Contoh soal Gelombang Cahaya

11 Contoh soal Gelombang Cahaya

1. Kisi difraksi

Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut ini:

(1) Mengganti kisi dengan kisi yang jumlah garis per milimeternya lebih besar

(2) Cahaya yang dijatuhkan dari biru ke kuning

(3) Mengganti cahaya yang dijatuhkan dari merah ke hijau

(4) Mendekatkan layar dari kisi

Yang termasuk upaya memperbesar lebar pita terang pada percobaan kisi difraksi adalah…

Pembahasan

Rumus interferensi celah ganda (interferensi konstruktif) :

Lebar celah (d) sangat kecil dibandingkan jarak antara celah dan layar (L) sehingga sudut sangat kecil. Sudut sangat kecil sehingga nilai sin θ mendekati tangen θ.

sin θ ≈ tan θ = y / L

Keterangan:

y = lebar pita terang, n = orde, λ = panjang gelombang, L = jarak antara kisi dan layar, d = lebar celah.

d = 1 / (4000 garis / cm) = 0,00025 cm

(1) Mengganti kisi dengan kisi yang jumlah garis per milimeternya lebih besar

Contoh:

d = 1 / (1000 garis / cm) = 0,001 cm

d = 1 / (2000 garis / cm) = 0,0005 cm

d = 1 / (3000 garis / cm) = 0,0003 cm

d = 1 / (4000 garis / cm) = 0,00025 cm

Berdasarkan perhitungan ini, jika jumlah garis per milimeter makin besar, maka lebar celah (d) makin kecil. Berdasarkan rumus di atas, jika lebar celah (d) makin kecil, maka lebar pita terang (y) makin besar.

Pernyataan ini benar.

(2) Cahaya yang dijatuhkan dari biru ke kuning

Cahaya biru mempunyai frekuensi lebih besar daripada cahaya kuning, sebaliknya

Cahaya biru mempunyai panjang gelombang lebih kecil daripada cahaya kuning.

Jika cahaya dijatuhkan dari biru ke kuning, maka panjang gelombang semakin besar.

Berdasarkan rumus di atas, jika panjang gelombang semakin besar maka lebar pita terang (y) semakin besar.

Pernyataan ini benar.

(3) Mengganti cahaya yang dijatuhkan dari merah ke hijau

Cahaya merah mempunyai frekuensi lebih kecil daripada cahaya hijau, sebaliknya

Cahaya merah mempunyai panjang gelombang lebih besar daripada cahaya kuning.

Jika cahaya dijatuhkan dari merah ke hijau, maka panjang gelombang semakin kecil.

Berdasarkan rumus di atas, jika panjang gelombang semakin kecil maka lebar pita terang (y) semakin kecil.

Pernyataan ini salah.

(4) Mendekatkan layar dari kisi

Mendekatkan layar dari kisi artinya memperkecil L. Berdasarkan rumus di atas, jika jarak antara kisi dan layar (L) semakin kecil maka lebar pita terang (y) semakin kecil.

Pernyataan ini salah.

2. Difraksi cahaya

Dalam percobaan difraksi cahaya yang menggunakan kisi 4.500 garis.cm^-1, pada layar yang ditempatkan sejauh L dari kisi tampak jarak pita terang orde kedua sebesar 1 mm. Apabila kisi yang digunakan diganti dengan kisi lain yang memiliki 5.400 garis.cm^-1, maka jarak pita terang kedua diukur dari terang pusat adalah…

A. 0,6 mm

B. 0,9 mm

C. 1,2 mm

D. 1,6 mm

E. 2,2 mm

Pembahasan

Diketahui :

d₁ = 1 / (4500 garis / cm) = 1/4500 cm

n₁ = 2

y₁ = 1 mm = 0,1 cm

d₂ = 1 / (5400 garis / cm) = 1/ 5400 cm

n₂ = 2

Ditanya : y₂

Jawab :

Rumus interferensi celah ganda (interferensi konstruktif) :

d sin θ = n λ

Lebar celah sangat kecil dibandingkan jarak antara celah dan layar sehingga sudut sangat kecil. Sudut sangat kecil sehingga nilai sin teta mendekati tangen teta.

sin θ ≈ tan θ = y / L

d sin θ = n λ

d (y / L) = n λ

d y = n λ L

Keterangan :

d = lebar celah, y = jarak antara terang pusat dan terang orde ke n, n = orde, λ = panjang gelombang, L = jarak antara kisi dan layar.

Percobaan 1 :

d₁ y₁ = n₁ λ L

(1/4500)(0,1) = (2) λ L

0,1 / 4500 = (2) λ L

0,1 / (2)(4500) = λ L

0,1 / 9000 = λ L

Percobaan 2 :

d₂ y₂ = n₂ λ L

(1/5400)(y₂) = (2) λ L

y₂ / 5400 = (2) λ L

y₂ / (2)(5400) = λ L

y₂ / 10.800 = λ L

Panjang gelombang cahaya (λ) yang digunakan sama dan jarak antara kisi dan layar (L) juga sama.

λ L = λ L

0,1 / 9000 = y₂ / 10.800

(0,1)(10.800) = (y₂)(9000)

1080 = y₂ (9000)

y₂ = 1080 / 9000

y₂ = 0,12 cm

y₂ = 1,2 mm

Jawaban yang benar adalah C.

Interferensi Cahaya

3. Dua celah sempit yang terpisah pada jarak 2 mm disinari secara tegak lurus. Pada layar yang jaraknya 1 meter dari celah, terbentuk garis terang ke 4 yang terletak 1 mm dari garis terang pusat. Panjang gelombang sinar yang dipakai adalah…

A. 24 x 10^-6 m

B. 8,0 x 10^-6 m

C. 3,7 x 10^-6 m

D. 2,0 x 10^-6 m

E. 0,5 x 10^-6 m

Pembahasan

Diketahui :

Jarak antar celah (d) = 2 mm = 2 x 10^-3 meter

Orde (n) = 4

Jarak antara layar dan celah (l) = 1 meter

Jarak garis terang ke 4 dari terang pusat (y) = 1 mm = 1 x 10^-3 meter = 10^-3 meter

Ditanya : Panjang gelombang sinar (λ)

Jawab :

Rumus interferensi celah ganda (interferensi konstruktif) :

d sin θ = n λ

Jarak antara celah lebih kecil daripada jarak antara celah dan layar sehingga sudut sangat kecil. Sudut sangat kecil sehingga nilai sin θ mendekati tangen θ.

Panjang gelombang sinar (λ) :

Jawaban yang benar adalah E.

4. Pada percobaan Young digunakan 2 celah sempit yang jarak antar celahnya 3 mm serta layar dipasang 1 m dari celah tersebut. Jika dihasilkan terang ke enam pada jarak 1 mm dari terang pusat, maka panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah…

A. 0,5 x 10^-6 m

B. 2,0 x 10^-6 m

C. 3,7 x 10^-6 m

D. 8,0 x 10^-6 m

E. 24 x 10^-6 m

Pembahasan

Diketahui :

Jarak antar celah (d) = 3 mm = 3 x 10^-3 meter

Orde (n) = 6

Jarak antara layar dan celah (l) = 1 meter

Jarak garis terang ke 6 dari terang pusat (y) = 1 mm = 1 x 10^-3 meter = 10^-3 meter

Ditanya : Panjang gelombang sinar (λ)

Jawab :

Panjang gelombang sinar (λ) :

Jawaban yang benar adalah A.

Ciri-ciri Gelombang Cahaya

5. Ciri-ciri gelombang :

(1) bentuk gelombang longitudinal

(2) dapat berefraksi

(3) dapat berinterferensi

(4) dapat berpolarisasi

(5) dalam rambatannya memerlukan medium

Pernyataan di atas yang merupakan ciri-ciri gelombang cahaya adalah nomor…

A. (1), (2) dan (3)

B. (1), (2) dan (4)

C. (1), (3) dan (5)

D. (2), (3) dan (4)

E. (2), (2) dan (5)

Pembahasan

Jawaban yang benar adalah D.

6. Soal UN fisika SMA/MA 2015/2016 No.29

Perhatikan pernyataan berikut!

(1) Dapat berinterferensi

(2) Mengalami polarisasi

(3) Mengalami difraksi

(4) Merambat tanpa medium

(5) Dapat dipantulkan

Pernyataan di atas yang benar tentang sifat gelombang bunyi adalah…

A. (1), (2), dan (3)

B. (1), (3), dan (5)

C. (1), (4), dan (5)

D. (2), (3), dan (4)

E. (3), (4), dan (5)

Pembahasan

(2) Polarisasi dialami oleh gelombang transversal. Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal.

(4) Gelombang yang merambat tanpa medium hanya gelombang elektromagnetik, gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang membutuhkan medium untuk merambat.

Jawaban yang benar adalah B.

Kisi Difraksi

7. Kisi difraksi mempunyai 4.000 goresan tiap cm. Pada kisi tersebut didatangkan cahaya monokromatik dan menghasilkan garis terang orde ke-2. Apabila sudut deviasinya 30^o, maka panjang gelombang cahaya adalah… (1 Å = 10^-10 m)

A. 8.000 Å

B. 6.250 Å

C. 5.000 Å

D. 4.500 Å

E. 4.000 Å

Pembahasan

Diketahui :

Konstanta kisi (d) = 1 / (4000 garis / cm) = 0,00025 cm = 2,5 x 10^-4 cm = 2,5 x 10^-6 meter

Orde (n) = 2

sin 30^o = 0,5

1 Å = 10^-10 m

Ditanya : Panjang gelombang cahaya (λ)

Jawab :

Jawaban yang benar adalah B.

8. Seberkas cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 2,5.10^-7 m mengenai kisi yang terdiri dari 10.000 goresan/cm. Berapakah sudut untuk garis terang orde ke-dua ?

A. 30^o

B. 37^o

C. 45^o

D. 53^o

E. 60^o

Pembahasan

Diketahui :

Konstanta kisi (d) = 1 / (10.000 garis / cm) = 0,0001 cm = 1 x 10^-4 cm = 1 x 10^-6 meter

Orde (n) = 2

Panjang gelombang cahaya (λ) = 2,5 x 10^-7 meter

Ditanya : Sudut (θ)

Jawab :

Jawaban yang benar adalah A.

9. Interferensi celah ganda

Seberkas cahaya kuning dijatuhkan pada dua celah sehingga terjadi interferensi yang terlihat pada layar. Dari pernyataan berikut :

(1) pita terang akan bertambah lebar jika cahaya kuning diganti biru

(2) pita terang akan bertambah lebar jika jarak antara celah diperkecil

(3) semakin jauh dari terang pusat intensitas makin kecil

(4) semakin jauh dari terang pusat intensitas tetap

Pernyataan yang benar adalah…

A. (1), (3) dan (4)

B. (1) dan (3) saja

C. (1) dan (4) saja

D. (2) dan (3) saja

E. (2) dan (4) saja

Pembahasan

Jarak antara celah lebih kecil daripada jarak antara celah dan layar sehingga sudut sangat kecil. Sudut sangat kecil sehingga nilai sin θ mendekati tangen θ.

Rumus interferensi celah ganda (interferensi konstruktif)

Keterangan :

d = jarak antar celah, y = jarak garis terang ke n dari terang pusat, l = jarak antara layar dan celah, n = orde, λ = panjang gelombang sinar.

(1) Pita terang akan bertambah lebar jika cahaya kuning diganti biru

Berdasarkan rumus ini, jumlah garis terang (n) berbanding terbalik dengan panjang gelombang (λ). Jika panjang gelombang semakin kecil, jumlah garis terang (n) semakin banyak. Cahaya kuning mempunyai panjang gelombang lebih besar (frekuensi lebih kecil) dibandingkan cahaya biru. Jika cahaya kuning diganti biru, panjang gelombang semakin kecil, sehingga jumlah garis terang (n) semakin banyak.

Pernyataan ini benar.

(2) Pita terang akan bertambah lebar jika jarak antara celah diperkecil

Berdasarkan rumus di atas, jarak antar celah (d) berbanding lurus dengan jumlah garis terang (n). Jika jarak antara celah diperkecil, jumlah garis terang (n) semakin sedikit.

Pernyataan ini salah.

(3) Semakin jauh dari terang pusat intensitas makin kecil

Intensitas berkaitan dengan tingkat terang. Intensitas berbanding terbalik dengan jarak, jika jarak semakin besar intensitas semakin kecil (cahaya semakin redup).

Pernyataan ini benar.

(4) Semakin jauh dari terang pusat intensitas tetap

Pernyataan ini salah.

Jawaban yang benar adalah B.

10.  Seberkas sinar monokromatik dengan panjang gelombang 5.10^-7 m diarahkan tegak lurus pada kisi. Jika jarak layar ke kisi 2 m dan pada layar terjadi terang orde ke-3 dengan jarak 150 cm dari terang pusat, maka jarak antara celah adalah….

1. 4.10^-6 m
2. 3.10^-6 m
3. 2.10^-6 m
4. 3.10^-7 m
5. 2.10^-7 m

Pembahasan

Diketahui :
Panjang gelombang (λ) = 5 x 10^-7 meter
l = 2 meter
n = 3
y = 150 cm = 1,5 meter
Ditanya : konstanta kisi
Jawab :

sin θ ≈ tan θ = y / l = 1,5 / 2 = 0,75 = 75 x 10^-2

Jarak antara celah :
d sin θ = n λ
d (75.10^-2) = (3)(5.10^-7)
d (75.10^-2) = 15.10^-7
d = (15.10^-7) / (75.10^-2)
d = (15/75).10^-5
d = (1/5)(10^-5) meter
d = (0,2)(10^-5) meter
d = 2.10^-6 meter
Jawaban yang benar adalah C.

11. Seberkas sinar monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm (1 nano = 10^-9) datang tegak lurus pada kisi. Jika terang keempat membentuk sudut deviasi 30^o, jumlah garis per cm kisi adalah….

1. 3000
2. 2500
3. 1250
4. 1000
5. 250

Pembahasan
Diketahui :
Panjang gelombang (λ) = 500.10^-9 meter = 5.10^-7 meter
θ = 30^o
n = 4
Ditanya : jumlah garis per cm kisi
Jawab :
Jarak antara celah :
d sin θ = n λ
d (sin 30^o) = (4)(5.10^-7)
d (0,5) = 20.10^-7
d = (20.10^-7) / 0,5
d = 40.10^-7
d = 4.10^-6  meter

Jumlah garis per cm kisi :
x = 1 / 4.10^-6  meter
x = 0,25.10⁶ garis / meter
x = 0,25.10⁶ garis / 10² cm
x = 0,25.10⁴ garis / cm
x = 25.10² garis / cm
x = 2500 garis / cm
Jawaban yang benar adalah B.

Sumber Soal:

Soal UN Fisika SMA/MA 2015/2016