Pengantar Soal Fisika Optik Geometri
Selamat datang di kumpulan soal fisika optik geometri! Materi optik geometri adalah salah satu bab penting dalam pelajaran fisika yang membahas tentang sifat cahaya, pemantulan, dan pembiasan pada berbagai medium. Pemahaman yang kuat tentang konsep cermin datar, cermin cekung, cermin cembung, serta lensa cembung dan lensa cekung sangat krusial bagi siswa SMA. Kumpulan soal ini dirancang khusus untuk membantu Anda menguji dan memperdalam pemahaman mengenai prinsip-prinsip dasar optik geometri. Dengan total 32 soal yang terdiri dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan, Anda akan mendapatkan latihan komprehensif. Setiap soal dilengkapi dengan kunci jawaban dan pembahasan mendetail, sehingga Anda dapat belajar dari setiap kesalahan dan menguasai materi ini dengan lebih baik. Persiapkan diri Anda menghadapi ujian dengan berlatih soal-soal fisika optik geometri ini!
I. Soal Pilihan Ganda
- Sebuah benda diletakkan di depan cermin datar. Sifat bayangan yang dihasilkan adalah…
A. Nyata, tegak, diperbesar
B. Maya, tegak, diperkecil
C. Nyata, terbalik, sama besar
D. Maya, tegak, sama besar
E. Nyata, terbalik, diperbesar - Jarak fokus sebuah cermin cekung adalah 15 cm. Jika sebuah benda diletakkan 20 cm di depan cermin, maka jarak bayangan yang terbentuk adalah…
A. 12 cm
B. 30 cm
C. 40 cm
D. 60 cm
E. 75 cm - Cahaya merambat dari udara ke air. Sudut datang 30° dan sudut bias 22°. Jika indeks bias udara adalah 1, maka indeks bias air adalah… (sin 30° = 0,5; sin 22° ≈ 0,37)
A. 1,00
B. 1,15
C. 1,25
D. 1,35
E. 1,45 - Manakah pernyataan yang benar tentang hukum pemantulan cahaya?
A. Sudut datang selalu lebih besar dari sudut pantul.
B. Sudut datang sama dengan sudut pantul.
C. Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal berada pada bidang yang berbeda.
D. Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal selalu tegak lurus satu sama lain.
E. Sudut pantul selalu lebih besar dari sudut datang. - Sebuah lensa cembung memiliki jarak fokus 10 cm. Jika benda diletakkan 15 cm di depan lensa, sifat bayangan yang terbentuk adalah…
A. Nyata, terbalik, diperkecil
B. Maya, tegak, diperbesar
C. Nyata, terbalik, diperbesar
D. Maya, tegak, diperkecil
E. Nyata, tegak, sama besar - Peristiwa pembiasan cahaya terjadi ketika cahaya…
A. Menumbuk permukaan dan memantul kembali.
B. Melewati dua medium dengan kerapatan optik yang sama.
C. Melewati dua medium dengan kerapatan optik yang berbeda.
D. Dibelokkan oleh medan magnet.
E. Diserap oleh suatu benda. - Cermin cembung selalu menghasilkan bayangan yang bersifat…
A. Nyata, terbalik, diperbesar
B. Maya, tegak, diperkecil
C. Nyata, tegak, sama besar
D. Maya, terbalik, diperbesar
E. Nyata, terbalik, diperkecil - Sebuah benda setinggi 2 cm diletakkan 30 cm di depan cermin cekung dengan jarak fokus 10 cm. Tinggi bayangan yang terbentuk adalah…
A. 0,5 cm
B. 1 cm
C. 1,5 cm
D. 2 cm
E. 3 cm - Titik di mana sinar-sinar sejajar sumbu utama setelah dibiaskan oleh lensa akan berpotongan disebut…
A. Titik pusat kelengkungan
B. Titik pusat optik
C. Titik fokus
D. Titik bias
E. Titik simetri - Jika sebuah benda diletakkan di ruang II (antara F dan M) pada cermin cekung, maka bayangan yang terbentuk akan berada di ruang…
A. I
B. II
C. III
D. IV
E. Tak hingga - Lensa cekung selalu menghasilkan bayangan yang bersifat…
A. Nyata, terbalik, diperbesar
B. Maya, tegak, diperkecil
C. Nyata, tegak, sama besar
D. Maya, terbalik, diperbesar
E. Nyata, terbalik, diperkecil - Aplikasi cermin cembung yang paling umum ditemukan dalam kehidupan sehari-hari adalah…
A. Kaca spion mobil
B. Cermin rias
C. Teleskop
D. Mikroskop
E. Proyektor - Sebuah benda diletakkan 20 cm di depan lensa cekung dengan jarak fokus 10 cm. Jarak bayangan yang terbentuk adalah…
A. -6,67 cm
B. -10 cm
C. -20 cm
D. 10 cm
E. 20 cm - Sudut kritis terjadi ketika cahaya merambat dari medium…
A. Renggang ke rapat
B. Rapat ke renggang
C. Dengan indeks bias yang sama
D. Udara ke vakum
E. Vakum ke udara - Dispersi cahaya adalah peristiwa penguraian cahaya putih menjadi komponen warnanya. Urutan warna cahaya dari indeks bias terkecil hingga terbesar adalah…
A. Merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu
B. Ungu, nila, biru, hijau, kuning, jingga, merah
C. Merah, ungu, biru, hijau, kuning, jingga, nila
D. Jingga, kuning, merah, hijau, biru, nila, ungu
E. Ungu, merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila - Sebuah lensa memiliki daya +2 dioptri. Jarak fokus lensa tersebut adalah…
A. 25 cm
B. 50 cm
C. 100 cm
D. -25 cm
E. -50 cm - Sinar datang yang sejajar sumbu utama pada cermin cekung akan dipantulkan melalui…
A. Titik pusat kelengkungan
B. Titik fokus
C. Titik pusat optik
D. Titik tak hingga
E. Garis normal - Jika sebuah benda diletakkan pada titik fokus cermin cekung, maka bayangan yang terbentuk akan berada di…
A. Ruang I
B. Ruang II
C. Ruang III
D. Ruang IV
E. Tak hingga - Seorang penderita rabun jauh (miopi) dapat dibantu dengan kacamata berlensa…
A. Cembung
B. Cekung
C. Datar
D. Silindris
E. Bikonveks - Perbesaran linear (M) didefinisikan sebagai perbandingan antara…
A. Jarak benda dengan jarak bayangan
B. Tinggi benda dengan tinggi bayangan
C. Jarak fokus dengan jarak benda
D. Tinggi bayangan dengan tinggi benda
E. Jarak fokus dengan jarak bayangan
II. Soal Isian Singkat
- Peristiwa pemantulan sempurna dapat terjadi jika sudut datang lebih besar dari…
- Cermin yang digunakan pada lampu senter sebagai reflektor adalah cermin…
- Pada lensa, titik di tengah-tengah lensa yang dilalui sinar tanpa pembiasan disebut…
- Rumus umum untuk mencari jarak fokus lensa tipis dalam medium adalah 1/f = (n₂/n₁ – 1) (1/R₁ + 1/R₂). Variabel n₂ adalah…
- Sifat bayangan yang dapat ditangkap oleh layar disebut bayangan…
III. Soal Uraian
- Jelaskan perbedaan mendasar antara pembentukan bayangan pada cermin cekung dan cermin cembung, serta berikan contoh aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari!
- Sebuah benda setinggi 4 cm diletakkan 20 cm di depan lensa cembung yang memiliki jarak fokus 15 cm. Hitunglah: (a) Jarak bayangan, (b) Perbesaran bayangan, (c) Tinggi bayangan, dan (d) Sifat bayangan yang terbentuk!
- Apa yang dimaksud dengan sudut kritis dan bagaimana hubungannya dengan pemantulan internal total? Berikan contoh fenomena alam atau teknologi yang menggunakan prinsip ini!
- Seorang penyelam melihat ikan di atas permukaan air. Jika indeks bias air adalah 4/3 dan indeks bias udara adalah 1, dan ikan tersebut berada pada kedalaman semu 2 meter, berapakah kedalaman sebenarnya ikan tersebut?
- Jelaskan proses terjadinya dispersi cahaya pada prisma dan mengapa cahaya putih dapat terurai menjadi spektrum warna!
IV. Soal Menjodohkan
Jodohkan pernyataan di kolom kiri dengan konsep yang tepat di kolom kanan.
- Titik di mana semua sinar sejajar sumbu utama akan berpotongan setelah dipantulkan/dibiaskan. …………………………… Titik pusat optik
- Garis khayal yang tegak lurus terhadap permukaan bidang batas dua medium. …………………………… Garis normal
Kunci Jawaban dan Pembahasan
I. Pilihan Ganda
- D. Maya, tegak, sama besar. Cermin datar selalu menghasilkan bayangan maya, tegak, dan sama besar dengan benda.
- D. 60 cm. Menggunakan rumus 1/f = 1/so + 1/si. Diketahui f = 15 cm (cekung, positif) dan so = 20 cm. 1/15 = 1/20 + 1/si. 1/si = 1/15 – 1/20 = (4-3)/60 = 1/60. Jadi, si = 60 cm.
- D. 1,35. Menggunakan Hukum Snellius: n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂. 1 × sin 30° = n₂ × sin 22°. 1 × 0,5 = n₂ × 0,37. n₂ = 0,5 / 0,37 ≈ 1,35.
- B. Sudut datang sama dengan sudut pantul. Ini adalah prinsip dasar hukum pemantulan cahaya.
- C. Nyata, terbalik, diperbesar. Untuk lensa cembung, jika benda di antara f dan 2f (10 cm < 15 cm < 20 cm), bayangan akan terbentuk di luar 2f, nyata, terbalik, dan diperbesar.
- C. Melewati dua medium dengan kerapatan optik yang berbeda. Pembiasan adalah pembelokan cahaya saat melintasi batas dua medium dengan indeks bias yang berbeda.
- B. Maya, tegak, diperkecil. Cermin cembung selalu menghasilkan bayangan maya, tegak, dan diperkecil, di mana pun posisi bendanya.
- B. 1 cm. Pertama hitung jarak bayangan: 1/f = 1/so + 1/si. 1/10 = 1/30 + 1/si. 1/si = 1/10 – 1/30 = (3-1)/30 = 2/30. si = 15 cm. Kemudian hitung perbesaran: M = |si/so| = 15/30 = 0,5. Tinggi bayangan hi = M × ho = 0,5 × 2 cm = 1 cm.
- C. Titik fokus. Definisi titik fokus adalah titik berkumpulnya sinar-sinar sejajar setelah dipantulkan/dibiaskan.
- C. III. Pada cermin cekung, benda di ruang II (antara F dan M) menghasilkan bayangan di ruang III (di luar M), yang bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar.
- B. Maya, tegak, diperkecil. Lensa cekung selalu menghasilkan bayangan maya, tegak, dan diperkecil, di mana pun posisi bendanya.
- A. Kaca spion mobil. Cermin cembung digunakan sebagai kaca spion karena menghasilkan medan pandang yang luas (bayangan diperkecil).
- A. -6,67 cm. Lensa cekung memiliki f negatif. 1/f = 1/so + 1/si. 1/(-10) = 1/20 + 1/si. 1/si = -1/10 – 1/20 = -2/20 – 1/20 = -3/20. si = -20/3 ≈ -6,67 cm. Tanda negatif menunjukkan bayangan maya.
- B. Rapat ke renggang. Sudut kritis hanya terjadi saat cahaya merambat dari medium yang lebih rapat ke medium yang lebih renggang.
- A. Merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Semakin besar indeks bias suatu warna, semakin besar pembiasannya. Merah memiliki indeks bias terkecil, ungu terbesar.
- B. 50 cm. Daya lensa P = 1/f (dalam meter). f = 1/P = 1/2 = 0,5 meter = 50 cm.
- B. Titik fokus. Ini adalah salah satu sifat sinar istimewa pada cermin cekung.
- E. Tak hingga. Jika benda diletakkan tepat di titik fokus cermin cekung, sinar-sinar pantul akan sejajar, sehingga bayangan terbentuk di tak hingga.
- B. Cekung. Lensa cekung bersifat divergen (menyebarkan cahaya), yang membantu mengoreksi pandangan penderita miopi.
- D. Tinggi bayangan dengan tinggi benda. Perbesaran linear (M) = hi/ho atau |si/so|.
II. Isian Singkat
- Sudut kritis adalah sudut datang minimum yang menyebabkan cahaya mengalami pemantulan internal total saat merambat dari medium rapat ke renggang.
- Cermin cekung. Cermin cekung bersifat konvergen, sehingga dapat mengumpulkan cahaya dari sumber pada fokusnya menjadi berkas sejajar.
- Titik pusat optik.
- Indeks bias lensa (bahan lensa).
- Bayangan nyata.
III. Uraian
- Perbedaan Cermin Cekung dan Cermin Cembung:
- Cermin Cekung: Bersifat konvergen (mengumpulkan cahaya). Dapat membentuk bayangan nyata (jika benda di luar fokus) dan maya (jika benda di dalam fokus). Sifat bayangan bisa diperkecil, sama besar, atau diperbesar, serta terbalik atau tegak. Aplikasi: Cermin rias, lampu senter, teleskop.
- Cermin Cembung: Bersifat divergen (menyebarkan cahaya). Selalu membentuk bayangan maya, tegak, dan diperkecil, di mana pun posisi bendanya. Aplikasi: Kaca spion mobil/motor, cermin pengawas di toko.
- Perhitungan Lensa Cembung:
Diketahui: ho = 4 cm, so = 20 cm, f = 15 cm.
(a) Jarak bayangan (si):
1/f = 1/so + 1/si
1/15 = 1/20 + 1/si
1/si = 1/15 – 1/20 = (4-3)/60 = 1/60
si = 60 cm
(b) Perbesaran bayangan (M):
M = |si/so| = |60/20| = 3 kali
(c) Tinggi bayangan (hi):
hi = M × ho = 3 × 4 cm = 12 cm
(d) Sifat bayangan: Karena si positif, bayangan bersifat nyata. Karena M positif (atau si positif dan f positif), bayangan terbalik. Karena M > 1, bayangan diperbesar. - Sudut Kritis dan Pemantulan Internal Total:
Sudut Kritis adalah sudut datang minimum saat cahaya merambat dari medium yang lebih rapat ke medium yang lebih renggang, di mana sudut biasnya adalah 90°. Artinya, sinar bias merambat sejajar dengan bidang batas. Jika sudut datang lebih besar dari sudut kritis, cahaya tidak akan dibiaskan melainkan dipantulkan seluruhnya kembali ke medium asal. Peristiwa ini disebut Pemantulan Internal Total.
Hubungan: Sudut kritis adalah ambang batas terjadinya pemantulan internal total. Ketika sudut datang > sudut kritis, pemantulan internal total terjadi.
Contoh:- Serat Optik: Kabel serat optik memanfaatkan pemantulan internal total untuk mengirimkan data dengan kecepatan tinggi. Cahaya terperangkap di dalam serat dan memantul bolak-balik tanpa keluar.
- Intan Berkilau: Indeks bias intan yang tinggi menyebabkan sudut kritisnya sangat kecil, sehingga cahaya yang masuk ke intan cenderung mengalami pemantulan internal total berkali-kali sebelum keluar, membuatnya tampak berkilau.
- Kedalaman Semu dan Nyata:
Diketahui: n_air = 4/3, n_udara = 1, h_semu = 2 m.
Rumus: h_semu / h_nyata = n_udara / n_air
2 / h_nyata = 1 / (4/3)
2 / h_nyata = 3/4
h_nyata = 2 × 4/3 = 8/3 meter ≈ 2,67 meter.
Jadi, kedalaman sebenarnya ikan tersebut adalah sekitar 2,67 meter. - Dispersi Cahaya pada Prisma:
Dispersi cahaya adalah peristiwa penguraian cahaya polikromatik (cahaya putih) menjadi komponen-komponen warnanya (spektrum warna: merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu) ketika melewati suatu medium, seperti prisma.
Proses: Prisma menyebabkan dispersi karena indeks bias suatu medium (seperti kaca prisma) tidak sama untuk semua panjang gelombang cahaya. Indeks bias lebih besar untuk cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek (seperti ungu) dan lebih kecil untuk cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang (seperti merah). Akibatnya, cahaya ungu dibiaskan lebih kuat (sudut biasnya lebih kecil) daripada cahaya merah saat melewati prisma. Perbedaan pembiasan inilah yang menyebabkan cahaya putih terurai menjadi spektrum warnanya, karena setiap warna dibelokkan pada sudut yang sedikit berbeda.
IV. Menjodohkan
- Titik di mana semua sinar sejajar sumbu utama akan berpotongan setelah dipantulkan/dibiaskan. -> Titik fokus
- Garis khayal yang tegak lurus terhadap permukaan bidang batas dua medium. -> Garis normal