Selamat datang di kumpulan soal fisika tentang interferensi gelombang! Interferensi adalah fenomena yang terjadi ketika dua atau lebih gelombang bertemu dan berinteraksi satu sama lain, menghasilkan pola gelombang baru. Konsep ini sangat fundamental dalam studi fisika gelombang, baik untuk cahaya maupun bunyi. Melalui latihan soal ini, Anda diharapkan dapat menguasai berbagai aspek interferensi, mulai dari prinsip dasar hingga aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi.
Mari kita mulai menguji pemahaman Anda dengan berbagai jenis soal yang telah kami siapkan!
I. Pilihan Ganda
- Dua gelombang cahaya koheren dengan panjang gelombang λ melewati celah ganda Young. Jika jarak antarcelah d dan layar berada pada jarak L dari celah, beda lintasan untuk interferensi maksimum orde ke-n adalah…
A. nλ
B. (n + 1/2)λ
C. nλ/2
D. (n – 1/2)λ
E. 2nλ - Interferensi destruktif terjadi ketika dua gelombang bertemu dengan beda fase sebesar…
A. 0
B. π/2 radian
C. π radian
D. 2π radian
E. 3π/2 radian - Dalam percobaan celah ganda Young, jika jarak antarcelah diperkecil, maka jarak antar pola terang berurutan pada layar akan…
A. Membesar
B. Mengecil
C. Tetap
D. Menghilang
E. Tidak dapat ditentukan - Pola interferensi yang dihasilkan oleh lapisan tipis (misalnya gelembung sabun) terjadi karena…
A. Refleksi dan refraksi cahaya
B. Hanya refleksi cahaya
C. Hanya refraksi cahaya
D. Difraksi cahaya
E. Polarisasi cahaya - Sebuah sumber cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 600 nm digunakan dalam percobaan celah ganda Young. Jarak antarcelah adalah 0.5 mm dan layar diletakkan 2 m dari celah. Jarak pola terang ke-2 dari terang pusat adalah…
A. 2.4 mm
B. 4.8 mm
C. 3.6 mm
D. 1.2 mm
E. 6.0 mm - Manakah dari berikut ini yang BUKAN syarat terjadinya interferensi cahaya yang stabil?
A. Sumber cahaya harus koheren
B. Sumber cahaya harus monokromatik
C. Amplitudo gelombang harus sama
D. Beda fase harus konstan
E. Sumber cahaya harus memiliki intensitas yang sangat tinggi - Cincin Newton adalah pola interferensi yang terbentuk akibat…
A. Interferensi pada celah ganda
B. Interferensi pada lapisan tipis udara antara lensa cembung dan plat datar
C. Difraksi pada kisi difraksi
D. Interferensi gelombang bunyi
E. Interferensi pada prisma - Jika panjang gelombang cahaya yang digunakan dalam percobaan Young diperbesar, maka jarak antar pola gelap akan…
A. Membesar
B. Mengecil
C. Tetap
D. Menghilang
E. Tidak dapat ditentukan - Prinsip superposisi gelombang menyatakan bahwa…
A. Dua gelombang tidak dapat melewati satu sama lain.
B. Ketika dua gelombang bertemu, mereka saling membatalkan.
C. Amplitudo gelombang resultan adalah jumlah aljabar dari amplitudo masing-masing gelombang.
D. Gelombang hanya dapat berinteraksi jika memiliki frekuensi yang sama.
E. Gelombang selalu bergerak dalam garis lurus. - Dalam interferensi bunyi, jika dua sumber bunyi koheren menghasilkan beda lintasan nλ (n adalah bilangan bulat), maka akan terjadi…
A. Interferensi destruktif
B. Interferensi konstruktif
C. Difraksi
D. Polarisasi
E. Refleksi - Sebuah film tipis dengan indeks bias 1.5 diamati di udara (indeks bias 1.0). Jika cahaya datang tegak lurus pada film, kondisi untuk interferensi destruktif pantulan adalah ketebalan film t yang memenuhi… (m = 0, 1, 2, …)
A. 2nt = (m + 1/2)λ
B. 2nt = mλ
C. 2nt = (2m + 1)λ
D. nt = mλ
E. nt = (m + 1/2)λ - Pola interferensi yang terlihat pada compact disc (CD) atau DVD disebabkan oleh…
A. Interferensi lapisan tipis
B. Interferensi celah ganda
C. Difraksi oleh alur-alur pada permukaan
D. Refleksi total internal
E. Polarisasi cahaya - Jika dua gelombang memiliki frekuensi yang sama dan bergerak dalam arah yang sama, tetapi memiliki beda fase yang konstan, mereka disebut…
A. Gelombang longitudinal
B. Gelombang transversal
C. Gelombang koheren
D. Gelombang stasioner
E. Gelombang non-dispersif - Pada percobaan Young, jika jarak layar ke celah (L) diperbesar, maka jarak antar pola terang yang berdekatan akan…
A. Membesar
B. Mengecil
C. Tetap
D. Menghilang
E. Tidak dapat ditentukan - Cahaya monokromatik adalah cahaya yang…
A. Memiliki intensitas sangat tinggi
B. Memiliki satu warna (satu panjang gelombang)
C. Berasal dari satu sumber saja
D. Dapat mengalami polarisasi
E. Tidak mengalami difraksi - Sebuah interferensi maksimum (terang) orde ketiga terjadi pada sudut 30° dari terang pusat dalam percobaan celah ganda. Jika panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah 500 nm, maka jarak antarcelah adalah…
A. 3000 nm
B. 2500 nm
C. 1500 nm
D. 1000 nm
E. 500 nm - Dalam interferensi gelombang bunyi, daerah dengan intensitas bunyi minimum (lemah) disebut…
A. Antinode
B. Node
C. Resonansi
D. Superposisi
E. Refraksi - Penyebab utama terjadinya warna-warni pada gelembung sabun adalah…
A. Difraksi cahaya
B. Polarisasi cahaya
C. Interferensi cahaya pada lapisan tipis
D. Refraksi cahaya
E. Absorpsi cahaya selektif - Jika dua sumber gelombang bunyi beresonansi pada frekuensi yang sama dan memiliki beda fase 180°, maka di titik pertemuan akan terjadi…
A. Interferensi konstruktif
B. Interferensi destruktif
C. Polarisasi
D. Difraksi
E. Refleksi - Pada percobaan Young, jika celah ganda diganti dengan celah tunggal, maka pola yang diamati pada layar adalah…
A. Pola interferensi yang sama
B. Pola difraksi
C. Tidak ada pola sama sekali
D. Pola terang merata
E. Pola gelap merata
II. Isian Singkat
- Sumber cahaya yang memiliki beda fase konstan disebut sumber cahaya yang bersifat _______.
- Rumus untuk beda lintasan pada interferensi maksimum (terang) adalah __________.
- Fenomena interferensi yang menghasilkan cincin terang dan gelap pada kontak antara lensa cembung dan plat datar dinamakan __________.
- Jika dua gelombang bunyi bertemu dan amplitudo resultannya adalah nol, maka terjadi interferensi __________.
- Dalam percobaan celah ganda Young, jika jarak antarcelah adalah d, jarak ke layar adalah L, dan jarak pola terang ke-n dari terang pusat adalah yn, maka panjang gelombang (λ) dapat dirumuskan sebagai __________.
III. Uraian
- Jelaskan secara singkat prinsip kerja percobaan celah ganda Young dan apa yang dapat disimpulkan dari pola interferensi yang dihasilkan.
- Mengapa gelembung sabun atau lapisan minyak di atas air seringkali menunjukkan warna-warni yang indah ketika terkena cahaya? Jelaskan fenomena fisika di baliknya.
- Dua pengeras suara diletakkan terpisah sejauh 3 m dan dihubungkan ke generator sinyal yang sama sehingga memancarkan bunyi koheren dengan frekuensi 500 Hz. Kecepatan bunyi di udara adalah 340 m/s. Seorang pendengar bergerak sejajar dengan garis yang menghubungkan kedua pengeras suara, pada jarak 4 m dari garis tersebut. Tentukan posisi pertama (selain di tengah) di mana pendengar akan mendengar bunyi paling keras (interferensi konstruktif).
- Bagaimana kondisi untuk terjadinya interferensi konstruktif dan destruktif pada lapisan tipis, dengan mempertimbangkan pantulan dari permukaan atas dan bawah serta perubahan fase yang mungkin terjadi?
- Sebutkan dan jelaskan dua syarat utama agar interferensi gelombang dapat diamati dengan jelas dan stabil.
IV. Menjodohkan
Jodohkan istilah di Kolom A dengan deskripsi yang tepat di Kolom B.
Soal 1: Konsep Dasar Interferensi
| Kolom A (Istilah) | Kolom B (Deskripsi) |
|---|---|
| 1. Koheren | A. Terbentuknya pola terang |
| 2. Interferensi Konstruktif | B. Terbentuknya pola gelap |
| 3. Interferensi Destruktif | C. Percobaan interferensi cahaya dengan dua sumber titik |
| 4. Celah Ganda Young | D. Beda fase antar gelombang tetap |
Soal 2: Variabel dalam Interferensi
| Kolom A (Variabel) | Kolom B (Simbol/Definisi) |
|---|---|
| 1. Panjang gelombang | A. d sin θ |
| 2. Beda lintasan | B. λ |
| 3. Orde interferensi | C. m atau n (bilangan bulat) |
| 4. Jarak antarcelah | D. d |
Kunci Jawaban
I. Pilihan Ganda
- A. nλ
Penjelasan: Untuk interferensi maksimum (terang), beda lintasan harus kelipatan bulat dari panjang gelombang (nλ). - C. π radian
Penjelasan: Interferensi destruktif terjadi ketika dua gelombang bertemu dengan beda fase 180° atau π radian (setengah panjang gelombang). - A. Membesar
Penjelasan: Jarak antar pola terang (y) berbanding terbalik dengan jarak antarcelah (d), y = λL/d. Jika d mengecil, y membesar. - A. Refleksi dan refraksi cahaya
Penjelasan: Pola interferensi pada lapisan tipis terjadi karena interferensi antara cahaya yang dipantulkan dari permukaan atas dan cahaya yang dipantulkan dari permukaan bawah lapisan, setelah mengalami refraksi. - B. 4.8 mm
Penjelasan: Untuk terang ke-2, n=2. Rumus yn = nλL/d. y2 = (2)(600 x 10⁻⁹ m)(2 m) / (0.5 x 10⁻³ m) = 4.8 x 10⁻³ m = 4.8 mm. - E. Sumber cahaya harus memiliki intensitas yang sangat tinggi
Penjelasan: Intensitas tinggi tidak mutlak menjadi syarat untuk terjadinya interferensi stabil, namun koherensi, monokromatisitas, dan beda fase konstan adalah syarat utama. Amplitudo yang sama akan menghasilkan kontras pola yang terbaik. - B. Interferensi pada lapisan tipis udara antara lensa cembung dan plat datar
Penjelasan: Cincin Newton adalah pola interferensi yang terbentuk akibat interferensi cahaya yang dipantulkan dari permukaan bawah lensa cembung dan permukaan atas plat datar, dengan lapisan udara tipis di antaranya. - A. Membesar
Penjelasan: Jarak antar pola gelap (y) berbanding lurus dengan panjang gelombang (λ), y = λL/d. Jika λ diperbesar, y membesar. - C. Amplitudo gelombang resultan adalah jumlah aljabar dari amplitudo masing-masing gelombang.
Penjelasan: Prinsip superposisi menyatakan bahwa perpindahan total pada suatu titik adalah jumlah vektor dari perpindahan individu yang disebabkan oleh setiap gelombang. - B. Interferensi konstruktif
Penjelasan: Untuk gelombang bunyi, beda lintasan nλ menghasilkan interferensi konstruktif (bunyi paling keras). - A. 2nt = (m + 1/2)λ
Penjelasan: Untuk film tipis di udara, ada satu pembalikan fase (dari udara ke film). Kondisi destruktif terjadi ketika beda lintasan optik 2nt sama dengan kelipatan ganjil setengah panjang gelombang di dalam film. - C. Difraksi oleh alur-alur pada permukaan
Penjelasan: Warna-warni pada CD/DVD utamanya disebabkan oleh difraksi cahaya dari alur-alur mikroskopis yang berfungsi sebagai kisi difraksi, bukan interferensi lapisan tipis. - C. Gelombang koheren
Penjelasan: Gelombang koheren adalah gelombang yang memiliki frekuensi yang sama dan beda fase yang konstan. - A. Membesar
Penjelasan: Jarak antar pola terang (y) berbanding lurus dengan jarak layar ke celah (L), y = λL/d. Jika L diperbesar, y membesar. - B. Memiliki satu warna (satu panjang gelombang)
Penjelasan: Cahaya monokromatik adalah cahaya yang hanya terdiri dari satu panjang gelombang atau satu warna saja. - A. 3000 nm
Penjelasan: Untuk terang ke-3, n=3. d sin θ = nλ. d = nλ / sin θ = (3)(500 nm) / sin 30° = 1500 nm / 0.5 = 3000 nm. - B. Node
Penjelasan: Node adalah titik atau daerah di mana interferensi destruktif terjadi, menghasilkan amplitudo nol atau minimum. - C. Interferensi cahaya pada lapisan tipis
Penjelasan: Warna-warni pada gelembung sabun adalah contoh klasik dari interferensi lapisan tipis. - B. Interferensi destruktif
Penjelasan: Beda fase 180° (π radian) atau setengah panjang gelombang menyebabkan interferensi destruktif. - B. Pola difraksi
Penjelasan: Celah tunggal menghasilkan pola difraksi, bukan interferensi celah ganda. Pola difraksi memiliki terang pusat yang lebih lebar dan intensitas yang menurun tajam untuk orde yang lebih tinggi.
II. Isian Singkat
- koheren
- nλ (n adalah bilangan bulat 0, 1, 2, …)
- Cincin Newton
- destruktif
- ynd / nL
III. Uraian
-
Prinsip Kerja Percobaan Celah Ganda Young: Percobaan ini melibatkan sumber cahaya monokromatik yang dilewatkan melalui dua celah sempit yang sangat berdekatan (disebut celah ganda). Kedua celah ini bertindak sebagai dua sumber cahaya koheren. Gelombang cahaya dari kedua celah berdifraksi dan menyebar, kemudian saling berinterferensi ketika mencapai layar yang diletakkan di belakang celah. Pola yang terbentuk pada layar adalah serangkaian pita terang dan gelap secara bergantian.
Kesimpulan dari Pola Interferensi: Pola terang menunjukkan daerah di mana terjadi interferensi konstruktif (gelombang saling menguatkan), sedangkan pola gelap menunjukkan daerah interferensi destruktif (gelombang saling melemahkan). Dari pola ini, Young dapat menunjukkan sifat gelombang cahaya dan menghitung panjang gelombang cahaya.
-
Warna-warni pada gelembung sabun atau lapisan minyak di atas air seringkali terjadi karena fenomena interferensi lapisan tipis. Ketika cahaya putih (polikromatik) mengenai lapisan tipis tersebut, sebagian cahaya dipantulkan dari permukaan atas lapisan, dan sebagian lagi masuk ke dalam lapisan, dipantulkan dari permukaan bawah, lalu keluar kembali. Kedua gelombang pantulan ini (dari permukaan atas dan bawah) kemudian berinterferensi.
Karena ketebalan lapisan tipis bervariasi di berbagai tempat, dan juga karena indeks bias lapisan berbeda dari udara, beda lintasan optik antara kedua gelombang pantulan tersebut akan berbeda untuk setiap panjang gelombang (warna) cahaya. Akibatnya, pada titik-titik tertentu, beberapa warna akan mengalami interferensi konstruktif (terlihat terang), sementara warna lain mengalami interferensi destruktif (terlihat gelap atau tidak ada). Kombinasi dari interferensi konstruktif dan destruktif untuk berbagai panjang gelombang inilah yang menciptakan spektrum warna-warni yang kita lihat.
-
Langkah-langkah Penyelesaian:
- Hitung panjang gelombang (λ): λ = v/f = 340 m/s / 500 Hz = 0.68 m.
- Kondisi interferensi konstruktif: Beda lintasan Δx = nλ.
- Gunakan geometri: Misalkan jarak antar pengeras suara adalah d = 3 m, jarak ke pendengar adalah L = 4 m. Posisi pendengar dari titik tengah garis yang tegak lurus ke tengah pengeras suara adalah y.
- Beda lintasan Δx = d sin θ. Untuk sudut kecil, sin θ ≈ y/L. Jadi Δx ≈ dy/L.
- Untuk konstruktif pertama (n=1, selain tengah): dy/L = 1λ.
- y = λL/d = (0.68 m)(4 m) / (3 m) = 2.72 m / 3 ≈ 0.907 m.
Jawaban: Posisi pertama di mana pendengar akan mendengar bunyi paling keras adalah sekitar 0.907 m dari titik tengah garis tegak lurus antara kedua pengeras suara.
-
Interferensi pada lapisan tipis melibatkan dua gelombang yang dipantulkan: satu dari permukaan atas dan satu dari permukaan bawah lapisan. Kondisi interferensi ini dipengaruhi oleh beda lintasan optik (2nt, di mana n adalah indeks bias film dan t adalah ketebalan film) dan kemungkinan perubahan fase 180° (π radian) saat pantulan.
- Perubahan Fase saat Pantulan: Perubahan fase 180° terjadi jika cahaya memantul dari medium dengan indeks bias lebih tinggi.
- Kasus 1: Tidak Ada Perubahan Fase atau Dua Perubahan Fase (misal, film di antara dua medium dengan n yang lebih kecil atau lebih besar dari film):
- Interferensi Konstruktif (Terang): 2nt = mλ (m = 0, 1, 2, …)
- Interferensi Destruktif (Gelap): 2nt = (m + 1/2)λ (m = 0, 1, 2, …)
- Kasus 2: Satu Perubahan Fase (misal, film di udara):
- Interferensi Konstruktif (Terang): 2nt = (m + 1/2)λ (m = 0, 1, 2, …)
- Interferensi Destruktif (Gelap): 2nt = mλ (m = 0, 1, 2, …)
Penjelasan di atas berlaku untuk cahaya yang datang tegak lurus. Untuk sudut datang tertentu, rumus beda lintasan akan melibatkan cosinus sudut bias.
-
Dua syarat utama agar interferensi gelombang dapat diamati dengan jelas dan stabil adalah:
- Sumber Gelombang Harus Koheren: Ini berarti kedua sumber gelombang harus memiliki frekuensi yang sama dan beda fase yang konstan. Jika beda fase berubah-ubah secara acak, pola interferensi akan bergeser sangat cepat sehingga mata manusia tidak dapat melihat pola yang stabil, melainkan hanya melihat cahaya rata. Dalam praktiknya, ini sering dicapai dengan membagi satu sumber cahaya menjadi dua, seperti pada percobaan Young.
- Sumber Gelombang Harus Monokromatik: Interferensi paling jelas terlihat jika cahaya yang digunakan hanya memiliki satu panjang gelombang (satu warna). Jika cahaya polikromatik (cahaya putih) digunakan, setiap panjang gelombang akan menghasilkan pola interferensinya sendiri pada posisi yang sedikit berbeda, sehingga pola terang dan gelap dari berbagai warna akan tumpang tindih dan menghasilkan pola yang kurang jelas atau bahkan hanya terlihat sebagai pita warna-warni (seperti pada gelembung sabun).
IV. Menjodohkan
Soal 1: Konsep Dasar Interferensi
- 1-D (Koheren – Beda fase antar gelombang tetap)
- 2-A (Interferensi Konstruktif – Terbentuknya pola terang)
- 3-B (Interferensi Destruktif – Terbentuknya pola gelap)
- 4-C (Celah Ganda Young – Percobaan interferensi cahaya dengan dua sumber titik)
Soal 2: Variabel dalam Interferensi
- 1-B (Panjang gelombang – λ)
- 2-A (Beda lintasan – d sin θ)
- 3-C (Orde interferensi – m atau n (bilangan bulat))
- 4-D (Jarak antarcelah – d)