Rangkuman Materi Cahaya, Contoh Soal & Pembahasannya

Interferensi Cahaya

Interferensi cahaya adalah gabungan dua gelombang atau lebih. Interferensi terjadi jika ada dua atau lebih berkas sinar yang bergabung.
1.Interferensi cahaya pada celah ganda

Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya dari kedua celah tersebut.

Interferensi maksimum
d sin θ = m λ

Interferensi minimum
d sin θ = (m – ½ ) λ

Keterangan:
d = jarak antar celah (m)
θ = sudut deviasi
m = pola interferensi (orde) (m = 0, 1,2,…)
λ = panjang gelombang yang berinterferensi (m)

jika interferensi terjadi antara jarak terang ke-m menuju terang pusat, rumusan sebagai berikut:

jika interferensi yang terjadi antara jarak gelap ke-m menuju terang pusat, rumusannya sebagai sebagai berikut:

keterangan:
y = jarak terang/gelap ke-n menuju terang pusat (meter)
L = jarak layar dari celah (meter)

2. Interferensi pada selaput tipis

Terjadi pada sinar yang dipantulkan langsung dan sinar yang dipantulkan setelah dibiaskan

interferensi maksimum :

interferensi minimum :
2nd = mλ

Keterangan:
n = indeks bias
d = tebal lapisan tipis
m = bilangan bulat (0,1,2,3..)
λ = panjang gelombang cahaya digunakan (m)

Difraksi Cahaya

Difraksi atau pelenturan cahaya yaitu saat suatu cahaya melalui celah maka cahaya dapat terpecah-pecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan memiliki sifat seperti cahaya baru

1. Celah Tunggal

Untuk garis gelap ke-m terjadi jika:

Jika sudut deviasi θ kecil, sehingga persamaan di atas menjadi

Keterangan:
d = lebar celah (m)
θ = sudut difraksi
m = orde difraksi (m = 1,2,3….)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
y = jarak antara garis gelap dengan terang pusat (m)
L = jarak celah dengan layar (m)

jika cahaya monokromatik dilewatkan ke celah tunggal maka akan terlihat pola garis gelap dan terang secara bergantian letaknya. Jika difraksi yang terjadi akibat adanya lubang kecil yang berbentuk bulat akan menimbulkan pola berupa lingkaran terang dan gelap secara bergantian. Lingkaran gelap pertama dengan sudut θ dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:
D = diameter lubang (m)
θ = sudut resolusi
ym = daya urai

2. kisi difraksi

Celah majemuk yaitu celah-celah sempit yang tertata rapi dengan jarak yang cukup dekat disebut kisi difraksi. Hubungan banyaknya celah dengan jarak antar celah

Jika terjadi interferensi maksimum
d sin θ = m λ

Jika terjadi interferensi minimum
d sin θ = (m – 1/2) λ

keterangan:
N = banyaknya celah tiap satuan panjang
d = jarak antara celah (m)
θ = sudut deviasi
m = orde (n= 0,1,2,3…)
λ = panjang gelombang sinar

Polarisasi cahaya

Polarisasi adalah peristiwa pengurangan intensitas karena berkurangnya komponen-komponen gelombangnya. Polarisasi cahaya hanya bisa dialami gelombang transversal. Polarisasi cahaya dapat terjadi akibat adanya pemantulan, pembiasan, absorbsi selektif, dan hamburan.

1. Polarisasi karena pembiasan

jika sinar pantul gerak lurus sinar bias, sinar pantul terpolarisasi:

Keterangan:
i_p = sudut polarisasi = sudut datang yang menghasilkan sinar pantul terpolarisasi
n₁ = indeks bias medium asal sinar
n₂ = indeks bias medium yang dituju sinar

2. Polarisasi karena Absorbsi Selektif

Jika intensitas cahaya mula-mula (l), intensitas cahaya terpolarisasi vertikal yang diteruskan oleh polarisator haruslah memiliki intensitas l₁ dan dituliskan:

Cahaya dengan insensitas l₁ yang datang menuju analisator yang memiliki intensitas l₂, menurut hukum mallus dapat dihubungkan dengan persamaan berikut

I₂= I₁ cos²θ = 1/2 I₀ cos²θ

Dengan θ sebagian sudut antara sumbu analisator dengan sumbu polarisator.

Soal No.2 (SPMB 2003)

Seberkah cahaya monokromatis dijatuhkan pada dua celah sempit vertikal dan berdekatan dengan jarak d = 0.01 mm. pola interferensi yang tejadi di tangkap pada jarak 20 cm dari celah. Diketahui bahwa jarak antara garis gelap pertama di sebelah kiri ke garis gelap pertama di sebelah kanan adalah 7,2 mm panjang gelombang berkas cahaya adalah….

1. 180 mm
2. 270 mm
3. 360 mm
4. 720 mm
5. 1.800 mm

PEMBAHASAN :
Diketahui
d = 0.01 mm = 1,0 x 10^-5 m
L = 20 = 0,2 m
m = 1
y = 7,2 mm = 7,2 X10^-3m
Menentukan panjang gelombang

Jawaban : C

Soal No.3 (UN 2014)

Seberkah sinar monokromatik dengan panjang gelombang 5 x 10^-7 m di arahkan tegak lurus pada kisi, jika jarak layar ke kisi 2m dan pada layar terjadi terang ke-3 dengan jarak 150 cm ke terang pusat maka konstanta kisi yang digunakan adalah ….

1. 4 x 10^-6 m
2. 3 x 10^-6 m
3. 2 x 10^-6 m
4. 3 x 10^-7 m
5. 2 x 10^-7 m

PEMBAHASAN :
Diketahui
λ = 5x 10^-7 m,
L = 2m
m = 3
y = 1,5 m
Menentukan konstanta kisi (d)

Jawaban : C

Soal No.4 (SNMPTN 2007)

Pada percobaan Young digunakan celah ganda yang terpisah pada jarak 0,063 mm sedangkan pola gelap terangnya diamati pada layar yang berjarak 4 m di belakang celah. Jika pada percobaan tersebut digunakan cahaya laser dengan panjang gelombang 630 nm maka jarak antara pola gelap pertama di sebelah kanan dan kiri adalah ..

1. 2 cm
2. 4 cm
3. 8 cm
4. 10 cm
5. 12 cm

PEMBAHASAN :
Diketahui
d = 0.063 nmm = 6,3 X 10^-5m
L = 4 cm
λ = 630 nm = 6,3 x 10^-7 m
m = 1
menentukan jarak antara gelap pertama di kanan dengan gelap pertama di kiri

Jawaban : B

Soal No.5 (UN 2014)

Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 5x 10-⁵ diarahkan tegak lurus pada kisi difraksi. Jika difraksi orde kedua terjadi dengan sudut 30° , banyaknya garis tiap cm pada kisi tersebut adalah …

1. 2.000
2. 2.500
3. 3.000
4. 5.000
5. 10.000

PEMBAHASAN :
Diketahui:
m = 2
Ɵ = 30°
λ = 5 x 10^-5 cm = 5 x 10^-7 m
Menentukan d
d sin Ɵ = mλ
d sin 30° = 2(5 x 10^-7)
d(0,5) = 1×10^-6 m
d = 2×10^-6 m
d= 2×10^-4 cm
Menentukan N dari d

Jawaban : D

Soal No.6 (UN 2013)

Pada suatu percobaan interferensi celah ganda dihasilkan data seperti gambar berikut ini. Maka nilai panjang gelombang yang digunakan adalah …

1. 4,0 x 10^-4 mm
2. 4,5 x 10^-4 mm
3. 5,0 x 10^-4 mm
4. 6,0 x 10^-4 mm
5. 7,5 x 10^-4 mm

PEMBAHASAN :
Diketahui:
d = 0,08 mm = 8 x 10^-5 m
L = 1 m
y = 2,5 cm = 2,5 x 10^-2 m
m = 4
menentukan panjang gelombang yang dihasilkan

Jawaban : C

Soal No.7 (UMPTN 1993)

Cahaya suatu sumber melalui dua celah sempit yang terpisah 0,1 mm. Jika jarak antara dua celah sempit terhadap layar 100 cm dan jarak antara garis gelap pertama dengan garis terang pertama adalah 2,95 mm, maka perbandingan panjang gelombang yang digunakan adalah….mm

1. 2.100
2. 1.080
3. 590
4. 490
5. 440

PEMBAHASAN :
Diketahui:
d = 0,1 mm = 10^-4 m
L = 100 cm = 1 m
m = 0,5
y = 2,95 mm = 2,95 × 10^-4 m
menentukan panjang gelombang yang digunakan :

Jawaban : C

Soal No.8 (UN 2011)

sebuah kisi difraksi dengan konstanta kisi 500 garis/cm digunakan untuk mendifrasikan cahaya pada layar yang berjarak 1 m dari kisi. Jika jarak antara dua garis tentang berturutan pada layar 2,4 cm maka panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah ….

1. 400 nm
2. 450 nm
3. 480 nm
4. 560 nm
5. 600 nm

PEMBAHASAN :
Diketahui:
diketahui
N = 500 garis/cm = 50.000 garis/m
L = 1 m
m = 1
y = 2,4 cm = 2,4 x 10^-2 m
menentukan panjang gelombang yang dihasilkan

Jawaban : C

Soal No.9 (SPMB 2006)

Suatu berkas cahaya tak berpolaritasi merambat pada arah sumbu X menuju ke sebuah polarisator yang mampu memisahkan berkas datang menjadi dua berkas, yaitu berkas A terpolarisasi hanya searah sumbu z dan berkas B yang terpolarisasi pada arah sumbu y. berkas cahaya kemudian dilewatkan lagi ke polarisator ke dua dengan orientasi yang sama dengan polarisator pertama. Berapa persen perubahan intensitas berkas B setelah lewat polarisator kedua ?

1. 0%
2. 25%
3. 50%
4. 75%
5. 100%

PEMBAHASAN :
Polarisator pertama menyerap berkas A jadi . Kemudian diketahui polarisator kedua memiliki sumbu tranmisi sama dengan polasirator awal maka q =0^o sehinggamenghasilkan I₂ = I₁. Karena I₂ = I₁ = ½ I_o maka intensintas berkas b setelah lewat berkas kedua tidak berubah sehingga besarnya 0%
Jawaban : A

Soal No.10 (UN 2010)

seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm tegak lurus pada kisi difraksi. Jika kisi memiliki 400 garis tiap cm sudut deviasi sinar 30° maka banyaknya garis terang pada layar adalah …

1. 24
2. 25
3. 26
4. 50
5. 51

PEMBAHASAN :
Diketahui:
Ɵ = 30°
λ = 500 nm = 5 x 10^-7 m
N = 400 garis/cm = 40.000 garis/m
Menentukan d dari N

banyaknya garis terang pada layar = 25 terang bagian atas + 25 terang bagian bawah + 1 terang pusat = 51 terang.
Jawaban : B

Soal No.11 (UN 2008)

sebuah celah ganda disinari dengan cahaya yang panjang gelombangnya 640 nm. Sebuah layar diletakkan 1,5 m dari celah. Jika jarak kedua celah 0,24 mm, jarak kedua pita terang yang berdekatan adalah ….

1. 4,0 mm
2. 6,0 mm
3. 8,0 mm
4. 9,0 mm
5. 9,6 mm

PEMBAHASAN :
Diketahui:
cahaya melewati celah ganda dengan keterangan
λ = 640 nm = 6,4 x 10^-7 m
L = 1,5 m
d = 0,24 mm = 0,24 x 10^-3 m
m = 1
menentukan jarak kedua pita terang yang berdekatan

Jawaban : A

Soal No.12 (SMPTN 2008)

Cahaya terpolarisasi acak dikenakan pada polarisator bersumbu tranmisi vertical. Cahaya yang keluar dari polarisator dilewatkan analisator dengan arah sumbu tranmisi 60o terhadap sumbu tranmisi polarisator. Perbandingan intensitas cahaya yang keluar dari analisator terhadap intensitas cahaya yang masuk polarisator adalah ..

1. 100%
2. 50%
3. 25%
4. 12,5%
5. 6,25%

PEMBAHASAN :
Jika intensitas cahaya yang masuk pada polasilator di misalkan I0 maka intensitas cahya yang keluar dari analisator yaitu:

Menentukan perbandingan intensitas cahaya yang keluar dari analisator dengan intensitas cahaya yang masuk polarisator

Jawaban : D