OPTIKA FISIS

A. Interferensi Cahaya :Perpaduan antara dua atau lebih gelombang cahaya yang menghasilkan pola tertentu.Untuk pengamatan Interferensi gelombang cahaya, agar hasilnya dapat diamati diperlukan syarat, bahwa Cahaya harus bersifat “Koheren”, artinya cahaya memiliki frekuensi dan amplitudo sama serta beda fase tetap.Cara mendapatkan Cahaya Koheren :a. Dengan Cermin Fresnell :

Susunan dua cermin yang membentuk sudut hamper 1800, sehingga menghasilkan dua sumber cahaya Maya.Perhatikan gambar !Cermin Fresnell Layar Putih

S1

d S2

S1 dan S2 = Sumber Cahaya Maya

Celah Ganda Young Layar Putih

S1

S2

b. Dengan Celah Ganda Young :Dua celah sejajar yang berjarak tertentu, sehingga jika diberikan sinar dari satu sumber cahaya akan menghasilkan dua sumber cahaya (S1 dan S2 ). Perhatikan gambar diatas.

Hasil Interferensi Cahaya Koheren adalah :1. Interferensi Maximum :

Dihasilkan jika kedua sumber cahaya koheren memiliki fase searah ( arah getar searah). Hasil interferensi berupa garis terang pada layar.

2. Interferensi Minimum :Dihasilkan jika kedua sumber cahaya koheren memiliki fase berlawanan ( arah getar berlawanan). Hasil interferensi berupa garis gelap pada layar.

Terbentuknya Garis Terang dari hasil Interferensi Maximum : L Layar Putih

A S B’

d Terang Pusat p B

P

Secara Matematis berlaku :

S = d. sin

Secara Fisis, agar terjadi interferensi maximum di layar, berlaku :S = n. atau S = 2.n. ½.

Substitusi dari dua persamaan diatas, menghasilkan persamaan untuk Interferensi Maximum Cahaya :

1

d. sin = n. atau d. sin = 2.n. ½.

Untuk sudut yang kecil, berlaku Sin = Tg , sehingga berlaku :

Maka diperoleh persamaan Interferensi Maximum Cahaya pada Layar :

atau

Keterangan :n = Orde terang, dimana n = 0, 1, 2, 3, ….

n = 0 , Terang pusatn = 1 , Terang ke 1n = 2 , Terang ke 2, dst

d = Jarak antara dua celah (m)p = Jarak terang pusat ke terang ke n (m)L = Jarak celah ke layer (m) = Panjang gelombang cahaya (m)

L Layar Putih

A S B’

d Terang Pusat

p B

P

Secara Matematis berlaku :

S = d. sin

Secara Fisis, agar terjadi interferensi Minimum di layar, berlaku :S = (n – ½). atau S = (2.n – 1). ½.

Substitusi dari dua persamaan diatas, menghasilkan persamaan untuk Interferensi Minimum Cahaya :d. sin = (n – ½). atau d. sin = (2.n – 1). ½.

Untuk sudut yang kecil, berlaku Sin = Tg , sehingga berlaku :

Maka diperoleh persamaan Interferensi Minimum Cahaya pada Layar :

atau

Keterangan :n = Orde gelap, dimana n = 1, 2, 3, ….

n = 1 , gelap ke 1n = 2 , gelap ke 2, dst

d = Jarak antara dua celah (m)p = Jarak terang pusat ke gelap ke n (m)L = Jarak celah ke layar (m) = Panjang gelombang cahaya (m)

Secara umum hasil interferensi celah ganda berupa garis terang gelap yang berada di sebelah kiri dan kanan terang pusat yang dapat dilukiskan :

T2

g2

2

T1

g1

Terang Pusat g1

T1

g2

T2

B. Difraksi Pada Kisi :Kisi adalah kumpulan sederetan celah yang mana lebar celah dan penutupnya sama besar. Perhatikan Gambar di bawah !

d N

Hubungan antara d dan N :

d = lebar celah dan penutupnya (m)N = Jumlah celah tiap satuan panjang ( garis/m)

Hasil Difraksi pada Kisi sama dengan hasil Interferensi pada celah ganda, hanya intensitas cahaya hasil interferensi akan menjadi lebih terang karena berasal dari banyak sinar yang berasal dari kisi. Perhatikan Ilustrasi di bawah ini ! Layar

Terang Pusat

Interferensi maximum (garis terang) terjadi jika memenuhi persamaan :

d. sin = n. atau d. sin = 2.n. ½.atau :

atau

Keterangan :n = Orde terang, dimana n = 0, 1, 2, 3, ….

n = 0 , Terang pusatn = 1 , Terang ke 1n = 2 , Terang ke 2, dst

d = konstanta kisi / lebar celah (m)p = Jarak terang pusat ke terang ke n (m)L = Jarak celah ke layar (m) = Panjang gelombang cahaya (m)

Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika memenuhi persamaan :

d. sin = (n – ½). atau d. sin = (2.n – 1). ½.

atau

atau

3

Keterangan :n = Orde gelap, dimana n = 1, 2, 3, ….

n = 1 , Terang ke 1n = 2 , Terang ke 2, dst

d = konstanta kisi / lebar celah (m)p = Jarak terang pusat ke gelap ke n (m)L = Jarak celah ke layar (m) = Panjang gelombang cahaya (m)

C. Difraksi Celah Tunggal :Jika cahaya melewati celah sempit, maka cahaya akan mengalami pelenturan atau difraksi. Cahaya yang datang pada kisi menurut Huygens dalam teori gelombangnya dapat dianggap sebagai sumber-sumber cahaya baru yang bersifat Koheren, sehingga sinar dari sumber-sumber cahaya tersebut akan mengalami difraksi dan bertemu di suatu titik dilayar (interferensi).Perhatikan gambar di bawah ini !

S A

½.d d B Terang pusat C p

Keterangan :Sinar dari A akan berpasangan dengan sinar dari B dan sinar di bawah A akan berpasangan dengan sinar di bawah B dan seterusnya sehingga menghasilkan pola interferensi tertentu di layar. Jika secara matematis : S = d.sin dan secara fisika : S = n. , maka sinar dari A dan B akan memiliki beda lintasan sebesar ½., sehingga akan terjadi garis gelap di layar.Secara umum, Garis gelap di layar terjadi jika memenuhi syarat :

d.sin = n. d = lebar celah dari celah tunggal (m) = Panjang gelombang cahaya (m) = Sudut difraksi

Jika sin = tg = p/L, maka persamaannya menjadi :

p = jarak garis gelap ke n terhadap terang pusat (m)L = Jarak celah tunggal ke layar (m)n = Orde gelap ( 1, 2, 3, ……)

Dengan asumsi sama Garis terang akan terjadi jika :

d.sin = (2n -1). ½.d = lebar celah dari celah tunggal (m) = Panjang gelombang cahaya (m) = Sudut difraksi

Jika sin = tg = p/L, maka persamaannya menjadi :

p = jarak garis terang ke n terhadap terang pusat (m)L = Jarak celah tunggal ke layar (m)n = Orde terang ( 1, 2, 3, ……)

4

5

D. Daya Urai Lensa :

Jika kita perhatikan dua lampu mobil yang lagi menyala dari tempat yang sangat jauh di jalan yang lurus, akan terlihat cahaya lampu tersebut hanya sebagai sebuah nyala lampu, namun lama kelamaan semakin dekat akan terlihat menjadi dua nyala lampu pada jarak tertentu dan semakin dekat semakin jelas dan semakin lebar jarak antara ke dua lampu, sehingga pada jarak yang dekat jarak yag terlihat seperti jarak yang sebenarnya. Mengapa demikian ?Hal ini disebabkan adanya keterbatasan mata kita untuk membedakan dua benda sebagai du benda yang berjarak tertentu. Dikatakan Lensa mata memiliki Daya Urai yang terbatas. Keterbatasan kemampuan Lensa mata untuk membedakan dua benda sebagai dua benda disebabkan oleh factor :1. Jarak benda terhadap mata2. Jarak kedua benda itu sendiri3. Panjang gelombang cahaya4. Lebar diafragma / bukaan lensa

Daya Urai Lensa adalah kemampuan lensa / alat optik untuk membedakan dua benda terlihat pada jarak terdekatnya dilihat dari jarak paling jauh.Menurut Airy, dinyatakan :

L S1

d D

S2

Berlaku :

Untuk sudut yang kecil sin = (rad), sehingga :

Juga berlaku pada sudut yang kecil,

sin = , maka :

d = jarak antara dua benda ( m )D = lebar diafragma lensa ( m )L = jarak benda ke lensa ( m )n = Indeks bias medium = sudut pandang benda ( rad ) = panjang gelombang cahaya (m)

6

E. Polarisasi :Jika kita menggunakan kacamata hitam saat mengendarai kendaraan jarak jauh di saat terik matahari kita akan merasa lebih nyaman, dan mata kita tidak terlihat dari luar. Ini adalah contoh adanya peristiwa Polarisasi cahaya.Polarisasi adalah Perisitwa terserapnya sebagian arah getar cahaya oleh suatu medium atau zap optik.Cahaya dibedakan menjadi :

1. Cahaya alami :Cahaya yang memiliki semua arah getar Dilambangkan : atau :

Arah rambat

2. Cahaya Terpolarisasi :Cahaya yang kehilangan sebagian arah getarnyaDilambangkan : atau

Cahaya terpolarisasi akan melewati sebuah bidang khayal yang disebut dengan Bidang Polarisasi.

Cara mendapatkan Cahaya Terpolarisasi :

1. Pemantulan :Cahaya yang datang dengan sudut tertentu akan mengalami polarisasi. Sudut datang yang menyebabkan cahaya terpolarisasi disebut Sudut Datang Polarisasi ( ip) N

ip ip

2. Pemantulan dan Pembiasan : N Sinar pantul ip ip

r Sinar bias

Pada peristiwa pembiasan dan pemantulan berlaku Sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus ( membentuk sudut 900 ), sehingga berlaku : ip + r = 900 sehingga r = 900 - ip

Menurut Hukum Snellius :

Dengan Sin r = Sin (900-ip) = Cos ip, maka, diperoleh :

sehingga menjadi :

Persamaan terakhri ini dikenal dengan Hukum Brawster yang menyatakan : Besarnya indeks bias medium sama dengan harta Tangen dari sudut datang polarisasi.

Keterangan : n12 = indeks bias relative medium 2 terhadap medium 1ip = sudut datang polarisasi

3. Pembiasan Kembar ( Bias Kembar ) :

7

Cahaya yang datang pada zat tertentu dapat mengalami pembiasan kembar dimana sebagian cahaya diteruskan dan sebagian cahaya dibiaskan sesuai dengan hukum Snellius. N

Chy Extra ordinary Chy ordinary

Cahaya yang dibiaskan disebut disebut cahaya biasa ( ordinary) dan cahaya yang diteruskan disebut cahaya luar biasa (extra ordinary).

4. Absorbsi selektif :Jika zat optic yang dapat menghasilkan bias kembar di buat sebuah prisma dan kemudian dilekatkan kembali maka akan terbentuk sebuah Prisma Nicol. Dengan menggunakan Prisma Nicol cahaya alami akan dibiaskan kembar dan cahaya biasa akan terserap dan cahaya luar biasa akan diteruskan melewati bidang batas prisma sehingga akan keluar menjadi Cahaya Terpolarisasi. Jadi Prisma Nicol dapat digunakan untuk menghasilkan Cahaya Terpolarisasi. Secara umum zat yang dapat menghasilkan cahaya terpolarisasi disebut dengan Polaroid.

Cahaya

Terpolarisasi

Menurut fungsinya Polaroid dibedakan :1. Polarisator

Berfungsi untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi

2. AnalisatorBerfungsi untuk menguji apakah cahaya terpolarisasi atau tidak.

Io I = ½.Io I’ = …?

Polarisator Analisator

Kita tahu bahwa Intensitas gelombang sebanding dengan kuadrat Amplitudo sehingga : I A2, maka :

A A’

Dari gambar diatas, berlaku :

A’ = A.Cos

Sehingga :

Hasilnya : atau

I0 = Intensitas cahaya sebelum melewati polarisatorI = Intensitas cahaya setelah melewati polarisatorI’ = Intensitas cahaya setelah melewati analisator = Sudut antara polarisator dan analisator

5. Hamburan Cahaya matahari yang datang dari angkasa memasuki udara akan mengalami penyerapan oleh materi materi di udara sehingga tidak semua intensitas cahaya tersebut sampai ke bumi. Berkurangnya intensitas ini menyebabkan terjadinya polarisasi cahaya tersebut.

***** Kebenaran adalah hal yang mudah dibicarakan ********** tetapi sulit untuk dilakukan *****

Soal Soal Optika Fisis

8

1. Pola interferensi yang dilihat pada layar dalam percobaan celah ganda Young adalah fakta bahwa cahaya :

1. terdiri atas foton-foton2. merambat dalam garis lurus3. memiliki sifat seperti gelombang

pernyataan yang benar ….a. 1, 2, dan 3 b. 2 dan 3 c. 3 saja d. 1 dan 2 e. 1 saja

2. Jika jarak pisah antara dua celah dalam percobaan Young dijadikan setengah kalinya dan jarak antara celah ke layar dijadikan dua kalinya, maka jarak dua pita terang berdekatan ….a. ¼ kali c. tak berubah e. 4 kalib. ½ kali d. 2 kali

3. Pada percobaan Young saat digunakan cahaya dengan panjang gelombang 4800 Å, jarak pisah pita terang ke 1 terhadap terang pusat adalah 0,0240 m, Jika cahaya diganti dengan panjang gelombang 6100 Å, maka jarak pisah pita terang ke 1 terhadap terang pusat sekarang adalah ….a. 1,50 cm c. 3,05 cm e. 6,10 cmb. 2,40 cm d. 4,80 cm

4. Pada percobaan Young dengan dua celah yang berjarak 0,3 mm diletakkan layar pada jarak 1 m dari celah tersebut, sehingga menghasilkan garis terang pertama 1,5 mm dari terang pusat, maka panjang gelombang cahayanya adalah ….a. 4,5 x 10-3 m c. 4,5 x 10-5 m e. 4,5 x 10-7 mb. 4,5 x 10-4 m e. 4,5 x 10-6 m

5. Pada percobaan Young jika jarak antara dua celah dijadikan dua kalinya, maka jarak antara dua garis gelap berturutan menjadi ….a. 4 kali c. ½ kali e. tetap tak berubahb. 2 kali d. ¼ kali

6. Pada percobaan Young, dua celah sempit dengan jarak 1 mm ditempatkan sejauh 200 cm dari sebuah layar. Jika jarak garis gelap terdekat ke pusat pola interferensi 0,56 mm, maka panjang gelombang yang dipakai adalah ….a. 1120 Å c. 1866 Å e. 5600 Åb. 1400 Å d. 2800 Å

7. Jarak antara dua celah pada percobaan Young adalah 3 mm, dan jarak celah ke layar 3 m. Jika cahaya yang datang memiliki panjang gelombang 6000 Å,maka jarak antara garis gelap ke tiga dari terang pusat adalah….a. 1 mm c. 1,8 mm e. 3 mmb. 1,5 mm d. 2 mm

8. Pada percobaan Fresnel digunakan dua sumber cahaya maya yang berjarak 4 mm, menghasilkan 41 garis gelap tiap cm pada layar. Jika jarak layar ke cermin 2,5 m, maka panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah ….a. 4000 Å c. 5640 Å e. 6000 Åb. 4200 Å d. 5800 Å

9. Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 5 x 10-7 m datang tegak lurus pada kisi difraksi. Spektrum orde kedua membentuk sudut 300 dengan garis normal, maka jumlah garis per cm kisi adalah ….a. 2 x 103. c. 5 x 103. e. 2 x 104.b. 4 x 103. d. 5 x 104.

10. Cahaya hijau dengan panjang gelombang 5400 Angstrom didifraksikan oleh kisi dari 2000 garis/cm. Spektrum orde tertinggi yang diamati adalah ….a. 5 b. 7 c. 8 d. 9 e. 10

11. Kisi difraksi yang sama digunakan dengan dua cahaya dengan panjang gelombang A dan B.

Garis terang keempat cahaya A tepat berimpit dengan garis terang ke tiga cahaya B, maka nilai perbandingan A / B adalah ….

a. b. c. d. e.

12. Seberkas cahaya jatuh pada kisi difraksi yang terdiri dari 5000 celah tiap cm. Sudut terang orde ke dua sebesar 300, maka panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah …..

9

a. 2500 Å c. 5000 Å e. 8000 Åb. 4000 Å d. 6500 Å

13. Dalam suatu pola difraksi celah tunggal, lebar pita terang pusat adalah 450 kali lebar celah,

dan jarak layar ke celah 18.000 kali lebar celah. Nilai perbandingan , dimana = panjang

gelombang dan d = lebar celah adalah ….

a. b. c. d. e.

14. Suatu berkas cahaya dengan panjang gelombang 700 Å lewat melalui celah sempit dalam suatu layar tak tembus cahaya. Berkas menghasilkan pusat interferensi maximum selebar 1,4 mm pada layar yang berjarak 1,0 m dari celah, maka lebar celahnya adalah ….a. 0,010 mm c. 0,070 mm e. 0,14 mmb. 0,020 mm d. 0,100 mm

15. Dalam difraksi cahaya karena suatu celah tunggal, sudut difraksi diperbesar ketika ….a. panjang gelombang sinar datang diperbesarb. panjang gelombang sinar datang diperkecilc. amplitudo sinar datang diperbesard. amplitudo sinar datang diperkecile. lebar celah diperbesar

16. Cahaya dengan panjang gelombang 750 nm melalui celah tunggal yang lebarnya 1,0 x 10-3

m, dan sebuah layar diletakkan 20 cm di depan celah. Besarnya lebar terang pusat pada layar adalah ….a. 0,15 mm c. 0,45 mm e. 0,60 mmb. 0,30 mm d. 0,50 mm

17. Cahaya dengan panjang gelombang 450 nm jatuh pada celah tunggal yang menghasilkan lebar terang pusat 8 cm pada layar yang berjarak 2 meter dari celah. Lebar celah tersebut adalah ….a. 1,125 x 10-5 m c. 2,500 x 10-5 m e. 3,00 x 10-5 mb. 2,250 x 10-5 m d. 2,75 x 10-5 m

18. Celah tunggal selebar 0,20 mm disinari berkas cahaya sejajar dengan panjang gelombang 6000 Å. Pola difraksi yang terjadi ditangkap pada layar yang berjarak 40 cm dari celah. Jarak garis pita gelap keempat terhadap terang pusat adalah ….a. 2,4 mm c. 4,8 mm e. 9,6 mmb. 3,6 mm e. 6,0 mm

19. Daya urai sebuah lensa dapat ditingkatkan dengan meningkatkan besaran-besaran berikut :1. intensitas cahaya2. jarak benda3. panjang gelombang cahaya4. diameter lensa

Pernyataan yang benar adalah ….a. 1, 2, dan 3 c. 2 dan 4 e. semua benarb. 1 dan 3 d. 4 saja

20. Jarak lampu depan sebuah mobil 122 cm. Jika diameter pupil mata 2 mm dan panjang gelombang cahaya 5000 Å, maka jarak mobil maximum agar nyala lampu masih terlihat terpisah adalah ….a. 2,5 km b. 3,0 km c. 3,7 km d. 4,0 km e. 10 km

21. Suatu berkas cahaya tak terpolarisasi dengan Intensitas I datang pada Polaroid dari dua lembar Polaroid ideal. Berapakah sudut antara sumbu-sumbu Polaroid jika intensitas berkas cahaya yang keluar ¼.I ….a. 300. b. 370. c. 450. d. 530. e. 600.

22. Saat di udara sebuah kaca memiliki sudut polarisasi 600, maka jika kaca dimasukkan ke

dalam air yang indeks biasnya , akan memiliki harga tangen sudut polarisasi sebesar ….

a. b. c. d. e.

23. Sudut kritis cahaya dalam suatu zat sebesar 370, maka sudut polarisasi zat tersebut mendekati adalah ….

10

a. 300 b. 450 c. 500 d. 600 e. 900

24. Polarisasi dapat terjadi pada :1. gelombang bunyi2. gelombang elektromagnetik3. gelombang longitudinal4. gelombang transversal

Pernyataan yang benar adalah ….a. 1, 2, 3 c. 2 dan 4 e. semua benarb. 1 dan 3 d. 4 saja

25. Cahaya tak terpolarisasi dengan intensitas I0, datang pada system yang terdiri dua Polaroid yang bersilangan membentuk sudut 900. Sebuah Polaroid ketiga diletakkan diantara kedua Polaroid tersebut dengan sudut 450 terhadap Polaroid pertama. Intensitas cahaya yang diteruskan sekarang adalah ….

a. b. c. d. e.

26. Indeks bias intan 2,42, maka besarnya sudut kritis dan sudut polarisasi intan berturut turut adalah ….a. 14,20 dan 30,70. c. 20,270 dan 58,30. e. 26,90 dan 68,80.b. 16,30 dan 42,530. d. 24,40 dan 67,550.

27. Sinar alami mula mula memasuki polarisator kemudian melewati analisator dengan arah getar mula mula sejajar, maka :

1. sinar yang keluar dari polarisator dan analisator merupakan sinar terpolarisasi.2. agar amplitudo sinar keluar dari analisator ½ kali sebelum masuk analisator, maka

analisator harus diputar 600.3. intensitas cahaya pada no. 2 diatas setelah keluar analisator adalah ¼ dari intensitas

setelah keluar polarisator.4. agar intensitas yang keluar analisator ¾ dari sebelum masuk analisator, maka

analisator diputar 300.pernyataan yang benar adalah ….a. 1, 2, dan 3 c. 2 dan 4 e. 1, 2, 3, dan 4b. 1 dan 3 d. 4 saja

28. Dalam difraksi cahaya karena suatu celah tunggal, sudut difraksi diperbesar ketika ….a. panjang gelombang sinar datang diperkecilb. amplitudo sinar datang diperbesarc. amplitudo sinar datang diperkecild. lebar celah diperbesare. lebar celah diperkecil

11

12