Fisika-bab Ii Kurtilas.pptx

BAB II GELOMBANG CAHAYA OLEH : Drs. HASIAN PURBA Cahaya memiliki sifat-sifat umum gelombang, antara lain: 1. Dalam suatu medium homogen, cahaya merambat pada satu garis lurus. 2. Pada bidang batas antar dua medium, cahaya dapat mengalami pemantulan atau pembiasan. 3. Jika melewati celah sempit, cahaya dapat mengalami lenturan atau defraksi. 4. Cahaya dapat mengalami interferensi. 5. Cahaya dapat mengalami polarisasi

Pembiasan pada prisma 

DIPERSI

 Sinar monokromatik jatuh pada sebuah prisma seperti pada gambar di bawah, besar sudut pembias prisma adalah …

LENSA KROMATIS 1. RUMUS PEMBENTUK LENSA Di raba Cembung

R⊕

Cekung

R⊖

1 𝑛𝑅 − 1 = 𝑓 𝑛𝑚𝑒𝑑𝑖𝑢𝑚

2. 𝑃= 𝑃=

KUAT LENSA 1 𝑓 (𝑚 ) 100 𝑓 (𝑐𝑚 )

𝑑𝑖𝑜𝑝𝑡𝑟𝑖 𝑑𝑖𝑜𝑝𝑡𝑟𝑖

LENSA GABUNGAN 𝟏 𝒇𝒈

=

𝟏 𝒇𝟏

𝟏

𝟏

𝟏

𝒇𝟐

𝒇𝟒

𝒇𝟓

+ + +

𝑷𝒈 = 𝑷𝟏 + 𝑷𝟐 + 𝑷𝟑 + 𝑷𝟒 + 𝑷𝟓

1 1 + 𝑅1 𝑅2

Polikromatis 𝟏 𝒇𝒖𝒏𝒈𝒖

= 𝟏

𝟏 𝒇𝒖𝒏𝒈𝒖 𝟏 𝒇𝒖𝒏𝒈𝒖

= 𝟐

=

𝟏 𝒇𝒎𝒆𝒓𝒂𝒉 𝟏 𝟏 𝒇𝒎𝒆𝒓𝒂𝒉 𝟐 𝟏 𝒇𝒎𝒆𝒓𝒂𝒉

𝟏

𝒏𝒎𝒆𝒅𝒊𝒖𝒎

𝑹𝟏

𝒏𝑹 𝒖𝒏𝒈𝒖 − 𝟏

𝟏

𝒏𝒎𝒆𝒅𝒊𝒖𝒎

𝑹𝟑

𝟏 𝒇𝒖𝒏𝒈𝒖

= =

=

𝒏𝑹 𝒖𝒏𝒈𝒖 − 𝟏

+ 𝟏

+ +

𝑹𝟐 𝟏 𝑹𝟒

𝟏 𝒇𝒖𝒏𝒈𝒖

𝟐

𝒏𝑹 𝒎𝒆𝒓𝒂𝒉 − 𝟏

𝟏

𝒏𝒎𝒆𝒅𝒊𝒖𝒎 𝒏𝑹 𝒎𝒆𝒓𝒂𝒉 − 𝟏

𝑹𝟏

𝒏𝒎𝒆𝒅𝒊𝒖𝒎 𝟏

𝑹𝟑

𝒇𝒎𝒆𝒓𝒂𝒉 𝟏

𝟏

+

𝟏

+ +

𝟏 𝑹𝟐 𝟏 𝑹𝟒

𝟏

𝒇𝒎𝒆𝒓𝒂𝒉 𝟐

Lensa yang kromatis jika 𝒇𝒎𝒆𝒓𝒂𝒉 = 𝒇𝒖𝒏𝒈𝒖

Interferensi Cahaya

Ketika kedua gelombang yang berpadu sefase (beda fase = 0, 2π, 4π, . . . Atau beda lintasan = 0, λ, 2λ, 3λ, . . .) terjadi interferensi konstruktif.

Kedua gelombang yang berpadu berlawanan fase (beda fase = π, 3π, 5π, . . . Atau beda lintasan = ½λ, 1½λ, 2½λ, . . .) terjadi interferensi destruktif.

Bagaimanakah cara menghasilkan pasangan sumber cahaya koheren? 1. Sinari dua (atau lebih) celah sempit dengan cahaya yang berasal dari celah tunggal (satu celah)

2. Dapatkan sumber-sumber koheren maya dari sebuah sumber cahaya dengan pemantulan saja atau pemantulan dan pembiasan 3. Gunakan sinar laser sebagai penghasil cahaya koheren

Interferensi Celah Ganda Pita-pita terang dan gelap bergantian dengan jarak pisah yang seragam di kenal sebagai interferensi Young.

INTEFERENSI MAKSIMUM (KONSTRAKTIF)

INTERFERENSI MINIMUM (DISTRUKTIF)

∆𝒔 = 𝟎, 𝝀, 𝟐𝝀, 𝟑𝝀 ∆𝒔 = 𝒏𝝀 ; 𝒏 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … … ∆𝒔 = 𝒅 𝐬𝐢𝐧 𝜽 𝒅 𝐬𝐢𝐧 𝜽 = 𝒏𝝀 ; 𝒏 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … …

∆𝒔 =

Untuk θ < < < < 𝐬𝐢𝐧 𝜽 = 𝐭𝐚𝐧 𝜽 𝐬𝐢𝐧 𝜽 = 𝒀

𝒀 𝒍

𝒅 𝒍 = 𝒏𝝀 ; 𝒏 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … …

𝟏

𝟑

𝟓

𝝀, 𝟐 𝝀, 𝟐 𝝀 𝟐

∆𝒔 = 𝟐𝒏 + 𝟏

𝟏 𝟐

𝝀 ; 𝒏 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … …

∆𝒔 = 𝒅 𝐬𝐢𝐧 𝜽 𝒅 𝐬𝐢𝐧 𝜽 = 𝟐𝒏 + 𝟏

𝟏 𝟐

𝝀 ; 𝒏 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … …

Untuk θ < < < < 𝐬𝐢𝐧 𝜽 = 𝐭𝐚𝐧 𝜽 𝒅𝒀 𝒍 𝒅𝒀 𝒍 𝒅 𝒍

=

𝟐𝒏 + 𝟏

=

𝟐𝒏 + 𝟏

𝚫𝒚 =

𝚫𝒚 =

𝟏 𝟐

𝝀𝒍 𝟐𝒅

𝝀

𝟏 𝟐 𝟏 𝟐

𝝀 ; 𝒏 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … … 𝝀 ;𝒏 = 𝟎

Jarak antara Pita Terang dan Pita Gelap yang Berdekatan ( Δy )

Jarak antara pita terang dan pita gelap yang berdekatan

Δy =

Lλ 2d

13. Pada percobaan Young di gunakan 2 celah sempit yang berjarak 2 mm satu sama lain dan layar yang dipasang 1 m dari celah tersebut. Jika dihasilkan terang kedua pada jarak 0,5 mm dari terang pusat, maka panjang gelombang cahaya yang di gunakan adalah …… Dik : 𝑑 = 2𝑚𝑚 = 2𝑥 10−3 𝑚 𝑙 = 1𝑚 𝑛=2 𝑌 = 5 𝑥 10−4 Dit : 𝜆 = ? Jawab : 𝑑𝑌

= 𝑛𝜆

𝑙 2𝑥 10 −3 𝑥 5 𝑥 10 −4 1 −7

5 𝑥 10 = 𝜆 𝜆 = 5000 Å

= 2𝜆

14. Dua puluh pola gelap-terang inteferensi menyebar 4 cm dari layar yang letaknya 50 cm dari dua celah yang jaraknya 0,01 cm besar panjang gelombang yang melewati celah adalah ……… Dik : 20Δ𝑦 = 4 𝑐𝑚 Δ𝑦 = 2 𝑥 10−3 𝑚 𝑙 = 50 𝑐𝑚 = 5 𝑥 10−1 𝑚 𝑑 = 0,01 𝑐𝑚 = 10−4 𝑚 Dit : 𝜆 = ? Jawab : Δ𝑦 = 𝜆= 𝜆=

𝜆𝑙

2𝑑 Δ𝑦2𝑑 𝑙 2 𝑥 10 −3 𝑥 2 𝑥 10 −4 5 𝑥 10 −1 −7

𝜆 = 8 𝑥 10 𝑚 = 800 𝑛𝑚

15. Panjang gelombang cahaya dalam Å yang menyinari dua celah identik yang terpisah sejarak 0,10 cm, ketika frinji-frinji (fringes) terang yang diamati sejauh 60,0 cm dan layar tampak terpisah sejauh 0,048 cm adalah ……… Dik : 𝑑 = 0,1 𝑐𝑚 𝑙 = 60 𝑐𝑚 𝑛=1 𝑌 = 0,048 𝑐𝑚 Dit : 𝜆 = ?

Jawab : 𝑛𝜆 =

𝑑𝑌 𝑙

𝑑𝑌

𝜆 = 𝑙𝑛 𝜆=

10 −1 𝑥 4,8 𝑥 10−2 6 𝑥 10 −1 −5

𝜆 = 8 𝑥 10 𝑐𝑚 = 8 𝑥 10−7 𝑚 = 8000 Å

16. Seberkas cahaya yang terdiri dari dua panjang gelombang 5200 Å dan 6500 Å di gunakan untuk menghasilkan pita-pita inference dalam percobaan Young. Berapakah jarak terpendek dari terang pusat dimana pita terang yang dihasilkan kedua gelombang berimpit? Jarak antara celah adalah 2,00 mm dan jarak antara bidang celah dan layar adalah 120cm. Dik : 𝜆1 = 5200 Å 𝜆2 = 6500 Å 𝑑 = 2𝑚𝑚 = 2𝑥 10−3 𝑚 𝑙 = 120 𝑐𝑚 = 1,2 𝑚 𝑛=1 Dit : Δ𝑦 =?

Jawab : 𝑑𝑌 𝑙

Δ𝑦 =

= 𝑛𝜆

𝑌1 =

𝑛𝜆 1 𝑙

𝑌2 =

𝑑

Δ𝑦 = 𝑌2 − 𝑌1 Δ𝑦 =

𝑛𝜆 2 𝑙 𝑑 𝑛𝑙

−

𝑛𝜆 1 𝑙

Δ𝑦 = 𝑑 𝜆2 − 𝜆1

𝑑

𝑛𝜆 2 𝑙 𝑑

1,2 2𝑥 10−3

6,5 𝑥 10−7 −5,2𝑥 10−7

Δ𝑦 = 6 𝑥 103 (1,3 𝑥 10−7) Δ𝑦 = 7,8 𝑥 10−4

Perbesaran Sistem Alat Optik dibatasi oleh Difraksi 1) Pola difraksi dua benda yang berdekatan

Bayangan hasil pemotretan pada film Sudut resolusi minimum θm = 1,22

λ D

2) Daya urai lensa Pada malam hari, Anda mengamati dua lampu mobil yang bergerak mendekati Anda. Awalnya, kedua lampu tampak menyatu. Setelah semakin dekat, lampu tersebut semakin jelas dan terpisah.

Pengamatan dua lampu mobil dengan mata, kedua lampu (a) tampak menyatu, (b) tampak mulai terpisah, dan (c) terpisah sempurna pada jarak lebih dekat

Daya Urai

9. Seseorang bermata normal (titik dekatnya 25 cm) mengamati benda dengan mata berakomodasi maksimum. Diameter pupil matanya 2 mm dan mata peka terhadap cahaya 550 x 10-6 mm. batas daya urai mata orang itu adalah …… Dik : 𝑙 = 25 𝑐𝑚 = 25 𝑥 10−2 𝑚 𝐷 = 2𝑚𝑚 = 2𝑥 10−3 𝑚 𝜆 = 550 x 10−6 mm = 550 x 10−9 𝑚 Dit : 𝑑𝑚 =? Jawab :

𝑑𝑚 = 𝑑𝑚 =

1,22𝜆𝑙 𝐷 1,22 𝑥 550 x 10−9𝑥 25 𝑥 10−2 2𝑥 10−3

𝑑𝑚 = 0,08 𝑚𝑚

10. Jarak dua lampu sebuah mobil = 1,5 m. Lampu diamati oleh dua orang yang

diameter pupil matanya 1,22 mm. Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan kedua lampu mobil itu rata-rata 4500 Å. Jarak mobil maksimum supaya nyala lampu itu masih dapat dipisahkan oleh mata adalah …… Dik : 𝑑𝑚 = 1,5 𝑚 𝜆 = 4500 Å = 4,5 𝑥 10−7 𝑚 𝐷 = 1,22 𝑚𝑚 = 1,22𝑥 10−3 𝑚 Dit : 𝑙 =?

Jawab : 𝑑𝑚 𝑙

1,22𝜆

=

𝑙= 𝑙= 𝑙=

𝐷 𝑑𝑚 𝐷

1,22𝜆 1,5 𝑥 1,22𝑥 10−3

1,22 𝑥 4,5 𝑥 10−7 104

3

= 3,3 𝑥 103

3. Difraksi Cahaya Difraksi adalahPeristiwa perubahan atau penyimpangan arah gerak cahaya saat melewati celah.

Lenturan gelombang permukaan air pada tangki riak melalui (a) celah lebar, (b) celah cukup lebar, dan (c) celah sempit

Difraksi Cahaya Difraksi Celah Tunggal

Analisis Kuantitatif Difraksi Celah Tunggal Pita gelap ke-n terjadi jika d sin θ = n λ ; dengan n = 1, 2, 3, . . .

Kisi Difraksi Tetapan kisi 1 d= N Bagaimanakah Rumus untuk Kisi Difraksi ? Garis terang kisi difraksi ΔS = d sin θ = n λ ; n = 0, 1, 2, . . .

7. Celah tunggal selebar 0,20 mm disinari berkas cahaya sejajar dengan λ = 6000 Å. Pola difraksi yang terjadi di tangkap oleh layar pada jarak 40 cm dari celah. Jarak antara pita gelap keempat dengan titik tengah terang pusat adalah …… Dik : 𝑑 = 0,2𝑚𝑚 = 2𝑥 10−4 𝑚 𝜆 = 6000 Å = 6 𝑥 10−7 𝑚 𝑙 = 40 𝑐𝑚 = 4 𝑥 10−1 𝑚 𝑛=3 Dit : 𝑦 =?

Jawab : 𝑑𝑌 𝑙

= 𝑛𝜆

𝑌= 𝑌=

𝑛𝜆𝑙 𝑑 3 𝑥 6 𝑥 10 −7 𝑥 4 𝑥 10−1 2𝑥 10 −4 −4

𝑌 = 36 𝑥 10 𝑚 = 0,36 𝑚𝑚

18. Seberkas sinar monokromatis dengan panjang gelombang 5 x 10-7 m datang

tegak lurus pada kisi. Jika spektrum orde kedua membuat sudut 30o dengan garis normal pada kisi, maka jumlah garis per cm kisi adalah …… Dik : 𝜆 = 5 𝑥 10−7 𝑚 𝜃 = 30° 𝑛=2 Dit : 𝑁 = ?

Jawab : 𝑑𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝑛𝜆 𝑛𝜆

𝑑 = 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑑=

1

𝑁= 𝑑 𝑁=

2 𝑥 5 𝑥 10 −7 1 2

𝑑 = 2 𝑥 10−6

𝑁=

1 2 𝑥 10 −6 106 2

𝑁 = 5 𝑥105 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠/𝑐𝑚 = 5 𝑥 103 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠/𝑚

19. Cahaya hijau (λ = 5400 Å) didifraksikan oleh kisi dengan 2000 garis/cm. Spektra orde tertinggi yang diamati adalah …… Dik : 𝜆 = 5400 Å = 54 𝑥 10−8 𝑚 𝑁 = 2000 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠/𝑐𝑚 = 2 𝑥 105 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠/𝑚 Dit : n = ? Jawab : 𝑑𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝑛𝜆 𝑛=

𝑛= 𝑛=

𝑑𝑠𝑖𝑛𝜃 𝜆

→

5 𝑥 10 −6 𝑠𝑖𝑛90° 54 𝑥 10 −8 5 𝑥 102

𝑛=9

54

𝑑= 𝑑=

1 𝑁 1 2 𝑥 10

−6 = 5 𝑥 10 𝑚 5

POLARISASI

I₁ = ½I₀

Menurut hukum malus, I₂ = I₁ cos² θ = ½ I₀ cos²θ

Ket : 𝑰 = 𝒊𝒏𝒕𝒆𝒏𝒔𝒊𝒕𝒂𝒔 𝒈𝒆𝒍𝒐𝒎𝒃𝒂𝒏𝒈 (𝑾 𝒎−𝟐)

2. Suatu berkas cahaya tak terpolarisasi merambat kea rah sumbu X menuju ke sebuah polalisator yang mampu memisahkan berkas datang menjadi dua

berkas, yaitu berkas A terpolarisasi hanya searah sumbu-sumbu Z dan

berkas B yang terpolarisasi pada arah sumbu Y. Berkas cahaya kemudian dilewatkan

lagi ke polarisator kedua dengan orientasi yang sama dengan

polarisator pertama. Berapa persenkah perubahan intensitas berkas B setelah melewati polarisator kedua? Dik :

𝐼0 = 𝐼0 1

𝐼1 = 𝐵 = 2 𝐼0 𝜃 = 0° Dit : 𝐼2 = ? Jawab : 𝐼2 = 𝐼0 𝑐𝑜𝑠 2 𝜃 𝐼2 =

1

𝐼2 =

𝐼 2 0

2 1

𝐼0 𝑐𝑜𝑠 2 𝜃

𝐼2 = 𝐼1 𝐵 = 𝑡𝑖𝑑𝑎𝑘 𝑏𝑒𝑟𝑢𝑏𝑎ℎ = 0 %

3. Suatu berkas cahaya tak terpolarisasi dengan intensitas I

datang pada

Polaroid dari dua lembar Polaroid ideal. Berapakah seharusnya sudut antara sumbu-sumbu polarisasi dari kedua Polaroid jika intensitas berkas cahaya yang keluar adalah ¼I ? Dik :

𝐼0 = 𝐼 𝐼2 =

1 4

𝐼

Dit : 𝜃 = ? Jawab : 𝐼2 = 1 4

𝐼 = 1 2

1 2

𝐼0 𝑐𝑜𝑠 2 𝜃 1 2

𝐼 𝑐𝑜𝑠 2 𝜃

= 𝑐𝑜𝑠 2 𝜃

cos 𝜃 =

1 2

2 1

𝜃 = cos −1 ( 2 𝜃 = 45°

2)