lebih besar dari 15 o ), sehingga: n sin m n 1 sin sin m 60 1 m 60 sin 45 Besar sudut deviasi minimumnya adalah 30 o m m 1 sin 30 0 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,, 3, d r i m b a j o e. w o r d p r e s s. c o m 1

4 Apabila fase kedua gelombang berlawanan, maka akan terjadi interferensi yang saling melemahkan (destruktif). Δx = (k 1) 0,5.λ dengan k = 1,, 3,. Interferensi Celah Ganda Young/Percobaan Young dengan: d = jarak kedua celah (m) l = jarak celah ke layar (m) s = sumber cahaya p θ = jika nilainya kecil sin ~ tan l Syarat terjadi interferensi maksimum (terang) d sin k Untuk θ kecil sin θ = l p, maka: d p l k dengan: p = panjang terang ke-k dari terang pusat k = 0, 1,, k = 0 terang pusat Syarat terjadi interferensi minimum (gelap) d sin k 1 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika

5 Untuk θ kecil sin θ = l p, maka: d p l k 1 dengan: p = panjang terang ke-k dari terang pusat k = 1,, k = 1 gelap ke-1 jarak dua garis terang yang berurutan = jarak dua garis gelap yang berurutan = Δp, sehingga: l p d p d l Dengan: λ = panjang gelombang cahaya. Interferensi pada lapisan tipis (sabun, minyak, dll) Pemantulan sinar matahari oleh permukaan minyak di atas permukaan air Sinar pantul (S 1) dan sinar bias (S ) akan menghasilkan interferensi bila dilewatkan pada lensa cembung. a. Interferensi maksimum terjadi bila: n d cos r k 1 b. Interferensi minimum terjadi bila: n d cos r k dengan: n = indeks bias lapisan d = tebal lapisan r = sudut bias (r = 0 o bila sinar datang tegak lurus bidang batas) k = orde garis terang/gelap = 1,, 3, d r i m b a j o e. w o r d p r e s s. c o m 3

6 Anda Cermati dan Pahami! 1. Dua celah dengan jarak 0, mm disinari tegak lurus cahaya monokromatik. Garis terang ketiga terletak 7,5 mm dari garis terang Pembahasan: Kerena yang terjadi garis terang, maka: p d p d k l k l , Besar panjang gelombang yang dipakai adalah 5000Å pusat (nol) pada layar yang berjarak 1 m dari celah. Hitung panjang gelombang sinar yang dipakai!. Sebuah sinar monokromatik dengan panjang gelombang 6000 Å didatangkan tegak lurus pada selaput tipis sabun yang indeks biasnya 1,. Agar terjadi pelemahan, berapa tebal minimum lapisan gelembung air sabun tersebut? Pembahasan: Kerena terjadi pelemahan (minimum), maka: k n d cosr k d n cos r d,5 10 1,cos0 Tebal minimum lapisan gelembung air sabun adalah, cm 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 R lensa medium Kaca planparalel Pola pada cincin Newton Diagram percobaan cincin Newton 4 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika

7 Cincin terang terjadi pada saat: Cincin gelap terjadi pada saat: n r t t 1 k R dengan: r t = jari-jari terang ke-k r g = jari-jari gelap ke-k n = indeks bias medium R = jari-jari lensa λ = panjang gelombang sinar n r g k R 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! Pembahasan: Kerena yang terjadi cincin terang, maka: 3 r n t 1 1 k R 1 4 Besar panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah 5000Å 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: d sin k 1 d r i m b a j o e. w o r d p r e s s. c o m 5

8 Syarat terjadinya pola gelap d sin k dengan: d = lebar celah θ = sudut difraksi/deviasi λ = panjang gelombang k = orde gelap/terang ke = 0, 1,, 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 untuk θ kecil. Sin θ = p/l k = orde terang ke = 0, 1,, 3, Syarat terjadinya pola gelap d sin k d sin k 1 d = lebar celah (m) θ = sudut difraksi/deviasi ( o ) λ = panjang gelombang (m) k = orde gelap ke = 1,, 3, Anda Cermati dan Pahami! 1. Sebuah celah tunggal dijatuhi sinar merah yang panjang gelombangnya 650 nm dengan sudut 30 o. berapakah harga d minimum bila terjadi difraksi pada layar? Pembahasan: Difraksi pada celah tunggal untuk harga minimum (garis gelap), yaitu: k d sin k d sin d sin 30 Lebar celahnya (d) adalah 1300 nm 6 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika

9 . Seberkan cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 5000 garis tiap cm. sudut bias terang orde ke dua adalah 30 o. hitug panjang gelombang cahaya yang dipakai! Pembahasan: Difraksi pada kisi untuk garis terang dengan n = 5000 garis/cm, yaitu: d 10 cm n 5000 sin d d sin k k 4 sin Panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah 5000 Å 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. sin i n r i 90 r 90 i sin r n 1 sin i sin n 1 90 i sin i n cosi 1 tani n 1 i arctan n 1 d r i m b a j o e. w o r d p r e s s. c o m 7

10 dengan: i = sudut polarisasi ( o ) Polarisasi karena absorbsi selektif Bila analisatir dan polarisator membentuk sudut θ, maka: A' Acos I' I cos dengan: A = amplitudo sinar yang keluar dari analisator (m) I = intensitas sinar yang keluar dari analisator (watt/m ) θ = sudut putar atau sudut yang dibentuk oleh polarisator dengan analisator Anda Cermati dan Pahami! 1. Intensitas cahaya alam 14 watt/m setelah melewati polarisator intensitasnya tinggal 5%. Jika sudut antara polarisator dengan analisator 30 o. hitunglah intensitas cahaya yang keluar dari analisator! Pembahasan: Menghitung intensitas cahaya yang keluar dari analisator: 1 3 I ' I cos 14 cos ,5 4 4 intensitas cahaya yang keluar dari analisator adalah 3,5 watt/m *** persamaan sukses dan gagal adalah samasama sebuah pilihan*** 8 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika

11 Saatnya Anda Beraksi! 1. UAN SMA 009 berkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm tegak lurus pada kisi difraksi. Jika kisi memiliki 400 garis tiap cm dan sudut deviasi sinar 30 o maka banyaknya garis terang yang terjadi pada layar adalah... A. 4 B. 5 C. 6 D. 50 E. 51 catatan:. EBTANAS SMA 1996 seberkas cahaya jatuh tegak lurus mengenai 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, x 10-7 m C. 1,7 x 10-7 m D.,0 x 10-7 m E. 4,0 x 10-7 m 3. UAN SMA 004 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- 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 d r i m b a j o e. w o r d p r e s s. c o m 9

12 E. 600 nm catatan: 4. EBTANAS SMA 005 Cahaya monokromatik jatuh tegak lurus pada kisi difraksi dengan 4000 celah tiap cm. Apabila spektrum orde kedua membentuk sudut 30 o terhadap garis normal maka panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah A A B A C A D A E A 5. EBTANAS SMA 001 Seberkas cahaya yang melalui kisi difraksi dengan 5000 celah/cm menghasilkan spektrum garis terang orde kedua yang membentuk sudut 30 o terhadap garis normalnya. Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah A. 5,0 x 10-7 m B.,5 x 10-7 m C. 5,0 x 10-6 m D.,5 x 10-6 m E. 4,0 x 10-4 m 6. EBTANAS 199 Seberkas cahaya lewat celah sempit dan menghasilkan interferensi minimum orde ke dua. Apabila lebar celah, cm maka panjang gelombang cahaya tersebut adalah A Å B Å C Å D Å E Å 300 CM 7. SS FISIKA 009 Deviasi minimum suatu sinar oleh prisma A. Tidak tergantung pada sudut puncak 30 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika

13 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 catatan: 8. SS FISIKA 009 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 SS FISIKA 009 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 009 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 d r i m b a j o e. w o r d p r e s s. c o m 31

14 11. SS FISIKA 009 Pada percobaan interferensi Young jarak antara garis gelap kedua ke pusat pola interferensi 3 mm, jarak antara kedua celah 0,5 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.,5 x 10-6 E.,5 x 10-5 catatan: 1. SS FISIKA 009 Seberkas cahaya monokromatik setelah melalui dua celah sempit yang berjarak 0, 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, x 10-7 C. 7,5 x 10-7 D. 7,8 x 10-7 E. 8,1 x SS FISIKA 009 Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 5000 garis tiap cm. sudut bias orde kedua adalah 30 o. maka panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah A Å B. 500 Å C Å D Å E Å 14. SS FISIKA 009 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 3 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika

15 B. kali semula C. ¼ kali semula D. ½ kali semula E. Tetap tidak berubah catatan: 15. SS FISIKA 009 Dua celah dengan jarak 0, 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.,5 x 10-3 C. 1,5 x 10-3 D. 5,0 x 10-4 E.,5 x SS FISIKA 009 Cahaya yang tidak terpolarisasi dapat dijadikan cahaya terpolarisasi dengan 1. Pemantulan efektif. Bias kembar 3. Absorbs selektif 4. Interferensi 17. UM-UGM 003 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. 95 B. 850 C. 75 D. 550 E UM-UGM 003 Jika suatu cahaya putih dilewatkan suatu kisi difraksi maka warna yang d r i m b a j o e. w o r d p r e s s. c o m 33

16 mengalami deviasi paling dekat terhadap bayangan pusat adalah A. Jingga B. Merah C. Kuning D. Hijau E. Biru catatan: 19. UM-UGM 005 Pada suatu percobaan interferensi celah yang terpisah sejaun 0, 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 B. 5 x 10-8 C. 5 x 10-6 D. 5 x 10-5 E. 5 x UM-UGM 006 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 B C D E UM-UGM 007 Sebuah celah selebar a disinari secara paralel dengan cahaya monokromatik yang panjang gelombangnya λ. Supaya minimum pertama pola difraksi tepat jatuh pada sudut 30 o, nilai a adalah A. ½ λ B. 3/ λ C. 3/4 λ D. 1 λ E. λ 34 Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika

17 . Seberkas cahaya jatuh tegak lurus mengenai 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 B. 1,.10-7 C. 1, D E catatan: 3. 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 4. Seberkas cahaya dilewatkan pada kisi difraksi dgn 5000 celah/cm akan dihasilkan garis terang kedua dgn sudut deviasi 30 0 ( 3 = 1,7) thd garis normal, berarti panjang gelombang cahaya yg dipakai adalah Å A. 500 B C D E Sebuah prisma berlian punya sudut puncak 60 o. Cahaya kuning datang pada salah satu sisi pembias dgn sudut datang 60 o. Indeks bias berlian utk cahaya kuning = 3. Berapa sudut deviasi prisma? d r i m b a j o e. w o r d p r e s s. c o m 35

18 6. PP I 1981 Jika analisator dan polarisator membuat sudut α, maka intensitas sinar yang diteruskan sebanding dengan A. tan α B. sin α C. cos α D. tan α E. sin α catatan: 7. PP I 1980 Warna biru langit terjadi karena cahaya matahari mengalami A. Difraksi B. Hamburan C. Interferensi D. Pemantulan E. Pembiasan 8. 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 9. 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,95 mm, maka panjang gelombang yang digunakan adalah.. mm A. 100 B C. 590 D. 480 E Pemantapan Konsep dan Latihan soal FIsika