1. Sudut kritis dan pemantulan sempurna Seberkas cahaya yang melalui dua medium akan memiliki efek berbeda, dilihat darimana cahaya itu berasal. Kejadian ini antara lain ; a). refleksi dan refraksi dari indeks bias rendah ke indeks bias tinggi (gambar 1) b). refleksi dan refraksi dari indeks bias tinggi ke indeks bias rendah (gambar 2) c). pemantulan sempurna Sudut kritis didefinisikan sebagai sudut datang minimum dalam medium yang indeks biasnya lebih besar sehingga semua cahaya dipantulkan sempurna. Sudut kritis dibagi menjadi 2 yaitu a). sudut datang kritis, bila sudut bias 90 0 b). sudut bias kritis, bila sudut datang 90 0 Jika kita mengambil hukum Snellius n sin i = n sin r Maka dengan perhitungan nilai i = 90 maka akan diperoleh sudut bias yaitu sin i kr = n n Jika kita masukkan nilai n >n, maka pembiasan tidak akan terjadi. Yang terjadi adalah pemantulan sempurna. Hal yang tidak mungkin adalah bila n <n, dalam perhitungan hukum Snellius nilai sudut kritis tidak akan diperoleh. Sehingga syarat agar cahaya mengalami pemantulan sempurna adalah sinar datang dari medium yang indeks biasnya lebih tinggi ke medium dengan indeks bias lebih rendah. Dalam hal ini seterusnya akan digunakan n selalu lebih besar n 2. fiber optik Untuk memahami bagaimana sebuah kabel serat optik bekerja, sebagai contoh coba bayangkan sebuah sedotan plastik atau pipa plastik panjang fleksible berukuran besar. Bayangkan pipa tersebut mempunyai panjang seratus meter dan anda melihat kedalam dari salah satu sisi pipa. Seratus meter di sebelah sana seorang teman menghidupkan lampu senter dan diarahkan kedalam pipa. Dikarenakan bagian dalam pipa terbuat dari bahan kaca sempurna, maka cahaya senter akan di refleksikan pada sisi yang lain meskipun bentuk pipa bengkok atau terpilin masih dapat terlihatpantulan cahaya tersebut pada sisi ujungnya. Jika misalnya seorang teman anda menyalakan cahaya senter hidup dan mati seperti kode morse, maka anda dan teman anda dapat berkomunikasi melalui pipa tersebut. Seperti itulah prinsip dasar dari serat optik atau yang biasa dikenal dengan nama fiber optic cable. Sebuah kabel fiber optik terbuat dari serat kaca murni, sehingga meskipun kabel mempunyai panjang sampai beratus2 meter, cahaya masih dapat dipancarkan dari ujung ke ujung lainnya. Helai serat kaca tersebut didesain sangat halus,ketebalannya kira-kira sama dengan tebal rambut manusia. Helai serat kaca dilapisi oleh 2 lapisan plastik (2 layers plastic coating) dengan melapisi serat kaca dengan plastik, akan didapatkan equivalen sebuah cermin disekitar serat kaca.cermin ini menghasilkan total internal reflection (refleksi total pada bagian dalam serat kaca). Sama seperti jika kita berada pada ruangan gelap dengan sebuah jendela kaca, kemudian anda mengarahkan cahaya senter 90 derajat tegak lurus dengan kaca, maka cahaya senter akan tembus ke luar ruangan. Akan tetapi jika cahaya senter tersebut diarahkan (ke jendela berkaca) dengan sudut yang rendah (hampir paralel dengan cahaya aslinya), maka kaca tersebut akan berfungsi menjadi cermin yg akan memantulkan cahaya senter ke dalam ruangan. demikian pada serat optik, cahaya berjalan melalui serat kaca pada sudut yang rendah. Kabel fiber optik modern dapat membawa sinyal digital dengan jarak kurang lebih 60 mil (sekitar 100 Km). Pada jalur distribusi jarak jauh biasanya terdapat peralatan tambahan (equipment hut) setiap 40-60 mil,yang berfungsi pick-up equipment yang akan menampung, menguatkan sinyal, dan kemudian me- retransmit-kan sinyal ke equipment selanjutnya. 3. refraktometer Refraktometer adalah alat untuk menentukan indeks bias dengan menggunakan prinsip sudut kritis. Refraktometer pada gamabr dibawah ini adalah refraktometer Abbe. Refraktometer Abbe digunakan untuk menentukan indeks bias cairan dengan menggunakan prinsip sudut kritis. Cairan yang akan diuji diletakkan di tengah kedua prisma P1 dan P2 dalam jarak yang sangat dekat. Cahaya dari sumber dipantulkan oleh cermin M dan masuk ke prisma P2 dalam arah tegak lurus. Cahaya ini kemuddian dibiaskan oleh sisi miring prisma P2 dan masuk dalam sudut hampir 90 0 ke prisma P1 (sinar AB). Cahaya ini kemudian dibiaskan ke prisma P2 dalam sudut bias kritis (sinar BC). Sudut CBE = r adalah sudut datang pada sisi siku-siku Sudut BCE = i Sudut BDC = u adalah sudut kaki prisma siku-siku Dengan demikian maka Lihat BCE maka sudut BEC = 180 u 180 u + i + r = 180 maka u = i + r Jika n adalah indeks bias prisma, dan n =indeks bias udara = 1 maka n sin i = n sin r = sin r n c sin 90 = n sin r = n sin u i Sudut r adalah sudut putran teleskop T, sudut i dapat dihitung maka Dengan nilai n dan u diketahui sebelumnya. 4. Indeks bias relatif dan indeks bias absolut n c sin 90 = n sin u i Jika medium pertama adalah air dan medium kedua adalah gelas yang berada di dalam air maka : n 1 2 = n 1 u x n u 2 = n u 2 n u 1 = n 2 n 1 Dimana n 1 2 = adalah indeks bias dari medium kedua relatif terhadap medium pertama n u 2 = atau n 2 adalah indeks bias absolut medium kedua n u 1 = atau n 1 adalah indeks bias absolut medium pertama 5. Pembiasan atau refraksi melalui susunan lapisan lapisan Jika sebuah sinar melewati lapisan-lapisan dengan indeks bias yang makin lama makin naik (n <n < n < n ) kemudian kembali ke indeks bias awal maka perjalanan sinar dapat digambar sebagai berikut Kita dapat menghitung sudut keluar dengan menggunakan hukum Snellius secara berkelanjutan. Sudut bias dari sudut datang medium satu akan menjadi sudut datang pada medium 2 dan seterusnya. 6. Kedalaman nyata dan kedalaman semu Sebuah benda pada medium pembias akan tampak lebih dekat. Dengan menggunakan hukum Snellius maka diperoleh Maka Lihat ABS maka Lihat ABS maka Dapat dituliskan n 21 = n sin i = n sin r sin r sin i = n n = n 21 sin r = AB AS sin i = AB AS sin r sin i = AB AS AB AS = AS AS Jika diambil n adalah indeks bias udara yaitu bernilai 1 maka Jadi Oleh karenanya berlaku n = n = AS AS = BS BS kedalaman sebenarnya kedalaman semu SS = SB 1 1 n Dimana SS adalah jarak antara kedalaman sebenarnya dan kedalaman semu. 7. Pergeseran sinar pada kaca plan pararel Lihat gambar dibawah ini!. Sebuah sinar datang pada kaca plan pararel kemudian keluar lgi pada sisi yang lain. Sinar akan mengalami pergeseran sebesar d. Lihat ABC Lihat ABD cos r = t AB Maka kita dapat menentukan pergeseran sinar atau AB = t cos r sin i r = d AB AB sin i r = d d = Dengan t adalah tebal kaca planpararel t cos r sin i r 8. Pembiasan pada Prisma Keterangan : i = sudut datang dari medium 1 ke medium 2 r = sudut bias dari sinar i i = sudut datang dari medium 2 ke medium 1 r = sudut bias dari sinar i u = sudut puncak segitiga d = sudut deviasi jika cahaya datang pada sebuah prisma maka yang terjadi adalah sinar tersebut akan berbelok atau menyimpang. Sudut simpangan ini biasanya disebut sebagai sudut deviasi. Sudut deviasi d dapat dihitung sebagai berikut : Dari hukum Snellius maka dengan mengambil nilai indeks bias udara (n=1) di luar prisma maka sin i = n sin r Dan sudut deviasi n sin i = sin r Hal ini dapat digunakan untuk menentukan nilai r. Lihat ABC maka 180 u + r + i = 180 maka u = r + i Lihat ACD maka d = s + t = i r + r i = i + r r + i d = i + r u Inilah sudut deviasi atau simpangan seberkas sinar yang masuk ke Prisma. Jika kita ubah ubah nilai sudut datang awal dan menggunakan nilai u = 60 0, n=1,5 maka akan diperoleh grafik sebagai berikut : 70 Pengukuran Sudut Deviasi Prisma 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 sudut datang Ini berarti ada sebuah sudut minimun yang membuat sudut deviasi menjadi minimun. Hal ini disebut sebagai sudut deviasi minimum. 9. Sudut Deviasi Minimum Deviasi minimum dm terjadi pada saat sudut datang tertentu pada saat sinar bias memotong prisma menjadi segitiga samakaki (indeks bias di luar prisma n =1 (udara)). Pada saat ini : s = t, r = i = 1 2 u, i = r = 1 2 dm + u u = r + i = 2r, maka r = 1 2 u Karena Maka d = i + r u d + u = i + r = 2i maka i = 1 2 dm + u Dari hukum Snellius diperoleh n = sin i sin r = sin r sin i Maka dapat dituliskan sudut deviasi minimum adalah 10. pembiasan pada prisma yang tipis n = sin 1 2 dm + u sin 1 2 u Pada saat sudut u pada prisma sangat kecil yaitu pada sekitar 5,7 0 kebawah maka sin u u dan sin dm + u dm + u sehingga persamaan deviasi minimum prisma dapat ditulis : n = n = 1 2 dm + u 1 2 u dm + u u dm = (n 1)u 1. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.29 Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik, oleh karena itu cahaya…. A. Tidak mengalami pemantulanB. Tidak mengalami pembiasanC. Tidak memerlukan medium perambatan D. Tidak membawa energi dalam penjalarannya PembahasanCahaya merupakan gelombang karenanya mengalami pemantulan, pembiasan dan membawa energi dalam penjalarannya sebagaimana gelombang-gelombang yang lain. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik sehingga tidak memerlukan medium perambatan. Jawaban yang benar adalah C. 2. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.33 Perhatikan pernyataan berikut ini :1. Cahaya bergerak menurut garis lurus2. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik3. Cahaya dapat diserap4. Cahaya membawa muatan listrik Pernyataan yang benar mengenai sifat-sifat cahaya adalah…. A. pernyataan 1 sajaB. pernyataan 1 dan 2C. pernyataan 1, 2 dan 3 D. semua pernyataan benar Pembahasan1. Cahaya bergerak menurut garis lurus.Pernyataan ini benar karena walaupun cahaya bergerak seperti gelombang transversal tetapi lintasan gerak cahaya berupa garis lurus. Pada pokok bahasan optika geometri (pemantulan dan pembiasan cahaya), cahaya digambarkan berupa sinar yang lintasan geraknya berupa garis lurus).2. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik :Pernyataan ini benar karena cahaya merupakan gelombang elektromagnetik, di mana perambatan cahaya tidak memerlukan medium.3. Cahaya dapat diserap :Pernyataan ini benar. Cahaya merupakan salah satu jenis gelombang elektromagnetik. Semua gelombang, baik gelombang mekanik maupun gelombang elektromagnetik, selalu membawa energi ketika bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain. Karenanya sebagian energi cahaya dapat diserap oleh medium yang dilewatinya. Sebagai contoh, ketika cahaya bergerak menuju cermin datar, sebagian besar cahaya dipantulkan tetapi sebagian kecil cahaya diserap oleh cermin datar.4. Cahaya membawa muatan listrik :Pernyataan ini salah. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik di mana gelombang elektromagnetik terjadi karena adanya osiliasi medan listrik dan medan magnet. Gelombang elektromagnetik dipancarkan oleh muatan listrik yang mengalami percepatan. Jawaban yang benar adalah C. Pemantulan sempurna3. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.38Gambar di samping adalah batu perhiasan berlian yang sangat mahal harganya karena cahaya yang dipantulkan berlian begitu berkilauan. Peristiwa tersebut disebabkan karena….  Cahaya berlian tampak berkilauan karena adanya dispersi cahaya dan pemantulan sempurna. Pemantulan sempurna terjadi ketika cahaya bergerak dari medium yang memiliki indeks bias lebih besar ke medium yang memiliki indeks bias lebih kecil. Misalnya cahaya bergerak dari berlian (indeks bias lebih besar) ke udara (indeks bias lebih kecil). Untuk memperjelas pemahamanmu, amati gambar di bawah. Ketika cahaya bergerak dari medium berindeks bias besar ke medium berindeks bias kecil, cahaya dibelokkan menjauhi garis normal. Jika sudut datang (i) semakin besar maka sudut bias (r) semakin besar. Pada sudut datang tertentu, sudut bias bernilai 90o. Sudut datang ketika sudut bias bernilai 90o disebut sudut kritis (θk) atau sudut batas. Apabila sudut datang lebih besar dari sudut kritis atau sudut batas maka tidak ada cahaya yang dibiaskan; semua cahaya dipantulkan. 4. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.39Fenomena berikut ini, yang merupakan gejala pemantulan sempurna adalah….A. pelangiB. fatamorganaC. telaga warnaD. astigmatismaPembahasanFatamorgana disebut gejala pemantulan sempurna karena pada proses tersebut cahaya yang datang dari udara tidak ada yang dibiaskan oleh permukaan jalan tetapi seolah-olah semua cahaya dipantulkan oleh permukaan jalan. Fatamorgana terjadi karena cahaya bergerak dalam lapisan-lapisan udara yang mempunyai indeks bias berbeda karena kerapatan lapisan-lapisan udara tersebut berbeda. Dalam kenyataannya, cahaya tidak dipantulkan oleh permukaan jalan tetapi dibiaskan (dibelokkan) oleh lapisan udara yang mempunyai indeks bias yang berbeda-beda. Jawaban yang benar adalah B. 5. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.30Pemandangan seperti lapisan minyak di permukaan jalan aspal ketika hari panas pada dasarnya adalah peristiwa pemantulan total karena….A. indeks bias lapisan-lapisan udara bagian atas lebih besar daripada bagian bawahB. indeks bias lapisan-lapisan udara bagian atas lebih kecil daripada bagian bawahC. titik-titik air memantulkan berbagai warna pada sudut pantul yang berbedaD. titik-titik air membiaskan berbagai warna pada sudut bias yang berbedaPembahasanPemandangan seperti lapisan minyak di permukaan jalan aspal pada siang hari yang panas merupakan contoh fatamorgana. Fatamorgana terjadi akibat adanya perbedaan indeks bias lapisan udara yang dekat dengan jalan dan lapisan udara di atasnya.Pada siang hari yang panas, permukaan jalan memanaskan udara yang berada tepat di atasnya sehingga lapisan udara yang berada tepat di atas permukaan jalan lebih panas dibandingkan lapisan udara di sebelah atas yang lebih jauh dari permukaan jalan. Lapisan udara yang lebih panas mengalami pemuaian volume lebih besar sehingga udara tersebut kurang rapat (massa jenisnya lebih kecil). Sebaliknya lapisan udara kurang panas di atasnya mengalami pemuaian volume lebih kecil sehingga udara tersebut lebih rapat (massa jenisnya lebih besar). Jadi lapisan udara bagian bawah kurang rapat sedangkan lapisan udara di bagian atas lebih rapat.Karena lapisan udara di bagian bawah (lebih dekat dengan permukaan jalan) kurang rapat maka cahaya bergerak lebih cepat ketika melewatinya, sedangkan lapisan udara di bagian atas lebih rapat sehingga cahaya bergerak lebih lambat ketika melewatinya. Rumus indeks bias adalah : n = c / v , di mana n adalah indeks bias, c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa = konstan = 3 x 108 m/s, v = kecepatan cahaya dalam medium. Berdasarkan rumus ini, c tetap sehingga apabila v semakin besar maka n semakin kecil dan sebaliknya jika v berkurang maka n semakin besar. Cahaya bergerak lebih cepat pada lapisan udara bagian bawah (v besar) sehingga lapisan udara bagian bawah mempunyai indeks bias lebih kecil (n kecil) sebaliknya cahaya bergerak lebih lambat pada lapisan udara bagian atas (v kecil) sehingga lapisan udara bagian atas mempunyai indeks bias lebih besar (n besar).Jawaban yang benar adalah A. Indeks bias6. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.29Berkas sinar tampak mempunyai panjang gelombang 510 nm di udara. Jika berkas sinar tersebut masuk ke dalam medium yang indeks biasnya 1,5 maka panjang gelombangnya berubah menjadi….A. 680 nmB. 510 nmC. 340 nmD. 170 nmPembahasanDiketahui : Panjang gelombang (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 meter Indeks bias (n) = 1,5Ditanya : Panjang gelombang (λ) berubah menjadi….Jawab : Panjang gelombang (λ) berubah menjadi 340 nanometer. 7. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2010 No.32Terlihat seekor ikan di dasar laut sebuah kolam yang jernih, kedalaman kolam 2 meter, indeks bias kolam 4/3. Jika ikan dilihat secara hampir tegak lurus dari permukaan kolam, berapa jarak ikan yang tampak dari permukaan kolam ?A. 1 meter dari permukaan kolamB. 1,5 meter dari permukaan kolamC. 2 meter dari permukaan kolamD. 2,67 meter dari permukaan kolamPembahasanDiketahui :Indeks bias kolam = 4/3Kedalaman kolam = 2 meterDitanya : Jarak ikan yang tampak dari permukaan kolam ?Jawab :Jarak semu = 1 : n (jarak sesungguhnya)Jarak semu = 1 : 4/3 (2 meter)Jarak semu = 1 x 3/4 (2 meter)Jarak semu = 3/4 (2 meter)Jarak semu = 6/4Jarak semu = 1,5 meterJarak ikan yang tampak dari permukaan kolam = 1,5 meter Jawaban yang benar adalah B. 8. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.30Cahaya dapat ditransmisikan dalam suatu saluran yang indeks bias relatifnya terhadap lingkungan….A. > 1B. = 1C. < 1D. = 0PembahasanIndeks bias hampa udara = 1,0000Indeks bias medium lebih besar dari indeks bias hampa udara. Jawaban yang benar adalah A. Dispersi cahaya9. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.34Sudut dispersi adalah sudut antara dua warna cahaya monokromatik yang terjadi pada peristiwa….A. polarisasi cahayaB. absorbsi cahayaC. dispersi cahayaD. difraksi cahayaPembahasanCahaya monokromatik adalah cahaya yang mempunyai satu warna atau satu panjang gelombang. Cahaya putih seperti cahaya matahari merupakan gabungan dari semua warna cahaya di mana masing-masing warna mempunyai panjang gelombang atau frekuensi yang berbeda-beda. Penguraian cahaya putih menjadi spektrum cahaya tampak (merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu) disebut dispersi cahaya.Dispersi cahaya bisa dilakukan oleh prisma, tetesan air atau benda lain. Pelangi merupakan contoh dispersi cahaya dalam kehidupan sehari-hari, di mana cahaya matahari didispersikan oleh tetesan air hujan. Jawaban yang benar adalah C. 10. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.60Pelangi tampak berupa pita warna-warni berbentuk sebagian lingkaran. Urutan 4 warna pelangi yang benar di bawah ini dari radius yang lebih kecil ke radius yang lebih besar adalah….A. merah, jingga, kuning, hijauB. biru, ungu, hijau, kuningC. hijau, biru, nila, unguD. nila, biru, hijau, kuningPembahasanUrutan warna pelangi adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu.Cahaya berwarna merah mempunyai panjang gelombang terbesar, sedangkan cahaya berwarna ungu mempunyai panjang gelombang terkecil. Pembelokan masing-masing warna cahaya bergantung pada panjang gelombang cahaya tersebut.Ketika cahaya putih matahari didispersikan oleh tetesan air hujan, cahaya yang mempunyai panjang gelombang lebih besar dibelokkan lebih sedikit sedangkan cahaya yang mempunyai panjang gelombang lebih kecil dibelokkan lebih jauh. Cahaya berwarna merah dibelokkan paling sedikit karena panjang gelombangnya paling besar sedangkan cahaya berwarna ungu dibelokkan paling jauh karena panjang gelombangnya paling kecil, sebagaimana ditunjukkan pada diagram di bawah. Dengan demikian mata pengamat melihat cahaya berwarna merah berada paling atas dan cahaya berwarna ungu berada paling bawah.Semua warna cahaya pelangi berbentuk sebagian lingkaran, di mana lingkaran cahaya berwarna merah berada paling atas sehingga mempunyai radius (jari-jari) paling besar sedangkan lingkaran cahaya berwarna ungu berada paling bawah sehingga mempunyai radius (jari-jari) paling kecil.Urutan warna cahaya yang mempunyai radius paling besar ke radius paling kecil adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Jawaban yang benar adalah D. 11. Soal Olimpiade Sains Nasional SMP Tingkat Kabupaten/Kota Tahun 2011 No.35Warna-warna cahaya dari lapisan minyak di permukaan air terjadi karena peristiwa….A. interferensiB. polarisasiC. dispersiD. difraksiPembahasan Jawaban yang benar adalah C. |
Gelombang cahaya dibawah ini melewati medium yang menghasilkan peristiwa pemantulan sempurna adalah
Pos Terkait
Copyright © 2024 adaberapa Inc.
