Contoh Soal Pembahasan Cahaya Tampak

Contoh Soal Pembahasan Cahaya Tampak

Pendahuluan

Cahaya tampak adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang dapat dilihat oleh mata manusia. Rentang panjang gelombang cahaya tampak adalah sekitar 380 hingga 740 nanometer. Cahaya ini terdiri dari berbagai warna yang dapat dipisahkan melalui pembiasan atau difraksi. Fenomena ini sering kali dipelajari dalam Fisika, khususnya dalam bab optik.

Cahaya merupakan salah satu bentuk energi yang penting dalam kehidupan sehari-hari dan menjadi tema utama dalam berbagai soal-soal fisika. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa contoh soal serta cara pembahasan yang berkaitan dengan cahaya tampak.

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal 1: Spektrum Cahaya Putih

Sebuah prisma kaca digunakan untuk memisahkan seberkas cahaya putih menjadi komponen-komponen warna yang berbeda. Sebutkan urutan spektrum warna yang dihasilkan dari pembiasan cahaya putih melalui prisma, mulai dari panjang gelombang terpendek hingga terpanjang.

Pembahasan:

Cahaya putih terdiri dari berbagai warna dengan panjang gelombang yang berbeda. Ketika cahaya putih dilewatkan melalui prisma, masing-masing komponen warna dibelokkan dengan sudut yang berbeda tergantung pada panjang gelombangnya. Urutan warna dari panjang gelombang terpendek hingga terpanjang adalah:

1. Ungu
2. Biru
3. Hijau
4. Kuning
5. Jingga
6. Merah

Warna ungu memiliki panjang gelombang terpendek (~380 nm) dan dibelokkan paling banyak, sedangkan merah memiliki panjang gelombang terpanjang (~700 nm) dan dibelokkan paling sedikit.

Soal 2: Indeks Bias

Sebuah cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 600 nm berada dalam medium air dengan indeks bias \(n\). Cahaya tersebut masuk ke medium kedua, yaitu kaca dengan indeks bias 1,5. Hitung sudut pembiasan jika sudut datang di air adalah 30 derajat. Indeks bias air adalah 1,33.

Pembahasan:

Gunakan hukum Snellius, yang menyatakan bahwa:
\[ n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 \]

Diberikan:
– Indeks bias air, \( n_1 = 1,33 \)
– Indeks bias kaca, \( n_2 = 1,5 \)
– Sudut datang di air, \( \theta_1 = 30^\circ \)

Maka:
\[ 1,33 \sin 30^\circ = 1,5 \sin \theta_2 \]

Karena \(\sin 30^\circ = 0,5\), substitusi ke persamaan:
\[ 1,33 \times 0,5 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[ 0,665 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[ \sin \theta_2 = \frac{0,665}{1,5} \]
\[ \sin \theta_2 = 0,4433 \]

Cari sudut pembiasan \( \theta_2 \):
\[ \theta_2 = \sin^{-1}(0,4433) \approx 26,4^\circ \]

Jadi, sudut pembiasan di kaca \( \theta_2 \) adalah sekitar 26,4 derajat.

Soal 3: Interferensi Cahaya

Dua celah sempit sejajar, dipisahkan oleh jarak \(d = 0,1\) mm, disinari oleh berkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang \( \lambda = 500\) nm. Berkas cahaya tersebut menghasilkan pola interferensi pada layar yang berjarak 2 meter dari celah. Hitung jarak antara dua pita terang berturutan di layar.

Pembahasan:

Gunakan persamaan untuk jarak antara dua pita terang berturutan dalam pola interferensi dua celah:
\[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d} \]

Diberikan:
– Panjang gelombang cahaya, \( \lambda = 500 \times 10^{-9} \) meter
– Jarak celah ke layar, \( L = 2 \) meter
– Jarak antara dua celah, \( d = 0,1 \times 10^{-3} \) meter

Substitusi nilai-nilai tersebut:
\[ \Delta y = \frac{500 \times 10^{-9} \text{ m} \times 2 \text{ m}}{0,1 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \times 10^{-9} \text{ m}}{0,1 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \times 10^{-9}}{10^{-4}} \]
\[ \Delta y = 10^{-5 + 4} \]
\[ \Delta y = 10^{-1} \]
\[ \Delta y = 0,01 \text{ m} \]

Jadi, jarak antara dua pita terang berturutan di layar adalah 0,01 meter atau 1 cm.

Soal 4: Difraksi Cahaya

Cahaya dengan panjang gelombang \( \lambda = 600 \) nm melewati sebuah celah tunggal dengan lebar \(a = 0,02\) mm. Pola difraksi yang dihasilkan ditangkap pada layar yang berjarak 3 meter dari celah. Hitung lebar pita gelap pertama dari pusat pola difraksi.

Pembahasan:

Gunakan persamaan untuk lebar pita gelap pertama (pola difraksi celah tunggal):
\[ y = \frac{m \lambda L}{a} \]

Untuk pita gelap pertama, \( m = 1 \):
\[ y = \frac{1 \times 600 \times 10^{-9} \text{ m} \times 3 \text{ m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{ m}} \]

Substitusi nilai-nilai:
\[ y = \frac{600 \times 10^{-9} \text{ m} \times 3 \text{ m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ y = \frac{1800 \times 10^{-9} \text{ m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ y = \frac{1800}{0,02} \times 10^{-6} \text{ m} \]
\[ y = \frac{1800}{0,02} \times 10^{-6} \text{ m} \]
\[ y = 90000 \times 10^{-6} \text{ m} \]
\[ y = 0,09 \text{ m} \]

Jadi, lebar pita gelap pertama dari pusat pola difraksi adalah 0,09 meter atau 9 cm.

Kesimpulan

Cahaya tampak adalah area spektrum elektromagnetik yang dapat diamati oleh mata manusia dan sangat penting dalam fenomena optik seperti pembiasan, interferensi, dan difraksi. Memahami konsep-konsep dasar serta dapat mengerjakan soal-soal yang melibatkan fenomena ini sangat penting bagi para siswa dan peneliti. Dalam artikel ini, kita telah mengulas beberapa contoh soal lengkap dengan pembahasannya untuk membantu dalam memahami bagaimana cahaya tampak berinteraksi dengan medium dan menghasilkan berbagai fenomena optik. Dengan pemahaman yang baik, kita dapat mengeksplorasi aplikasi lebih lanjut dari cahaya tampak dalam sains dan teknologi.