Gel. Cahaya (Uji Kompetensi, Diskusi Dan Miskonsepsi) [PDF]

Citation preview

1. Fenomena berikut yang dapat dimati pada gelombang bunyi, tetapi tidak dapat diamati pada gelombang cahaya adalah …. A. Polarisasi



D. refleksi



B. Interferens



E. resonansi



C. Difraksi Jawaban: E 2. Berikut sifat-sifat gelombang cahaya dan bunyi (1) Membuutuhkan medium untuk merambat (2) Gelombang transversal (3) Gelombang longitudinal (4) Mengalami resonansi Pernyataan yang benar tentang gelombang cahaya ditunjkkan oleh nomor…. A. (1), (2), (3), dan (4) B. (1), (3), dan (4)



D. (2) dan (4) E. (2)



C. (1), dan (3) Jawaban: E 3. Gelombang dapat mengalami hal-hal berikut (1) Interferensi (2) Polarisasi (3) Tidak dapat merambat dalam ruang hampa (4) Refraksi (5) Superposisi Ciri-ciri gelombang cahaya ditunjukkan oleh nomor… A. (1), dan (5) B. (1), (2), dan (4)



D. (2), (3), dan (4) E. (3), (4), dan (5)



C. (1), (3), dan (5) Jawaban: B 4. Suatu berkas cahaya tak terpolarisasi merambat pada arah sumbu X menuju ke sebuah polarisator yang mampu memisahkan berkas datang menjadi dua berkas, yaitu berkas A yang terpolarisasi hanya searah sumbu-sumbu Z dan berkas B yan terpolarisasi pada arah sumbu Y. berkas cahaya kemudian dilewatkan lagi ke analisator dengan sudut 600, perubahan intensitas berkas B setelah melewati analisator adalah….



1



A. I0 B.



D. 8I0



1



1



I0



E. 16I0



2 1



C. 4I0 Jawaban: D 1



I2 = 2 Io cos2 𝜃 1



I2 = 2 Io cos2 600 1



1



 0.25 = 4



I2 = 2 Io 0.25 1



I2 = 8 Io



5. seberkas cahaya tak terpolarisasi dipantulkan oleh selembar kaca (n = 1,2) yang tercelup dalam alcohol (n = 1,6). Jika sinar pantulnya terpolarisasi, sudut polarisasinya adalah… A. 64° B. 53° C. 50° D. 48° E. 43° Jawaban: B Diketahui: 𝑛1 = 1,2 𝑛2 = 1,6 Ditanya: θ = ... 𝑛



1,6



tan 𝜃 = 𝑛2 = 1,2 = 1,3 1



𝜃 = 𝑎𝑟𝑐 tan 1,3 = 53°



6. Sebuah balok kaca digunakan untuk menggeser lintasan sebuah berkas cahaya seperti ditunjukkan



gambar di samping. Fenomena yang ditunjukkan oleh angka 1 dan 2 pada gambar adalah… 1



2



A.



refleksi



Polarisasi



B.



Refleksi



Pembiasan



C.



Pembiasan



Refleksi



D.



Pembiasan



polarisasi



E.



pembiasan



hamburan



Jawaban: C



7. Sebuah kaca pembesar digunakan untuk membaca beberapa angka sangat kecil. Fenomena yang paling tepat menjelaskan hal tersebut adalah… A. Polarisasi B. Interferensi C. Pemantulan D. Pembiasan E. Hamburan Jawaban: B



8.



Matahari tampak merah pada saat terbenam. Fenomena tersebut berhubungan dengan perubahan… A. Intensitas gelombang B. Frekuensi gelombang C. Cepat rambat gelombang D. Arah rambat gelombang E. Arah getar gelombang Jawaban: A



9.



Perhatikan hal-hal berikut. (1) Difraksi (2) Interferensi (3) Panjang gelombang cahaya berkurang



Proses yang terjadi saat cahaya monokromatik melewati dua celah sejajar dituntukkan oleh nomor. . . A. (1)



D. (2) dan (3)



B. (3)



E. (1), (2) dan (3)



C. (1) dan (2) Jawaban: C



10. Perhatikan peralatan-peralatan berikut. (1) Sebuah kisi difraksi (2) Sebuah prisma (3) Sebuah permukaan depan cermin Peralatan yang digunakan untuk menunjukkan dispersi cahaya ditunjukkan oleh nomor. . . A. (1)



D. (2) dan (3)



B. (3)



E. (1), (2) dan (3)



C. (1) dan (2) Jawaban: E



11. Seberkas sinar didifraksikan oleh suatu celah tunggal sempit, membentuk suatu pola cahaya terang dan gelap pada suatu layar yang diletakkan seperti ditunjukkan gambar. Perubahan yang terjadi jika jarak antarcelah diperkecil adalah... Panjang gelombang Jarak antarpita terang A. Tetap



Bertambah



B. Tetap



Berkurang



C. Bertambah



Tetap



D. Bertambah



Berkurang



E.



Berkurang



Berkurang



Jawaban: D



12. Celah tunggal sebesar 0,5 mm disinari berkas cahaya sejajar dengan 𝜆 = 8000 A. Pola difraksi yang terjadi ditangkap oleh layar pada jarak 50 cm dari celah. Jarak antara pita gelap keempat dari titik tengah terang pusat adalah... A. 0,24 mm



D. 0,64 mm



B. 0,32 mm



E. 0,96 mm



C. 0,48 mm Jawaban: Penyelesaian 𝑑 = 0,5 mm = 5 × 10−4 𝑚 λ = 8000 Å = 8 × 10−7 𝑚 𝐿= 50 𝑐𝑚 = 5 × 10−1 𝑚 𝑛=4 Ditanya : 𝑦 … ? 𝑑𝑦 𝐿



= 𝑛λ



(5×10−4 𝑚)𝑦 5×10−1 𝑚



= 4(8 × 10−7 𝑚)



(1 × 10−3 )𝑦 = 32 × 10−7 𝑚 𝑦 = 32 × 10−4 𝑚 𝑦 = 32 × 10−1 𝑚𝑚 = 3,2 𝑚𝑚



13. Gambar di samping menunjukkan percobaan Young dengan d adalah jarak antarcelah dan P2 adalah garis terang orde 3. Jika panjang gelombang yang digunakan adalah 600 nm (1nm = 10-9 m), jarak antarcelah adalah... A. 1,6 × 10−1 mm B. 1,6 × 10−2 mm C. 3,0 × 10−2 mm D. 1,6 × 10−3 mm E. 2,0 × 10−3 mm Jawaban: Diketahui: 𝑛=3



𝜆 = 600 𝑛𝑚 = 600 × 10−9 𝑛𝑚 𝜃 = 37° Ditanya: d = .... 𝑛𝜆



𝑑 𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝑛𝜆 𝑑 = 𝑠𝑖𝑛𝜃 =



(3)(600×10−9 ) sin 37°



=



18×10−7 0,6



= 3 × 10−6 𝑚 = 3 × 10−3 mm



14. Cahaya 6000 Å melewati dua celah sempit yang berjarak satu sama lain 5 mm. Jarak, layar ke celah 1 m. Pada layar, garis gelap pertama berjarak ... mm dari titik tengah terang pusat. A. 0,06 B. 0,15 C. 0,30 D. 6 E. 15 Jawaban: Diketahui: 𝜆 = 6000 Å = 6000 × 10−7 mm 𝑛=1 𝐿 = 1 𝑚 = 1000 𝑚𝑚 d = 5 mm Ditanya: y = .... 𝑑 sin 𝜃 = 𝑛𝜆 (5)(𝑠𝑖𝑛𝜃) = (1)(6000 × 10−7 ) sin 𝜃 =



6000×10−7 5



𝑠𝑖𝑛𝜃 ≈ 𝑡𝑎𝑛𝜃 =



= 0,00012



𝑦 𝐿



𝑦



0,00012 = 1000 𝑦 = 0,00012(1000) = 0,12 mm



15. Interferensi celah ganda diselidiki dengan menggunakan cahaya yang panjang gelombangnya 600 nm. Jarak antargaris terang adalah 1,2 mm. Jika layar berjarak 1 m jauhnya dari celah, jarak antara kedua celah adalah...



A. 2,5 mm B. 0,50 mm C. 0,25 mm D. 0,050 mm E. 0,005 mm Jawaban: B Diketahui: 𝜆 = 600 𝑛𝑚 = 600 × 10−6 𝑚𝑚 ∆𝑦 = 1,2 𝑚𝑚 𝐿 = 1 𝑚 = 1000 𝑚𝑚 Ditanya: d = ... 𝑑𝑦 𝐿



= 𝑛𝜆 𝜆𝐿



𝑑 = Δ𝑦 =



(600×10−6 )(1000) 1,2



= 0,50 mm



16. Sebuah sumber cahaya memancarkan cahaya tampak dalam dua macam panjang gelombang, yaitu 𝜆 = 420 nm dan 𝜆’ = 560 nm. Sumber cahaya ini digunakan dalam interferensi celah rangkap dengan jarak antarcelah 0,025 mm dan jarak celah ke layar 2 m. Jarak antara kedua cahaya tersebut pada pita terang adalah... A. 2,4 cm B. 4,16 cm C. 7,7 cm D. 9,2 cm E. 17 cm Jawaban:



17. Seberkas cahaya monokromatik melewati kisi dengan panjan gelombang 6000 nm (1 nm =10-9 m) tegak lurus pada kisi difraksi, ternyata diperoleh terang orde kedua membentuk sudut 37°. Banyaknya garis tiap cm pada kisi tersebut adalah... A. 2000 B. 2500 C. 3000 D. 4000



E. 5000 Jawaban: Diketahui: 𝜆 = 6000 𝑛𝑚 = 6000 × 10−9 𝑛𝑚 n=2 θ = 37° Ditanya: N = ... 𝑑 𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝑛𝜆 𝑑 sin 37° = (2)(6000 × 10−9 ) 𝑑=



12×10−6 sin 37°



=



12×10−6 0,6



= 20 × 10−6 𝑚 = 0,002 𝑐𝑚



1



𝑑=𝑁 1



1



𝑁 = 𝑑 = 0,002 = 500 garis per cm 18. Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri atas 2000 garis tiap cm. Sudut bias ke-3 adala 37°. Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah.... A. 103 nm B. 104 nm C. 105 nm D. 106 nm E. 107 nm Jawaban: A Diketahui: N = 2000 garis per cm n=3 θ = 37° Ditanya: 𝜆 = .... 1



1



𝑑 = 𝑁 = 2000 = 5 × 10−4 𝑐𝑚 𝑑 𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝑛𝜆 (5 × 10−4 ) sin 37° = (3)(𝜆) 𝜆=



(5×10−4 )(0,6) 3



= 1 × 10−4 𝑐𝑚 = 103 𝑛𝑚



H. Diskusi Pertanyaan 1. Mengapa terjadinya polarisasi cahaya membuktikan bahwa cahaya adalah gelombang tranversal? 2.



Apakah perbedaan fungsi antara polarisator dan analisator dalam sistem polaroid?



3.



Bagaimana cara Anda membedakan cahaya tak terpolarisasi dengan cahaya terpolarisasi?



4.



Apakah langit di Bulan yang dilihat oleh astronut Apollo juga berwarna biru seperti di Bumi?



5.



Mengapa pada difraksi celah tunggal tidak diberikan persamaan untuk menentukan pita terang?



6.



Bagaimana lebar dari pita terang pusat jika: (a) Lebar celah ditingkatkan, (b) Cahaya merah diganti dengan cahaya ungu, (c) Medium udara diganti dengan medium air?



7.



Interferensi gelombang permukaan air dan gelombang bunyi mudah Anda jumpai dengan keseharian. Mengapa interferensi gelombang cahaya sulit Anda amati dalam keseharian?



8.



Berikan komentar Anda terhadap pernyataan berikut. “Jika tidak terjadi difraksi, tidaklah mungkin bagi kita untuk melihat pola teranggelap interferensi dalam percobaan Young.”



9.



Mengapa gelembung sabun pada air dapat menghasilkan warna-warni ketika terkena cahaya matahari?



10. Mengapa pengukuran panjang gelombang dengan menggunakan kisi lebih teliti daripada menggunakan interferensi celah ganda? 11. Mengapa pada kisi tidak diberikan persamaan untuk garis gelap? 12. Jika kisi disinari dengan cahaya putih, mengapa pada pusatnya tampak putih, tetapi pada spektrum orde lainnya tampak berbagai garis warna? Jawab 1.



Suatu gelombang terpolarisasi terjadi jika getaran dari gelombang terjadi dalam satu arah saja, dan polarisasi terjadi hanya apabila arah getar gelombang tegak lurus dengan arah rambat gelombang. Gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatnya adalah gelombang transversal. Jadi polarisasi cahaya membuktikan



bahwa cahaya adalah gelombang transversal, karena polarisasi hanya dapat terjadi jika arah getar gelombang tegak lurus dengan arah rambat gelombangnya. 2.



Polasiator berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi dari cahaya tak terpolarisasi (cahaya alami). Analisator berfunsi untuk mengurangi intensitas cahaya terpolarisasi.



2.



Kalau cahaya tak terpolarisasi, cahaya yang mempunyai banyak arah getar, sedangkan cahaya terpolarisasi cahaya yang hanya memiliki satu arah getar.



3.



Tidak, langit di Bulan yang dilihat oleh astronut Apollo berwarna hitam, hal ini dikarenakan bulan tidak memiliki atmosfer seperti bumi.



4.



Karena pita terang pusat lebih lebar daripada lebar celah. Pita terang lainnya semakin sempit ketika semakin jauh dari terang pusat,tetapi lebar pita gelap hampir tetap. Oleh karena itu, pada kasus difraksi celah tunggal hanya diberikan persamaan untuk menentukan letak pita gelap dari titik tengah terang pusat.



5.



Berdasarkan rumus



𝑑𝑦 𝐿



= 𝑛𝜆, dimana lebar dari pita terang adalah y, maka:



a. Berdasarkan rumus diatas, lebar celah (d) berbanding terbalik dengan lebar dari pita terang (y). Sehingga, jika lebar celah ditingkatkan maka lebar dari pita terang akan semakin berkurang. b. Cahaya merah memiliki panjang gelombang sebesar 700 nm, dan cahaya ungu memiliki panjang gelombang sebesar 400 nm. Pada rumus diatas, panjang gelombang (𝜆) berbanding lurus dengan y. Artinya semakin besar panjang gelombang maka semakin besar pula lebar pita dari pita terang. Sehingga, jika cahaya merah diganti dengan cahaya ungu maka lebar dari pita terang semakin kecil, karena panjang gelombang cahaya ungu lebih kecil daripada cahaya merah. c. Indeks bias untuk medium udara adalah 1, dan indeks bias untuk medium air adalah 1,3. Pada rurmus diatas indeks bias (n) berbanding lurus dengan lebar dari pita terang sehingga jika medium udara diganti dengan medium udara maka lebar dari pita terang semakin besar, karena indeks bias medium air lebih besar daripada indeks bias medium udara. 6.



Ada dua alasan, pertama, panjang gelombang cahaya sangat pendek, kira-kira 1% dari lebar rambut. Kedua, setiap sumber cahaya alamiah memancarkan gelombang cahaya yang fasenya sembarang sehingga interferensi yang terjadinya hanya dalam waktu sangat singkat.



7.



Pernyataan tersebut benar, karena dalam percobaan Young menggunakan sebuah filter dan sebuah celah ganda, yang dimana cahaya akan melalui sebuah celah ganda dan pita terang-gelap silih berganti akibat terjadinya interferensi. Lebar tiap celah harus cukup sempit, agar dapat dihasilkan difraksi yang sesuai. Ini agar dihasilkan suatu pola interferensi yang jelas.



8.



Ketika cahaya matahari (sinar polikromatik) mengenai lapisan tipis sabun dengan ketebalan berbeda ini, berbagai panjang gelombang cahaya mengalami interferensi konstruktif pada tempat-tempat yang berbeda dalam lapisan sabun. Ini menyebabkan terjadinya pemisahan warna-warna dari cahaya putih matahari.



9.



Karena pola interferensi yang dihasilkan oleh celah ganda terlalu menyebar (kurang tajam) sehingga hasil hitungan panjang gelombang menjadi kurang teliti. Untuk menghasilkan pola interferensi yang lebih tajam pada layar maka digunakan sebuah kisi yang berupa penghalang yang memiliki sejumlah besar celah-celah sejajar. Ternyata, jika cahaya dihalangi oleh penghalang yang memiliki lebih banyak celah dengan lebar sama dan jarak antarcelah yang berdekatan juga sama, diperoleh pola pita-pita terang yang lebih tajam.



10. Ini disebabkan karena pada kisi difraksi tidak membicarakan tentang garis gelap sehingga tidak memberikan persamaan untuk garis gelap (kisi minimum). 11. Karena putih merupakan gabungan dari semua warna sehingga kisi itu membiaskan warna putih tersebut menjadi berbagai garis warna.



J. Soal Miskonsepsi Pertanyaan: 1. Polarisator berfunsi untuk mengurangi intensitas cahaya terpolaritasi. 2. Analisator berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi dari cahaya tak terpolarisasi (cahaya alami). 3. Cahaya hanya dapat merambat jika ada medium karena cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. 4. Syarat utama agar interferensi dapat diamati adalah kedua sumber gelombang harus koheran yaitu memiliki fase yang sama dan amplitudo yang hampir sama. 5. Suatu gelombang disebut terpolarisasi lnear jika getaran dari gelombang terjadi pada semua arah. 6. Langit yang biru terjadi karena adanya interferensi. 7. Penyerapan dan pemancaran kembali cahaya oleh partikel-partikel ini disebut pemantulan. 8. Panjang gelombang cahaya ungu lebih besar daripada panjang gelombang cahaya merah. Jawaban: 1. Salah, polarisator berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi dari cahaya tak terpolarisasi (cahaya alami). 2. Salah, analisator berfunsi untuk mengurangi intensitas cahaya terpolaritasi. 3. Salah, cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Getaran medan listrik dan medan magnet dapat merambat, baik ada medium maupun tidah, sehingga cahaya sebagai gelombang elektromagnetik dapat merambat tanpa memerlukan medium. 4. Benar, koheran artinya kedua gelombang selalu memiliki beda fase tetap (tidak harus nol). Supaya beda fase tetap, maka kedua gelombang harus memiliki fase yang sama. Syarat tambahan agar interferensi kedua gelombang koheran dapat diamati dengan jelas adalah kedua gelombang harus memiliki amplitudo yang hampir sama. 5. Salah, suatu gelombang disebut terpolarisasi lnear jika getaran dari gelombang terjadi pada satu arah. 6. Salah, langit yang biru disebabkan oleh hamburan cahaya. Berdasarkan analisis tentang proses hamburan cahaya dapat disimpulkan bahwa untuk intesitas cahaya datang



tertentu,



intensitas



cahaya



yang



dihamburkan



bertambah



dengan



bertambahnya frekuensi. Cahaya biru memiliki frekuensi yang lebih rendah daripada



frekuensi merah sehingga cahaya biru dihamburkan lebih banyak daripada cahaya merah. Sehingga, langit berwarna biru. 7. Salah, Penyerapan dan pemancaran kembali cahaya oleh partikel-partikel ini disebut hamburan. 8. Salah, besar panjang gelombang cahaya ungu adalah 400 nm dan besar panjang gelombang cahaya merah adalah 700 nm. Sehingga panjang gelombang cahaya ungu lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya merah.