Contoh Soalan tentang Perbincangan Cahaya Nampak
pengenalan
Cahaya nampak ialah bahagian spektrum elektromagnet yang boleh dilihat oleh mata manusia. Julat panjang gelombang cahaya nampak adalah lebih kurang 380 hingga 740 nanometer. Cahaya ini terdiri daripada pelbagai warna yang boleh diasingkan melalui pembiasan atau pembelauan. Fenomena ini sering dikaji dalam fizik, terutamanya dalam bab tentang optik.
Cahaya merupakan satu bentuk tenaga yang penting untuk kehidupan seharian dan merupakan topik utama dalam pelbagai masalah fizik. Dalam artikel ini, kita akan membincangkan beberapa contoh masalah dan cara menyelesaikannya yang berkaitan dengan cahaya nampak.
Contoh Soalan dan Perbincangan
Soalan 1: Spektrum Cahaya Putih
Prisma kaca digunakan untuk memisahkan pancaran cahaya putih kepada warna komponennya. Senaraikan spektrum warna yang terhasil daripada pembiasan cahaya putih melalui prisma, dari panjang gelombang terpendek kepada panjang gelombang terpanjang.
Perbincangan:
Cahaya putih terdiri daripada warna-warna berbeza dengan panjang gelombang yang berbeza. Apabila cahaya putih dilalukan melalui prisma, setiap komponen warna dibengkokkan pada sudut yang berbeza bergantung pada panjang gelombangnya. Susunan warna dari panjang gelombang terpendek hingga terpanjang ialah:
1. Ungu
2. Biru
3. Hijau
4. Kuning
5. Oren
6. Merah
Ungu mempunyai panjang gelombang terpendek (~380 nm) dan paling banyak dipesongkan, manakala merah mempunyai panjang gelombang terpanjang (~700 nm) dan paling sedikit dipesongkan.
Soalan 2: Indeks Biasan
Suatu cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 600 nm berada dalam medium air dengan indeks biasan \(n\). Cahaya memasuki medium kedua, iaitu kaca dengan indeks biasan 1,5. Kirakan sudut biasan jika sudut tuju di dalam air ialah 30 darjah. Indeks biasan air ialah 1,33.
Perbincangan:
Gunakan hukum Snell, yang menyatakan bahawa:
\[ n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 \]
Diberikan:
– Indeks biasan air, \( n_1 = 1,33 \)
– Indeks biasan kaca, \( n_2 = 1,5 \)
– Sudut tuju dalam air, \( \theta_1 = 30^\circ \)
Jadi:
\[ 1,33 \sin 30^\circ = 1,5 \sin \theta_2 \]
Oleh kerana \(\sin 30^\circ = 0,5\), gantikan ke dalam persamaan:
\[ 1,33 \kali 0,5 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[ 0,665 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[ \sin \theta_2 = \frac{0,665}{1,5} \]
\[ \sin \theta_2 = 0,4433 \]
Cari sudut biasan \( \theta_2 \):
\[ \theta_2 = \sin^{-1}(0,4433) \lebih kurang 26,4^\circ \]
Jadi, sudut biasan dalam kaca \( \theta_2 \) ialah kira-kira 26,4 darjah.
Soalan 3: Gangguan Cahaya
Dua celah selari sempit, dipisahkan oleh jarak \(d = 0,1\) mm, diterangi oleh pancaran cahaya monokromatik dengan panjang gelombang \(\lambda = 500\) nm. Pancaran cahaya menghasilkan corak gangguan pada skrin 2 m dari celah tersebut. Kirakan jarak antara dua jalur terang berturutan pada skrin.
Perbincangan:
Gunakan persamaan untuk jarak antara dua jalur terang berturutan dalam corak interferens dua celah:
\[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d} \]
Diberikan:
– Panjang gelombang cahaya, \( \lambda = 500 \times 10^{-9} \) meter
– Jarak dari celah ke skrin, \( L = 2 \) meter
– Jarak antara dua celah, \( d = 0,1 \times 10^{-3} \) meter
Gantikan nilai-nilai ini:
\[ \Delta y = \frac{500 \times 10^{-9} \text{ m} \times 2 \text{ m}}{0,1 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \times 10^{-9} \text{ m}}{0,1 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \times 10^{-9}}{10^{-4}} \]
\[ \Delta-y = 10^{-5 + 4} \]
\[ \Delta-y = 10^{-1} \]
\[ \Delta y = 0,01 \text{ m} \]
Jadi, jarak antara dua jalur terang berturutan pada skrin ialah 0,01 meter atau 1 cm.
Soalan 4: Pembelauan Cahaya
Cahaya dengan panjang gelombang \( \lambda = 600 \) nm melalui celah tunggal dengan lebar \(a = 0,02\) mm. Corak pembelauan yang terhasil ditangkap pada skrin 3 meter dari celah. Kira lebar jalur gelap pertama dari pusat corak pembelauan.
Perbincangan:
Gunakan persamaan untuk lebar jalur gelap pertama (corak pembelauan celah tunggal):
\[ y = \frac{m \lambda L}{a} \]
Untuk jalur gelap pertama, \( m = 1 \):
\[ y = \frac{1 \times 600 \times 10^{-9} \text{ m} \times 3 \text{ m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
Penggantian 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 jalur gelap pertama dari pusat corak pembelauan ialah 0,09 meter atau 9 cm.
Kesimpulannya
Cahaya nampak ialah kawasan spektrum elektromagnet yang boleh diperhatikan oleh mata manusia dan penting untuk fenomena optik seperti pembiasan, gangguan dan pembelauan. Memahami konsep asas dan keupayaan untuk menyelesaikan masalah yang melibatkan fenomena ini adalah penting untuk pelajar dan penyelidik. Dalam artikel ini, kami telah menyemak beberapa contoh masalah, lengkap dengan penjelasan, untuk membantu kita memahami bagaimana cahaya nampak berinteraksi dengan medium dan menghasilkan pelbagai fenomena optik. Dengan pemahaman yang lebih baik, kita boleh meneroka aplikasi cahaya nampak selanjutnya dalam sains dan teknologi.
