Contoh Soal dan Pembahasan Gelombang Cahaya Materi Fisika
Contoh soal dan pembahasan cahaya sebagai gelombang. Beberapa bahasan yang masuk di antaranya pembiasan pada prisma, celah ganda, celah tunggal, daya urai dan polarisasi cahaya.
Soal No. 1
Cahaya datang pada salah satu sisi prisma sama sisi dengan sudut datang 45°. Jika indeks bias prisma √2, maka sudut deviasinya adalah
A. 30°
B. 45°
C. 58°
D. 60°
E. 75°
Pembahasan
Pembiasan pada prisma dengan data:
i1 = 45°
np = √2
β = 60° (segitiga samasisi)
δ =....
Sudut deviasi pada prisma dirumuskan
δ = i1 + r2 - β
i1 dan β telah diketahui datanya, r2 belum diketahui. Dari pembiasan pada permukaan I dan penerapan Snellius:
nu sin i1 = n2 sin r1
1(sin45°) = √2 sin r1
1(1/2√2) = √2 sin r1
sin r1 = 1/2
r1 = 30°
Menentukan i2:
r1 + i2 = β
30 + i2 = 60
i2 = 30°
Menentukan r2 dari pembiasan pada bidang II
np sin i2 = nu sin r2
√2 sin 30° = 1(sin r2)
√2 (1/2) = sin r2
sin r2 = 1/2 √2
r2 = 45°
Sehingga kembali ke rumus sudut deviasi pada prisma:
δ = i1 + r2 - β
= 45 + 45 - 60°
= 30°
Soal No. 2
Sebuah prisma dengan sudut pembias 12,6° dengan indeks bias bahan 1,5. Bila sebuah cahaya monokromatis mengenai bidang pembias prisma tersebut maka besar sudut deviasi minimumnya adalah....
A. 6,3°
B. 10,3°
C. 12,3°
D. 15,3°
E. 18,3°
Pembahasan
Sudut deviasi minimum pada prisma untuk sudut pembias lebih kecil dari 15° dan prisma berada di udara:
δmin = (n - 1)β
= (1,5 - 1)12,6°
= 6,3°
Soal No. 3
Sinar monokromatis yang datang dari udara masuk ke bidang pembias prisma yang indeks biasnya 1/2 √10. Jika sudut pembias prisma adalah 37° maka sudut deviasi minimumnya adalah...(sin 37° = 3/5)
A. 17°
B. 19°
C. 21°
D. 23°
E. 25°
Pembahasan
Data;
β = 30°
np = 1,5
δmin =.....
Menentukan sudut deviasi minimum pada prisma untuk sudut puncak (sudut pembias) besar:
sin 1/2 (37°) dapat dicari dulu dengan menggunakan rumus sudut tengahan, jika sin 37° = 3/5 maka cos 37° = 4/5:
Dengan mengambil nilai yang positif saja, nilai sin dari sudut setengah dari 37° adalah
Sudut deviasi minimum:
diperoleh sudut deviasi minimum adalah 23°
Soal No. 4
Sebuah prisma memiliki sudut pembias 18°. Jika indeks bias sinar merah adalah 1,46 dan indeks bias sinar ungu adalah 1,49 maka besarnya sudut dispersi adalah…
A. 0,19°
B. 0,25°
C. 0,37°
D. 0,45°
E. 0,54°
Pembahasan
Sudut dispersi
φ = (nungu - nmerah)β
= (1,49 - 1,46)18°
= (0,03)18°
= 0,54°
Soal No. 5
Dua celah yang berjarak 1 mm disinari cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 6 × 10-7 m. Garis gelap terang dapat diamati pada layar yang berjarak 1 m dari celah. Jarak antara gelap kedua dan terang keempat adalah....
A. 0,95 mm
B. 1,50 mm
C. 2,74 mm
D. 3,25 mm
E. 4,80 mm
Pembahasan
Celah ganda:
G2 ke T4 → n = 2,5
λ = 6 × 10-7 m = 6 × 10-4 m
L = 1 m = 103 mm
Δy =....
Jawab: B. 1,50 mm
Soal No. 6
Suatu berkas cahaya monokromatis setelah melalui sepasang celah sempit yang jaraknya 0,3 mm membentuk pola interferensi pada layar yang jaraknya 1,2 m dari celah tadi. Bila jarak antara garis gelap kedua terhadap pusat pola 3 mm, maka panjang gelombang yang digunakan….
A. 1,25 × 10–7 m
B. 2,50× 10–7 m
C. 3,75× 10–7 m
D. 5,60× 10–7 m
E. 7,50× 10–7 m
Pembahasan
Celah tunggal pola gelap ke-2:
n = 2
L = 1,2 m
d = 0,3 mm = 3 x 10-4 m
y = 3 mm = 3 x 10-3 m
λ =...
dy/L = nλ
λ = (dy)/(nL)
= (3 x 10-4 x 3 x 10-3) / (2 x 1,2)
= 3,75× 10–7 m
Soal No. 7
Suatu celah sempit dengan lebar d disinari oleh cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 5678 angstrom. Lebar celah agar terjadi pola difraksi maksimum orde pertama pada sudut 30° adalah….angstrom
A. 4567
B. 5678
C. 9134
D. 11356
E. 12568
Pembahasan
θ = 30°
λ = 5678 Å
n = 1
Celah tunggal garis terang:
Soal No. 8
Cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 500 nm datang tegak lurus pada kisi. Spektrum orde kedua membuat sudut 30° dengan garis normal pada kisi. Banyaknya garis tiap cm kisi tersebut adalah....
A. 2 × 103
B. 4 × 103
C. 5 × 103
D. 2 × 104
E. 5 × 104
Pembahasan
λ = 500 nm = 500 × 10-9 m = 5 × 10-5 cm
θ = 30°
n = 2
N =.....
d sin θ = nλ
(1/N) sin θ = nλ
(1/N) (1/2) = 2 x 5 × 10-5 cm
N = 104/(2 cm)
N = 5 x 103 /cm
Soal No. 9
Cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 6 × 10-7 m datang dengan tegak lurus pada suatu kisi difraksi yang memiliki tetapan 5 × 105 garis per meter. Spektra orde tertinggi yang diamati adalah...
A. 3
B. 4
C. 6
D. 7
E. 8
Pembahasan
d sin θ = nλ
(1/5 × 105) (1) = n (6 × 10-7)
n = 100/30
n = 3,3 = 3
Soal No. 10
Jarak antara dua lampu dengan sebuah mobil 122 cm, diamati oleh mata yang memiliki diameter pupil 2,5 mm. Jika panjang gelombang cahaya yang diterima mata adalah 500 nm, maka jarak mobil itu paling jauh supaya masih dapat dibedakan sebagai dua lampu adalah…
A. 4000 m
B. 5000 m
C. 6000 m
D. 7000 m
E. 8000 m
Pembahasan
Daya urai:
D = 2,5 mm = 2,5 x 10-3 m
λ = 500 nm = 5 x10-7 m
dm = 122 cm = 1,22 m
L =........
Soal No. 11
Jika analisator dan polarisator membuat sudut α maka intensitas sinar yang diteruskan sebanding dengan…
A. tan2 α
B. sin2 2α
C. cos2 α
D. tan α
E. sin α
Pembahasan
Hubungan antara intensitas sinar awal (I0), sinar yang diteruskan polarisator (I1), dan sinar yang diteruskan analisator (I2) berturut-turut:
I2 = I1 cos2 α = 1/2 I0 cos2 α
Jawab: C
Soal No. 12
Sudut kritis cahaya sebuah bahan optis pada medium udara adalah 35°. Besarnya sudut polarisasi (ip) bahan tersebut adalah….(nu = 1)
A. tan ip = tan 35°
B. tan ip = sin 35°
C. tan ip = cos 35°
D. tan ip = 1/sin 35°
E. tan ip = 1/cos 35°
Pembahasan
nb = indeks bias bahan
nu = indeks bias udara = 1
Dari hukum snellius pembiasan, sudut kritis adalah sudut datang (i) yang terjadi saat sudut biasnya (r) sama dengan 90° atau sin r = sin 90° = 1, diperoleh:
nb sin ik = nu sin r
nb sin 35° = 1(sin 90°)
nb sin 35° = 1
nb = 1/sin 35°
Sudut polarisasi bahan dengan anggapan sinar datang dari udara ke bahan optis:
tan ip = nb / nu
= (1/sin 35°) / 1
= 1/sin 35°
Jawaban: D
Choose EmoticonEmoticon