tugas pekan 12 fisika dasar 2 2012
Post on 10-Feb-2018
238 Views
Preview:
TRANSCRIPT
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 1/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 1
Nama : Rizqi Pandu Sudarmawan
NPM : 0906557045
Bab : Sifat Dasar dan Perambatan Cahaya
Polarisasi Cahaya
1. Seberkas cahaya monokromatik dibiaskan oleh prisma dengan arah seperti pada gambar berikut. Bila
temyata sinar mengalami deviasi minimum tentukan besarnya r 2.
Jawab:
Pada saat sinar mengalami deviasi minimum, maka cahaya melalui prisma secara simetris.
2. Berkas cahaya datang dari udara dengan sudut datang 30o menuju air. Hitung sudut pembiasan
cahaya dalam air.
Jawab:
3. Cahaya datang dari udara ke selembar silica yang tebalnya 5 cm. Jika indeks bias silica untuk cahaya
tersebut 1,458 dan sudut datang cahaya adalah 60o, berapakah pergeseran arah rambat cahaya setelah
meninggalkan silica?
Jawab:
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 2/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 2
n1 sin i = n2 sin r
1 × sin 60o = 1,458 × sin r
sin r = 0,866/1,458 = 0,594
r = 36,5o
d =
4. Sudut kritis bagi pemantulan total pada batas antara dua material adalah 52o. Berapa sudut Brewster
pada bidang ini?
Jawab:
Misalkan cahaya datang dari medium dengan indeks bias n1 ke medium dengan indeks bias n2. Sudut
kritis bagi pemantulan sempurna memenuhi
Sudut Brewster memenuhi
5. Menurut teori Descartes, pelangi terjadi ketika sinar matahari datang pada tetes hujan dan dibiaskan
dengan sudut deviasi minimum atau maksimum. Secara logika jika sinar matahari mengalami deviasi
minimum oleh satu tetes hujan maka deviasi oleh tetes-tetes di sekitar tetes hujan ini tidak berkisar
jauh dari deviasi minimum. Akibatnya sinar-sinar bias dari tetes hujan dan sekitarnya menjadi
hampir sejajar, dengan kata lain orang akan melihat pita-pita warna. Jika bukan deviasi minimum
maka sudut deviasi satu tetes dengan sudut deviasi tetes lain berbeda agak jauh sehingga tidak akan
melihat pita warna. Buktikan bahwa jika sudut deviasinya maksimum atau minimum maka γ = 42o
untuk sinar merah dan γ = 40o untuk sinar ungu. Indeks bias warna merah 1,333 dan indeks bias
warna ungu 1,345
Jawab:
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 3/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 3
Besar sudut deviasi:
Deviasi akan maksimum atau minimum jika turunan pertama dari D terhadap sudut θ sama
dengan nol.
Gunakan Hukum Snellius untuk menghubungkan antara θ dengan
Hitung θ dan sebagai berikut.
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 4/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 4
Untuk sinar merah, sudut γ dapat dicari sebagai berikut:
Untuk sinar ungu, sudut γ dapat dicari sebagai berikut:
6. Seberkas sinar datang dari udara ke lapisan minyak yang terapung di air dengan sudut datang 30°.
Bila indeks bias minyak 1,45 dan indeks bias air 1,33, berapakah besar sudut sinar tersebut di dalam
air?
Jawab:
Pada kasus ini mula-mula berkas sinar merambat di udara lalu masuk ke lapisan minyak yang
terapung di permukaan air, baru kemudian sinar masuk ke dalam air. Jadi, sebelum sampai ke
dalam air sinar mengalami dua kali pembiasan seperti diperlihatkan gambar di bawah ini.
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 5/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 5
7. Sebuah prisma mempunyai sudut pembias 60o dan indeks biasnya 1,5. Seberkas sinar datang pada
salah satu sisi pembias prisma dengan sudut datang 60o, tentukan :
a. sudut deviasi yang terjadi pada prisma,
b. sudut deviasi minimum yang terjadi pada prisma tersebut, dan
c. sudut deviasi minimum yang terjadi jika prisma di dalam air yang indeks biasnya
.
Jawab:
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 6/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 6
8. Sebuah prisma dengan sudut pembias 15o terbuat dari kaca kerona yang memiliki indeks bias untuk
sinar merah 1,52 dan untuk sinar ungu 1,54 digabung dengan prisma yang terbuat dari kaca flinta
sehingga membentuk susunan prisma akromatik. Apabila indeks bias sinar merah dan sinar ungu
untuk kaca flinta adalah 1,62 dan 1,67, tentukan besarnya sudut pembias pada prisma flinta!
Jawab:
9. Berkas sinar datang dari intan ke udara. Bila indeks bias intan = 2,4 dan indeks bias udara = 1, hitung
sudut kritis pada intan dan jelaskan mengapa intan tampak berkilauan!
Jawab:
Jadi, sudut kritis untuk intan adalah 24,6°. Artinya bila sinar datang dari intan menuju udara
dengan sudut datang lebih besar dari 24,6°, maka sinar-sinar tersebut akan dipantulkan
kembali ke intan. Oleh karena itu, intan dibentuk sedemikian sehingga hampir semua sinar
datang ke permukaannya membentuk sudut yang lebih besar dari 24,6° sehingga sinar yang
datang ke intan setelah masuk ke permukaan dalamnya akan dipantulkan sempurna.
Akibatnya intan tampak berkilauan.
10. Seekor ikan lele berada pada kedalaman 2 m di suatu danau dengan permukaan yang tenang.
a. Ikan melihat pemandangan di atas air secara termampatkan dalam suatu lingkaran. Hitung
diameter lingkaran tersebut.
b. Bila ikan berenang semakin ke bawah, apakah diameter lingkaran akan bertambah, berkurang ,
atau tetap sama?
Jawab:
a. Fenomena tersebut akan terjadi apabila terjadi pemantulan total dengan sudut datang
cahaya lebih besar dari sudut kritisnya. Sudut kritis dihitung sebagai berikut.
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 7/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 7
b. Sesuai dengan hubungan antara diameter lingkaran dengan kedalaman ikan,
, terlihat bahwa diameter lingkaran akan bertambah bila ikan berenang
semakin ke bawah (kedalaman ikan bertambah).
11. a)Dengan sudut datang berapakah agar cahaya matahari yang dipantulkan danau terpolarisasi linier?
b)Berapakah sudut bias cahaya pada saat itu? Indeks nias udara n1 = 1 dan indeks bias air n2 = 1,33.
Jawab:
a. Cahaya pantul terpolarisasi jika sudut datang sama dengan sudut Brewster yang
memenuhi
b. Saat terjadi polarisasi pada cahaya pantul, jumlah sudut datang dan sudut bias adalah 90o.
Jika sudut bias r maka,
12. Sumbu polarisator membentuk sudut 70o satu dengan lainnya. Cahaya tidak terpolarisasi jatuh pada
polarisator pertama. Berapa intensitas cahaya yang ditransmisikan polarisator kedua?
Jawab:
Misalkan intensitas cahaya yang tidak terpolarisasi adalah Io. Intensitas yang ditransmisikan
polarisator pertama adalah
. Maka, intensitas yang ditransmisikan polarisator kedua
adalah:
13. Cahaya tak berpolarisasi dengan intensitas Io jatuh pada sebuah polarisator dan analisator yang
sumbu polarisasinya diputar terhadap polarisator, sedangkan intensitas cahaya yang diteruskan
adalah
Io. Hitung sudut !
Jawab:
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 8/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 8
14. Terdapat dua buah gambar hasil polarisasi cahaya sebagai berikut:
a) Jelaskan perbedaan kedua gambar di atas.
b) Tentukan masing-masing resultannya.
c) Tentukan jenis polarisasinya dan beri penjelasan.
Jawab:
a) Gambar 1 adalah dua buah gelombang cahaya yang memiliki fasa yang sama yaitu Ex
dan Ey dengan amplitudo yang sama. Gambar 2 adalah dua buah gelombang cahaya yang
memiliki beda fasa sebesar 90o yaitu Ex mendahului Ey sebesar 90o dengan amplitudo
yang sama.
Kedua gelombang memiliki fasa yang sama maka menghasilkan resultan yang
amplitudonya lebih besar. Karena kedua gelombang bersuperposisi maka pola
gelombang resultan adalah hasil penjumlahan dari kedua gelombang medan listrik
tersebut.
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 9/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 9
Resultan Gambar 2:
Beda fasa sebesar 90o; dan saat diperoleh resultan kedua gelombang, dihasilkan nilai
amplitudo yang selalu sama di setiap titik. Karena kedua gelombang bersuperposisi maka
pola gelombang resultan adalah hasil penjumlahan dari kedua gelombang cahaya
tersebut.
c) Jenis polarisasi gambar 1 adalah polarisasi linier dengan arah miring sedangkan jenis
polarisasi gambar 2 adalah polarisasi melingkar searah jarum jam. Jika dilihat dari
sumbu z:
Gambar 1 menghasilkan resultan seperti garis linier yang miring dan hasil
polarisasi merupakan resultan kedua gelombang.
Gambar 2 menghasilkan resultan seperti lingkaran dengan amplitudo sebagai
jari-jari, dikarenakan nilai amplitudo di setiap titik bernilai sama dengan arah
perputaran dari +x ke – x. Hasil polarisasi merupakan resultan kedua
gelombang.
15. Cahaya tak terpolarisasi diarahkan ke suatu sistem dengan tiga polarisator, yang arah polarisasinya
membentuk sudut terhadap sumbu y. Hitung persentase intensitas awal yang
ditransmisikan oleh sistem.
Jawab:
Setelah melalui polarisator pertama, intensitas awal Io direduksi menjadi
dari nilai awalnya.
Kemudian, setelah melewati polarisator kedua, intensitas kembali direduksi dengan faktor
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 10/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 10
Akhirnya, setelah melewati polarisator yang ketiga, intensitas
direduksi dengan faktor Maka,
Berarti 0,045 % dari intensitas awal cahaya ditransmisikan oleh sistem.
16. Kita ingin memutar arah polarisasi hingga 90o dari seberkas cahaya terpolarisasi dengan
mengarahkan sinar dari satu atau lebih polarisator.
a. Berapa jumlah minimum polarisator yang dibutuhkan?
b. Hitung jumlah minimum polarisator yang dibutuhkan bila intensitas transmisi yang diinginkan
adalah lebih dari 60 % dari nilai intensitas awal.
Jawab:
a. Pemutaran arah polarisasi tidak dapat dilakukan dengan hanya satu polarisator. Jika satu
polarisator ditempatkan sedemikian rupa sehingga arah polarisasinya berada pada sudut
90o terhadap arah polarisasi dari cahaya terpolarisasi, maka tidak ada radiasi yang
ditransmisikan.
Pemutaran arah polarisasi dapat dilakukan dengan minimal dua polarisator. Polarisator
pertama ditempatkan sedemikian rupa sehingga arah polarisasinya adalah sudut diantara
0o dan 90o terhadap arah polarisasi dari cahaya terpolarisasi. Polarisator kedua
ditempatkan sedemikian rupa sehingga arah polarisasinya berada pada sudut 90o terhadap
arah polarisasi dari cahaya terpolarisasi. Kemudian, radiasi yang ditransmisikan akan
terpolarisasi dengan sudut 90o terhadap arah polarisasi awal. Intensitasnya akan
memenuhi persamaan berikut.
b. Misalkan ada n polarisator, dengan arah polarisasi pada polarisator pertama membentuk
sudut terhadap arah polarisasi dari cahaya terpolarisasi. Arah polarisasi dari
polarisator-polarisator berikutnya diputar dari polarisator-polarisator sebelumnya.
Radiasi yang ditransmisikan akan terpolarisasi dengan sudut 90o terhadap arah polarisasi
awal. Intensitasnya adalah
Kita menginginkan nilai terkecil n dengan intensitas lebih dari 0,6 Io.
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 11/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 11
Terlihat bahwa dibutuhkan minimal 5 polarisator bila intensitas transmisi yang
diinginkan adalah lebih dari 60 % dari nilai intensitas awal.
17. Cahaya matahari direfleksikan dari permukaan sebuah kolam renang yang sedang tidak digunakan.
a. Pada sudut refleksi berapakah cahaya itu seluruhnya terpolarisasi?
b. Berapakah sudut refraksi yang bersesuaian untuk cahaya yang direfraksikan ke dalam air itu?
Jawab:
a. Sudut polarisasi untuk cahaya yang berada pada udara dicari terlebih dahulu, baru
kemudian sudut polarisasi cahaya pada air.
b. Cahaya yang masuk berada pada sudut polarisasi sehingga sinar yang direfleksikan dan
sinar yang direfraksikan saling tegak lurus, maka
18. Buktikan bahwa untuk cahaya terpolarisasi paralel, R p + T p = 1.
Jawab:
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 12/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 12
19. Koefisien refleksi untuk polarisasi paralel dapat bernilai nol. Tentukan nilai sudut yang sesuai dan
nilai koefisien refleksi polarisasi tegak lurus untuk kondisi ini!
Jawab:
Koefisien refleksi bernilai nol, bila memenuhi hubungan berikut.
(1)
Gunakan hukum Snellius (persamaan (2)) ke persamaan (1) untuk memperoleh sudut
jatuhnya cahaya (persamaan 3),
(2)
(3)
Persamaan (3) juga disebut sebagai sudut Brewster. Untuk mencari nilai koefisien refleksi
polarisasi tegak lurus, substitusikan
ke persamaan berikut.
7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 13/13
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 13
20. Jelaskan secara singkat jenis polarisasi berikut.
a. Polarisasi Pembiasan Ganda
b. Polarisasi Hamburan
Jawab:
a. Polarisasi karena pembiasan ganda dapat terjadi apabila cahaya melewati suatu bahan
yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari satu, misalnya pada kristal kalsit.
Perhatikan gambar di bawah, seberkas cahaya yang jatuh tegak lurus pada permukaan
kristal kalsit, maka cahaya yang keluar akan terurai menjadi dua berkas cahaya, yaitu
satu berkas cahaya yang tetap lurus dan berkas cahaya yang dibelokkan. Cahaya yang
lurus disebut cahaya biasa, yang memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini tidak
terpolarisasi. Sedangkan cahaya yang dibelokkan disebut cahaya istimewa karena tidak
memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini adalah cahaya yang terpolarisasi.
b. Polarisasi cahaya karena peristiwa hamburan dapat terjadi pada peristiwa terhamburnya
cahaya matahari oleh partikel-partikel debu di atmosfer yang menyelubungi Bumi.
Cahaya matahari yang terhambur oleh partikel debu dapat terpolarisasi. Itulah sebabnya
pada hari yang cerah langit kelihatan berwarna biru. Hal itu disebabkan oleh warna
cahaya biru dihamburkan paling efektif dibandingkan dengan cahaya-cahaya warna yang
lainnya.
top related