Gelombang Cahaya : Pengertian - Rumus dan contoh Soal Penyelesaian - jessipermata

GELOMBANG CAHAYA

# Interferensi Cahaya

Interferensi terjadi Ketika dua gelombang datang bersama pada suatu tempat. Ada 2 syarat :

Ada 2 syarat yang harus dipenuhi oleh 2 sumber cahaya agar menghasilkan interferensi yang dapat diamati:

1) Kedua sumber cahaya harus koheren, yaitu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama. Kedua beda fase ini boleh nol tetapi tidak harus nol.

2) Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitudo yang hampir sama. Jika tidak, Interferensi yang dihasilkan kurang kontras.

Gejala yang ditimbulkan oleh Interferensi Cahaya :

- Garis terang (terjadi interferensi max / konstruktif)

- Garis gelap (terjadi interferensi min / destruktif)

Contoh :

a) Percobaan Fresnel

b) Percobaan Thomas Young

c) Interferensi cahaya pada selaput tipis

d) Percobaan cincin Newton

1. Interferensi Young (Celah Ganda)

Interferensi maksimum / konstruktif (Terang)

Ø Interferensi minimum / destruktif (Gelap)

Ø Jarak antara gelap dan terang terdekat (Δy)

Contoh :

Terang 1 ke gelap 2

Ø Jarak antara terang ke terang atau gelap ke gelap terdekat (Δx)

Contoh :

Terang 1 ke terang 2

Gelap 1 ke gelap 2

Soal

1. Pada percobaan young jarak layar ke celah 3 m dan jarak kedua celah 1,5 mm. Panjang gelombang young yang digunakan 600 nm. Hitunglah:

a) Jarak gelap ke 4 dengan terang pusat

b) Jarak garis terang ke 1 dengan garis gelap ke 5 yang terdekat

2. Garis terang orde ke 4 terjadi ketika cahaya dengan Panjang gelombang 600 nm jatuh pada dua celah dengan sudut 30º terhadap berkas semula. Hitunglah jarak kedua celah.

3. Percobaan Young yang digambarkan sebagai berikut .H adalah jarak antara terang pusat dengan terang kedua. Jika H diganti menjadi 4 mm cara yang harus dilakukan adalah….

A. Memperbesar jarak celah menjadi 2d

B. Memperkecil jarak celah menjadi ½ d

C. Mengubah jarak layer menjadi ½ L

D. Mengubah Panjang gelombang menjadi ½ λ

E. Mengubah Panjang gelombang menjadi 4λ

4. Pada percobaan Young ( Celah ganda ). Jika jarak antara dua celahnya di jadikan empat kali semula, maka jarak dua garis gelap yang berurutan adalah…………

A. 4 kali semula

B. 2 kali semula

C. ½ kali semula

D. ¼ kali semula

E. Tetap tidak berubah

Interferensi pada Lapisan Tipis

Contoh :

a. Titik embun didaun yang terkena sinar matahari

b. Minyak tanah yang tumpah diatas air

c. Gelembung sabun yang mendapat sinar matahari dll

· Interferensi maksimum (terang)

· Interferensi minimum (gelap)

Keterangan :

n = Indeks bias lapisan

d = Tebal lapisan

r = Sudut bias cahaya

m = Bilangan orde

λ = Panjang Gelombang

Soal

1. Selaput tipis air sabun disinari dengan arah tegak lurus dengan menggunakan cahaya natrium (λ = 589,33 nm). Jika indeks bias air sabun (n=4/3). Hitunglah :

a) Tebal minimum selaput yang tampak terang

b) Tebal minimum selaput yang tampak gelap

1) 3. Cincin Newton

Merupakan pola interferensi berbentuk lingkaran gelap dan terang secara berurutan.

ü Interferensi maksimum (Lingkaran terang)

ü Interferensi minimum (Lingkaran gelap)

Keterangan :

n = Indeks bias medium (udara)

n = 1

R = Jari-jari kelengkungan lensa

m = Bilangan orde

r_t= Jari-jari lingkaran terang ke-m

r_g= Jari-jari lingkaran gelap ke-m

λ = Panjang gelombang

Contoh soal

1. Pada percobaan interferensi cincin newton digunakan cahaya dengan λ = 5800 Å. hasil pengamatan diperoleh jari gelap ke 11 adalah 10 mm. berapa jari-jari kelengkungan lensa.

# Difraksi Cahaya (Lenturan)

Bila gelombang dating kecelah yan sempit maka dapat mengalami lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar didaerah belakang cela tersebut

Contoh difraksi :

- Suara orang terdengar tanpa melihat orang yang berbicara tersebut

- Air yang diberi penghalang (penghalang diberi celah) dalam suatu wadah , kemudian salah satu bagian dijatuhi batu, maka bagian yang lain akan muncul riak gelombang dll

A.Difraksi Cahaya Celah Tunggal

Ø Interferensi minimum (garis gelap)

Interferensi maksimum (garis terang)

A. Kisi Difraksi Celah Banyak

Ø Interferensi minimum (garis gelap)

Ø Interferensi maksimum (garis terang)

Konstanta Kisi :

Keterangan :

N = Jumlah celah (konstanta kisi)

d = Lebar celah

θ = Sudut difraksi

n = 0, 1, 2, 3…dst

λ = Panjang gelombang

Contoh soal

1. Celah tunggal sebesar 0,1 mm disinari berkas cahaya sejajar dengan 4800 Å. Pola difraksi yang terjadi ditangkap oleh layar pada jarak 1 meter dari celah. Jarak antara garis gelap kedua dari garis terang pusat adalah …mm.

2. Seberkas sinar monokromatis dengan Panjang gelombang 4000 Å ( angstrom ) . 1 Å = 10^-10 m melewati celah tunggal menghasilkan pola difraksi orde kedua, maka lebar celah adalah…

3. Celah tunggal selebar 0,2 mm disinari berkas cahaya sejajar sebesar 5000 Å. Pola difraksi yang terjadi ditangkap oleh layar pada jarak 1 meter dari celah. Jarak antara garis gelap keempat dari garis terang pusat adalah… mm.

4. Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 5000 goresan tiap cm. Sudut deviasi orde kedua adalah 30º. Tentukan Panjang gelombang cahaya yang digunakan … Å.

5. Seberkas cahaya dengan Panjang gelombang 600 nm data ng tegakl urus pada kisi yang berada pada jarak 60 cm dari layar. Pola interferensi yang terbentuk pada layar diukur ternyata jarak antara dua gelap berurutan adalah 9 mm. banyak garis tiap cm kisi adalah…

# Daya Urai Lensa

ü Kriteria Rayleigh

Berbunyi :

Dua benda titik tepat dapat dipisahkan jika pusat dari pola difraksi benda pertama dengan minimum pertama dari difraksi benda kedua.

Rumus :

Keterangan :

d_m = Daya urai lensa/jarak antara 2 lampu (sumber)

λ = Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan

D = Diameter pupil mata

ι = Jarak antara lampu dengan pengamat

Soal :

1. Diketahui jarak kedua lampu pada mobil 1,22 m dan diameter pupil mata 1,8 mm. jika Panjang gelombang rata-rata cahaya 5000 Å. Tentukan jarak mobil maksimum terhadap orang yang melihatnya agar kedua lampu jelas terbedakan atau terpisah ( mata merupakan mata normal )

# Polarisasi Cahaya

1) Polarisasi karena pemantulan dan pembiasan.

Suatu berkas cahaya alami sejajar mengalami pemantulan, bila sinar pantul membentuk sudut 90º terhadap sinar biasnya, sinar pantul akan terpolarisasi.

1) Polarisasi karena penyerapan selektif

Contoh :

Kaca riben (Sebagian diserap, Sebagian diteruskan)

Rumus :

Keterangan :

i_p = Sudut polarisasi

r = Sudut bias

n₁ = Indeks bias medium 1

n₂ = Indeks bias medium 2

I_o = Intensitas cahaya mula-mula

I₁ = Intensitas cahaya yang telah (melalui) polarisator

I₂ = Intensitas cahaya yang telah (melalui) analisator

Soal :

1. Suatu cahaya tak terpolarisasi mengenai polaroid pertama dengan intensitas I_o. tentukan intensitas cahaya yang diteruskan oleh polaroid pertama dan kedua ( nyatakan dalam I_o ) jika sudut antara kedua sumbu polarisasi dari kedua polaroid 60^o.

2. Hitung sudut pemolarisasi air ( n = 4/3 )yang akan digunakan sebagai pemolarisasi cahaya di udara.

3. Seberkas cahaya sejajar jatuh di atas benda yang indeks biasnya √3 . jika sinar pantul terpolarisasi sepenuhnya. tentukan sudut bias berkas cahaya itu

Soal-soal ( Kerjakan )

1. Pada percobaan young jarak layar ke celah 2 m dan jarak kedua celah 0,4 mm. Panjang gelombang young yang digunakan 480 nm. Hitunglah:

a) Jarak gelap ke 3 dengan terang pusat

b) Jarak garis terang ke 2 dengan garis gelap ke 4 yang terdekat

2. Garis terang orde ke 2 terjadi ketika cahaya dengan Panjang gelombang 680 nm jatuh pada dua celah dengan sudut 30º terhadap berkas semula. Hitunglah jarak kedua celah.

3. Percobaan Young yang digambarkan sebagai berikut .H adalah jarak antara terang pusat dengan terang kedua. Jika H diganti menjadi 4 mm cara yang harus dilakukan adalah….

A. Memperbesar jarak celah menjadi 3d

B. Memperkecil jarak celah menjadi ¼ d

C. Mengubah jarak layer menjadi ½ L

D. Mengubah Panjang gelombang menjadi ½ λ

E. Mengubah Panjang gelombang menjadi 4λ

4. Pada percobaan Young ( Celah ganda ). Jika jarak antara dua celahnya di jadikan 3 kali semula, maka jarak dua garis gelap yang berurutan adalah…………

A. 3 kali semula

B. 2 kali semula

C. ½ kali semula

D. 1/3 kali semula

E. Tetap tidak berubah

5. Selaput tipis air sabun disinari dengan arah tegak lurus dengan menggunakan cahaya (λ = 720 nm). Jika indeks bias air sabun (n=4/3). Hitunglah :

a) Tebal minimum selaput yang tampak terang

b) Tebal minimum selaput yang tampak gelap

6. Pada percobaan interferensi cincin newton digunakan cahaya dengan λ = 4200 Å. hasil pengamatan diperoleh jari gelap ke 8 adalah 4 mm. berapa jari-jari kelengkungan lensa.

7. Celah tunggal sebesar 0,2 mm disinari berkas cahaya sejajar dengan 3600 Å. Pola difraksi yang terjadi ditangkap oleh layar pada jarak 2 meter dari celah. Jarak antara garis gelap kedua dari garis terang pusat adalah …mm.

8. Seberkas sinar monokromatis dengan Panjang gelombang 4500 Å ( angstrom ) . 1 Å = 10^-10 m melewati celah tunggal menghasilkan pola difraksi orde kedua, maka lebar celah adalah…

9. Celah tunggal selebar 0,2 mm disinari berkas cahaya sejajar sebesar 5000 Å. Pola difraksi yang terjadi ditangkap oleh layar pada jarak 1 meter dari celah. Jarak antara garis gelap keempat dari garis terang pusat adalah… mm.

10. Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 4000 goresan tiap cm. Sudut deviasi orde keempat adalah 30º. Tentukan Panjang gelombang cahaya yang digunakan … Å.

11. Seberkas cahaya dengan Panjang gelombang 700 nm datang tegak lurus pada kisi yang berada pada jarak 80 cm dari layar. Pola interferensi yang terbentuk pada layar diukur ternyata jarak antara dua gelap berurutan adalah 5 mm. banyak garis tiap cm kisi adalah..

12. Diketahui jarak kedua lampu pada mobil 1,22 m dan diameter pupil mata 2 mm. jika Panjang gelombang rata-rata cahaya 6000 Å. Tentukan jarak mobil maksimum terhadap orang yang melihatnya agar kedua lampu jelas terbedakan atau terpisah ( mata merupakan mata normal )

13. Suatu cahaya tak terpolarisasi mengenai polaroid pertama dengan intensitas I_o. tentukan intensitas cahaya yang diteruskan oleh polaroid pertama dan kedua ( nyatakan dalam I_o ) jika sudut antara kedua sumbu polarisasi dari kedua polaroid 30^o.

14. Hitung sudut pemolarisasi kaca ( n = 1,5 )yang akan digunakan sebagai pemolarisasi cahaya di udara.

15. Seberkas cahaya sejajar jatuh di atas benda yang indeks biasnya √2 . jika sinar pantul terpolarisasi sepenuhnya. tentukan sudut bias berkas cahaya itu