Di SMP telah dipelajari gelombang cahaya baik secara kuantitif maupun kualitatif. Gelombang cahaya yang dipelajari di SMP antara lain pemantulan dan pembiasan cahaya. Gelombang cahaya yang akan kita pelajari sekarang adalah interferensi celah ganda, difraksi celah tunggal, difraksi kisi dan bukaan alat optik. Sebelum kita bahas satu persatu, mari kita mengingat dulu sifat-sifat cahaya.
Sifat – sifat gelombang cahaya
1). Cahaya dapat merambat lurus.
2). Cahaya dapat dipantulkan (refleksi).
3). Cahaya dapat dibiaskan (refraksi).
4). Cahaya dapat diuraikan (dispersi).
5). Cahaya memiliki cepat rambat diudara sebesar 3x108 m/s.
6). Cahaya tidak bermuatan sehingga tidak dapat dipengaruhi oleh suatu medan magnet dan medan listrik.
A. Interferensi Celah Ganda ( Interferensi Young )
Interferensi adalah peristiwa penjumlahan atau superposisi dua buah gelombang atau lebih membentuk gelombang baru. Interferensi akan terjadi jika memenuhi syarat berikut.
1. Gelombang yang bersuperposisi harus koheren. Artinya, beda fase keduanya bersifat tetap.
2. Amplitudo gelombangnya sama.
Pada interferensi celah ganda dihasilkan pola terang dan gelap seperti terlihat pada gambar disamping.
Yang harus diingat pada interferensi celah ganda terbentuk pola terang dan gelap pada layar.
Latihan soal:
1. Pada percobaan interferensi celah ganda, jarak antar celah 0,05 cm dan layar ditempatkan 1 meter dari celah. Jika dari pengamatan didapat lebar dari terang pusat ke terang ke-3 adalah 7,5 mm. Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah...
A. 120 nm
B. 430 nm
C. 675 nm
D. 920 nm
E. 1250 nm
Kunci : E
2. Dua celah yang berjarak 1 mm, disinari cahaya merah dengan panjang gelombang 6,5 x 10-7 m. Garis gelap terang dapat diamati pada layar yang berjarak 1 m dari celah. Jarak antara gelap ketiga dan terang kelima adalah...
A. 0,85 mm
B. 1,62 mm
C. 2,55 mm
D. 3,25 mm
E. 4,87 mm
Kunci : B
3. Suatu cahaya menerangi celah ganda yang memiliki jarak antar celah 0,10 cm sedemikian sehinggan terbentuk pola gelap terang pada layar yang berjarak 60 cm. Ketika pemisahan antar pola terang adalah 0,048 cm, maka panjang gelombang cahaya yang digunakan tersebut adalah... ( dalam nm )
A. 200
B. 300
C. 400
D. 600
E. 800
Kunci : E
B. Difraksi
Difraksi adalah peristiwa pelenturan muka gelombang ketika melewati celah sempit. Pola difraksi gelombang cahaya dapat diamati dengan eksperimen menggunakan difraksi celah tunggal dan kisi difraksi.
1. Difraksi Celah Tunggal
Jika sinar monokromatik melewati celah tunggal, maka akan mengalami pelenturan (difraksi), yaitu menjadi sumber yang banyak dan dapat membentuk interferensi pada layar.
Gambar pola difraksi celah tunggal
Pada Gambar di atas menunjukkan gelombang cahaya dengan panjang gelombang λ didifraksikan oleh celah sempit dengan lebar d. Pola gelap dan terang terbentuk ketika gelombang cahaya mengalami interferensi.
Beda lintasan ke titik P adalah ( d/2 ) sin θ, dengan θ adalah sudut antara garis tegak lurus terhadap celah dan garis dari pusat celah ke P. Apabila beda lintasan yang terjadi adalah 1/2 λ, maka kedua cahaya akan saling memperlemah dan menyebabkan terjadinya interferensi minimum sehingga pada layar terbentuk pola gelap.
Jadi, pola gelap (difraksi minimum) terjadi jika:
d.sin θ = n. λ ; dengan n = 1, 2, 3 .....
n = 1 untuk minimum orde pertama, n = 2 untuk minimum orde kedua, dst.
n = 1 untuk minimum orde pertama, n = 2 untuk minimum orde kedua, dst.
Sementara itu, pola terang (difraksi maksimum) terjadi bila:
dengan n = 1, 2, 3, ...
Pada difraksi terjadi pita terang dibatasi garis-garis gelap.
Contoh soal:
Seberkas cahaya melewati celah tunggal yang sempit, menghasilkan interferensi minimum orde ketiga dengan sudut deviasi 30o . Jika cahaya yang dipergunakan mempunyai panjang gelombang 6000Ao, maka lebar celahnya adalah...
A. 1,3 x 10-6 m
B. 1,8 x 10-6 m
C. 2,1 x 10-6 m
D. 2,6 x 10-6 m
E. 3,6 x 10-6 m
Penyelesaian:
Diketahui :
n = 3
Ɵ = 30o
λ = 6000Ao= 6 x 10-7 m
Ditanya : d.... ?
Jawab :
d sin Ɵ = n λ
d sin 30o = 3. 6 x 10-7
d . ½ = 18 x 10-7
d = 18 x 10-7 . 2
d = 36 x 10-7
d = 3,6 x 10-6 m
2. Difraksi Kisi
Kisi difraksi terdiri atas banyak celah dengan lebar yang sama.
Jika seberkas sinar melalui kisi, maka akan terjadi difraksi dan
dapat ditangkap oleh layar, pada layar akan terjadi interferensi
yang syaratnya sama dengan pada celah ganda.
Beberapa hal penting:
a. Pada kisi difraksi pola yang terjadi lebih terang/tajam
b. Kisi memiliki besaran N = banyaknya celah tiap satuan panjang. Jika lebar tiap celah pada kisi difraksi disebut konstanta kisi dan dilambangkan dengan d. dan didalam sebuah kisi sepanjang 1 cm terdapat N celah maka konstanta kisinya adalah: d=1/N
Pola terang oleh kisi difraksi diperoleh jika:
d sin θ = n λ, dengan n =0, 1, 2, 3, …
dengan d adalah konstanta kisi dan θ adalah sudut difraksi.
Pola gelap oleh kisi difraksi diperoleh jika
d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n =1, 2, 3, …
Contoh soal:
Bila seberkas cahaya dilewatkan pada kisi difraksi dengan 5000 celah/cm, akan dihasilkan garis terang kedua dengan sudut deviasi 30o
A. 2500 Ao
B. 3400 Ao
C. 5000 Ao
D. 8500 Ao
E. 10000 Ao
Penyelesaian:
Diketahui :
N = 5000 celah/cm
Ɵ = 30o
n = 2
Ditanya : λ .... ?
Jawab :
d sin Ɵ = n λ
2 x 10-6. sin 30o = 2. λ
2 x 10-6 . ½ = 2. λ
1 x 10-6 = 2. λ
λ = 1 x 10-6 / 2
λ = 0,5 x 10-6 m
λ = 0,5 x 10-6 / 10-10
λ = 5000 Angstrom
C. Daya Urai Optik
Jika kita memiliki dua benda titik yang terpisah pada jarak tertentu, bayangan kedua benda bukanlah dua titik tetapi dua pola difraksi. Jika jarak pisah kedua benda titik terlalu dekat maka pola difraksi kedua benda saling menindih.
Kriteria Rayleigh yang ditemukan Lord Rayleigh menyatakan bahwa dua benda titik yang dapat dibedakan oleh alat optik, jika pusat pola difraksi benda titik pertama berimpit dengan pita gelap (minimum) ke satu pola difraksi benda kedua.
Ukuran sudut pemisah agar dua benda titik masih dapat dipisahkan secara tepat berdasarkan Kriteria Rayleigh disebut sudut resolusi minimum (θm)
D = diameter bukaan alat optik
l = jarak celah ke layar
dm = jari-jari lingkaran terang
θ = sudut resolusi
Pola difraksi dapat diperoleh dengan menggunakan sudut θ yang menunjukkan ukuran sudut dari setiap cincin yang dihasilkan dengan persamaan:
dengan λ merupakan panjang gelombang cahaya yang digunakan.
Untuk sudut-sudut kecil, maka diperoleh θ≈sinθ ≈ tan θ = dm/l dan sama dengan sudutnya θ sehingga dapat ditulis:
Contoh Soal:
Seorang bermata normal ( titik dekat matanya 25 cm ) mengamati benda dengan mata berakomodasi maksimum. Diameter pupil matanya 2 mm dan mata peka terhadap cahaya 550 x 10-6 mm. Batas daya urai mata orang itu adalah...
A. 0,01 mm
B. 0,08 mm
C. 0,2 mm
D. 1 mm
E. 2 mm
Penyelesian
Diketahui
D = 2 mm
λ = 550 x 10-6 mm
l = 25 cm = 250 mm
Ditanya : dm = .....?
Jawab :
Latihan soal
1. Suatu celah sempit tunggal lebar a disinari oleh cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 5.890 angstrom. Tentukan lebar celah agar terjadi pola difraksi maksimum orde pertama pada sudut 30o
A. 5.890 angstrom
B. 11.780 angstrom
C. 17.670 angstrom
D. 23.670 angstrom
E. 29.450 angstrom
Kunci : C
2. Cahaya dengan panjang gelombang 640 nm lewat melalui sebuah celah yang lebarnya 1,0x10-2 mm. Berapa lebar pita terang pusat pada layar yang berjarak 50 cm dari celah?
A. 1,60 cm
B. 3,20 cm
C. 4,80 cm
D. 6,40 cm
E. 9,60 cm
Kunci : D
3. Sebuah kisi memiliki 3000 garis tiap cm kita gunakan untuk menentukan gelombang cahaya. Sudut antara garis pusat dan garis pada orde 1 adalah 8o ( sin 8o = 0,140) . Dari hasil di atas, panjang gelombang cahaya itu adalah...
A. 2,70 x 10-8 m
B. 3,70 x 10-7 m
C. 3,70 x 10-6 m
D. 4,63 x 10-8 m
E. 4,67 x 10-7 m
Kunci : E
4. Jika dua lampu sebuah mobil = 1,22 m. Nyala kedua lampu diamati oleh orang yang diameter pupil matanya 2,2 mm. Kalau panjang gelombang cahaya yang dipancarkan kedua lampu mobil itu rata-rata 5.500 angstrom. Berapakah jarak mobil maksimum supaya nyala lampu itu masih dapat dipisahkan oleh mata?
A. 2500 m
B. 2700 m
C. 3000 m
D. 4000 m
E. 4200 m
Kunci : D
Kunci : D
Tidak ada komentar:
Posting Komentar