Soal Fisika Dispersi Cahaya: Kumpulan Latihan Lengkap & Jawaban

A. Pilihan Ganda

1. Apakah yang dimaksud dengan dispersi cahaya?
   • Pemisahan cahaya putih menjadi warna-warna komponennya.
   • Pemantulan cahaya dari permukaan.
   • Pembelokan cahaya saat melewati celah sempit.
   • Penyerapan cahaya oleh suatu material.
   Jawaban: Pemisahan cahaya putih menjadi warna-warna komponennya.
   Penjelasan: Dispersi cahaya adalah proses di mana cahaya polikromatik, seperti cahaya putih, dipecah menjadi spektrum warna-warna penyusunnya saat melewati medium transparan.
2. Penyebab utama terjadinya dispersi cahaya adalah…
   • Kecepatan cahaya yang sama di semua medium.
   • Intensitas cahaya yang berubah.
   • Indeks bias medium yang berbeda untuk setiap panjang gelombang cahaya.
   • Perubahan frekuensi cahaya saat melewati medium.
   Jawaban: Indeks bias medium yang berbeda untuk setiap panjang gelombang cahaya.
   Penjelasan: Penyebab utama dispersi adalah fakta bahwa indeks bias suatu medium (misalnya kaca atau air) tidak sama untuk semua warna (panjang gelombang) cahaya. Cahaya dengan panjang gelombang berbeda dibelokkan dengan sudut yang berbeda.
3. Urutan warna dalam spektrum cahaya tampak dari panjang gelombang terpanjang ke terpendek adalah…
   • Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Nila, Ungu.
   • Ungu, Nila, Biru, Hijau, Kuning, Jingga, Merah.
   • Hijau, Kuning, Merah, Biru, Ungu, Nila, Jingga.
   • Kuning, Jingga, Merah, Ungu, Nila, Biru, Hijau.
   Jawaban: Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Nila, Ungu.
   Penjelasan: Urutan warna dalam spektrum cahaya yang terdispersi, dari panjang gelombang terpanjang ke terpendek, adalah Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Nila, Ungu (MEJIKUHIBINIU).
4. Warna cahaya yang mengalami deviasi paling besar saat melewati prisma adalah…
   • Cahaya merah.
   • Cahaya hijau.
   • Cahaya kuning.
   • Cahaya ungu.
   Jawaban: Cahaya ungu.
   Penjelasan: Cahaya ungu memiliki panjang gelombang terpendek di antara cahaya tampak dan karenanya memiliki indeks bias terbesar dalam medium dispersif, menyebabkan deviasi (pembelokan) paling besar.
5. Warna cahaya yang mengalami deviasi paling kecil saat melewati prisma adalah…
   • Cahaya biru.
   • Cahaya kuning.
   • Cahaya merah.
   • Cahaya ungu.
   Jawaban: Cahaya merah.
   Penjelasan: Cahaya merah memiliki panjang gelombang terpanjang di antara cahaya tampak dan karenanya memiliki indeks bias terkecil dalam medium dispersif, menyebabkan deviasi (pembelokan) paling kecil.
6. Fungsi prisma dalam menunjukkan fenomena dispersi cahaya adalah…
   • Menyerap semua warna cahaya.
   • Memantulkan cahaya secara sempurna.
   • Membelokkan cahaya dengan sudut yang berbeda untuk setiap warna.
   • Menggabungkan semua warna cahaya menjadi satu.
   Jawaban: Membelokkan cahaya dengan sudut yang berbeda untuk setiap warna.
   Penjelasan: Prisma menyebabkan dispersi karena permukaannya yang miring membengkokkan cahaya, dan karena indeks bias material prisma berbeda untuk setiap panjang gelombang, setiap warna dibelokkan pada sudut yang sedikit berbeda.
7. Pernyataan yang benar mengenai indeks bias cahaya merah dan ungu pada medium yang mengalami dispersi adalah…
   • Indeks bias untuk cahaya merah lebih besar daripada cahaya ungu.
   • Indeks bias untuk cahaya ungu lebih besar daripada cahaya merah.
   • Indeks bias untuk semua warna adalah sama.
   • Dispersi tidak tergantung pada indeks bias.
   Jawaban: Indeks bias untuk cahaya ungu lebih besar daripada cahaya merah.
   Penjelasan: Dalam dispersi normal, indeks bias suatu medium lebih besar untuk panjang gelombang yang lebih pendek. Karena ungu memiliki panjang gelombang lebih pendek dari merah, indeks biasnya lebih besar, sehingga dibelokkan lebih kuat.
8. Syarat utama agar dispersi cahaya dapat terjadi pada suatu medium adalah…
   • Indeks bias medium tidak bergantung pada panjang gelombang cahaya.
   • Indeks bias medium bergantung pada panjang gelombang cahaya.
   • Indeks bias medium hanya bergantung pada suhu.
   • Indeks bias medium hanya bergantung pada intensitas cahaya.
   Jawaban: Indeks bias medium bergantung pada panjang gelombang cahaya.
   Penjelasan: Dispersi terjadi karena indeks bias suatu material tidak konstan tetapi berubah tergantung pada panjang gelombang (atau frekuensi) cahaya yang melewatinya. Ini disebut ‘dispersi anomali’ jika pola ini terbalik, tetapi dispersi normal adalah yang menyebabkan pemisahan warna.
9. Fenomena alam berikut ini yang merupakan contoh dari dispersi cahaya adalah…
   • Bayangan di belakang benda.
   • Pelangi.
   • Cermin datar.
   • Pemanasan global.
   Jawaban: Pelangi.
   Penjelasan: Pelangi adalah contoh fenomena alam yang paling umum dan indah yang disebabkan oleh dispersi cahaya matahari oleh tetesan air di atmosfer, dikombinasikan dengan pemantulan internal total.
10. Jika seberkas cahaya monokromatik dilewatkan melalui prisma, apa yang akan terjadi?
    • Cahaya monokromatik akan terdispersi menjadi warna-warna lain.
    • Cahaya monokromatik akan terdispersi menjadi lebih terang.
    • Cahaya monokromatik tidak akan terdispersi saat melewati prisma.
    • Cahaya monokromatik akan berubah menjadi cahaya putih.
    Jawaban: Cahaya monokromatik tidak akan terdispersi saat melewati prisma.
    Penjelasan: Dispersi adalah pemisahan cahaya polikromatik. Cahaya monokromatik (satu warna/panjang gelombang tunggal) sudah hanya terdiri dari satu warna, sehingga tidak ada yang bisa dipisahkan lagi, meskipun tetap akan dibiaskan.
11. Jika sebuah medium memiliki dispersivitas yang tinggi (perbedaan indeks bias yang besar antara panjang gelombang), maka…
    • Sudut dispersi akan tetap sama.
    • Sudut dispersi akan meningkat.
    • Sudut dispersi akan berkurang.
    • Tidak ada dispersi yang terjadi.
    Jawaban: Sudut dispersi akan meningkat.
    Penjelasan: Semakin besar perbedaan indeks bias antara warna-warna yang berbeda (yaitu, semakin besar dispersivitas medium), semakin besar sudut dispersi atau pemisahan warna yang terjadi.
12. Faktor utama yang menyebabkan indeks bias suatu medium berbeda untuk warna-warna cahaya yang berbeda adalah…
    • Intensitas cahaya.
    • Panjang gelombang cahaya.
    • Amplitudo cahaya.
    • Polarisasi cahaya.
    Jawaban: Panjang gelombang cahaya.
    Penjelasan: Dispersi cahaya disebabkan oleh ketergantungan indeks bias medium pada panjang gelombang cahaya. Indeks bias tidak bergantung pada intensitas, amplitudo, atau polarisasi cahaya untuk efek dispersi ini.
13. Manakah dari fenomena berikut yang BUKAN merupakan contoh atau aplikasi langsung dari dispersi cahaya?
    • Pelangi.
    • Pembentukan spektrum oleh prisma.
    • Penggunaan kacamata.
    • Transmisi sinyal dalam serat optik (pada kasus tertentu).
    Jawaban: Penggunaan kacamata.
    Penjelasan: Penggunaan kacamata berkaitan dengan pembiasan cahaya untuk mengoreksi penglihatan, bukan dispersi. Pelangi, prisma, dan serat optik (terkadang) melibatkan dispersi.
14. Contoh cahaya polikromatik yang paling sering digunakan untuk mendemonstrasikan dispersi adalah…
    • Cahaya merah.
    • Cahaya hijau.
    • Cahaya laser.
    • Cahaya putih.
    Jawaban: Cahaya putih.
    Penjelasan: Cahaya polikromatik adalah cahaya yang terdiri dari beberapa warna atau panjang gelombang yang berbeda. Cahaya putih adalah contoh paling umum dari cahaya polikromatik, yang dapat dipecah menjadi spektrum warna pelangi.
15. Mengapa cahaya putih yang melewati prisma dapat terurai menjadi warna-warna pelangi?
    • Karena cahaya putih diserap oleh prisma.
    • Karena sudut pembiasan setiap warna berbeda.
    • Karena cahaya putih dipantulkan secara total.
    • Karena cahaya putih mengalami difraksi.
    Jawaban: Karena sudut pembiasan setiap warna berbeda.
    Penjelasan: Ketika cahaya putih memasuki prisma, setiap warna memiliki indeks bias yang sedikit berbeda dalam material prisma, menyebabkan setiap warna dibelokkan pada sudut yang sedikit berbeda. Ini adalah esensi dispersi.
16. Proses fisika yang bertanggung jawab atas pemisahan cahaya menjadi warna-warna spektrumnya dikenal sebagai…
    • Refraksi.
    • Refleksi.
    • Difraksi.
    • Dispersi.
    Jawaban: Dispersi.
    Penjelasan: Pemantulan cahaya adalah refleksi, pembiasan adalah refraksi, dan difraksi adalah pembelokan cahaya saat melewati celah. Pemisahan cahaya menjadi spektrum adalah dispersi.
17. Dalam pembentukan pelangi, mengapa cahaya ungu selalu berada di bagian bawah dan cahaya merah di bagian atas busur pelangi?
    • Indeks bias air untuk cahaya merah lebih besar daripada untuk cahaya ungu.
    • Indeks bias air untuk cahaya ungu lebih besar daripada untuk cahaya merah.
    • Indeks bias air sama untuk semua warna.
    • Pembiasan tidak terjadi di dalam tetesan air.
    Jawaban: Indeks bias air untuk cahaya ungu lebih besar daripada untuk cahaya merah.
    Penjelasan: Dalam tetesan air, seperti halnya prisma, indeks bias untuk cahaya ungu (panjang gelombang pendek) lebih besar, sehingga dibelokkan lebih kuat. Cahaya merah (panjang gelombang panjang) dibelokkan lebih sedikit.
18. Bagaimana hubungan antara panjang gelombang cahaya dan tingkat pembelokan (deviasi) dalam fenomena dispersi?
    • Cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang dibelokkan lebih kuat.
    • Cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek dibelokkan lebih kuat.
    • Semua panjang gelombang dibelokkan dengan sudut yang sama.
    • Pembelokan tidak terkait dengan panjang gelombang.
    Jawaban: Cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek dibelokkan lebih kuat.
    Penjelasan: Aturan umum dispersi (dispersi normal) menyatakan bahwa medium memiliki indeks bias yang lebih tinggi untuk panjang gelombang yang lebih pendek. Indeks bias yang lebih tinggi berarti pembelokan atau deviasi yang lebih kuat.
19. Fenomena optik yang menyebabkan lensa tidak dapat memfokuskan semua warna pada satu titik yang sama, sering disebut aberasi kromatik, adalah contoh dari…
    • Refleksi total.
    • Difraksi.
    • Dispersi kromatik.
    • Interferensi destruktif.
    Jawaban: Dispersi kromatik.
    Penjelasan: Aberasi kromatik pada lensa disebabkan oleh dispersi, di mana lensa memfokuskan warna-warna cahaya yang berbeda pada titik-titik yang sedikit berbeda. Ini adalah fenomena optik yang tidak diinginkan dalam fotografi dan teleskopi.
20. Ketika cahaya memasuki medium dengan indeks bias yang lebih besar, apa yang terjadi pada kecepatan cahaya di dalam medium tersebut?
    • Cahaya bergerak lebih cepat di dalam medium.
    • Cahaya bergerak lebih lambat di dalam medium.
    • Cahaya tidak mengalami pembelokan.
    • Panjang gelombang cahaya menjadi lebih panjang.
    Jawaban: Cahaya bergerak lebih lambat di dalam medium.
    Penjelasan: Indeks bias (n) didefinisikan sebagai rasio kecepatan cahaya di vakum (c) terhadap kecepatan cahaya di medium (v), yaitu n = c/v. Oleh karena itu, indeks bias yang lebih besar berarti cahaya bergerak lebih lambat di dalam medium.

B. Isian Singkat

1. Apa yang dimaksud dengan dispersi cahaya?
   Jawaban: Dispersi cahaya adalah fenomena pemisahan cahaya polikromatik (misalnya cahaya putih) menjadi komponen warna-warna penyusunnya saat melewati suatu medium transparan, seperti prisma.
2. Mengapa sebuah prisma dapat menyebabkan terjadinya dispersi cahaya?
   Jawaban: Prisma menyebabkan dispersi karena indeks bias material prisma berbeda untuk setiap panjang gelombang cahaya. Ini mengakibatkan setiap warna (panjang gelombang) dibelokkan pada sudut yang sedikit berbeda saat melewati prisma, sehingga cahaya putih terurai menjadi spektrum warna.
3. Sebutkan urutan warna-warna spektrum cahaya tampak dari panjang gelombang terpanjang ke terpendek.
   Jawaban: Urutan warna spektrum cahaya tampak dari panjang gelombang terpanjang ke terpendek adalah: Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Nila, Ungu (MEJIKUHIBINIU).
4. Jelaskan peran indeks bias medium dalam terjadinya fenomena dispersi cahaya.
   Jawaban: Peran indeks bias dalam dispersi adalah bahwa indeks bias suatu medium tidak konstan untuk semua panjang gelombang cahaya. Indeks bias lebih tinggi untuk panjang gelombang pendek (misalnya ungu) dan lebih rendah untuk panjang gelombang panjang (misalnya merah). Perbedaan indeks bias ini menyebabkan setiap warna dibelokkan pada sudut yang berbeda, sehingga cahaya terpisah menjadi spektrum.
5. Bagaimana perbedaan perilaku cahaya merah dan cahaya ungu saat keduanya melewati suatu medium yang mengalami dispersi?
   Jawaban: Saat melewati medium dispersif (seperti prisma), cahaya ungu dibelokkan (mengalami deviasi) lebih kuat atau pada sudut yang lebih besar dibandingkan cahaya merah. Ini karena cahaya ungu memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dan indeks bias yang lebih besar dalam medium tersebut, sedangkan cahaya merah memiliki panjang gelombang lebih panjang dan indeks bias yang lebih kecil.

C. Uraian

1. Jelaskan fenomena dispersi cahaya secara mendalam, termasuk penyebab utamanya dan berikan contoh-contoh alami atau buatan yang menunjukkan fenomena ini.
   Pembahasan:
   Dispersi cahaya adalah fenomena pemisahan cahaya polikromatik (misalnya cahaya putih) menjadi komponen warna-warna penyusunnya saat melewati suatu medium transparan, seperti prisma. Ini terjadi karena indeks bias medium berbeda untuk setiap panjang gelombang cahaya. Cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek (seperti ungu) dibelokkan lebih banyak daripada cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang (seperti merah). Contoh umum dispersi di alam adalah pembentukan pelangi dan efek cahaya yang melewati berlian.
2. Bagaimana proses pembentukan pelangi dapat dijelaskan dengan menggunakan konsep dispersi cahaya dan pemantulan internal total?
   Pembahasan:
   Pelangi terbentuk ketika sinar matahari (cahaya putih) melewati tetesan air di atmosfer yang berfungsi sebagai prisma mini. Prosesnya melibatkan tiga tahapan utama: 1) Pembiasan pertama: Cahaya matahari masuk ke dalam tetesan air, dibiaskan, dan mengalami dispersi, terpisah menjadi warna-warna spektrum. 2) Pemantulan internal total: Setelah dibiaskan, cahaya membentur bagian belakang tetesan air dan mengalami pemantulan internal total. 3) Pembiasan kedua: Cahaya yang terpantul keluar dari tetesan air, dibiaskan lagi, dan terdispersi lebih lanjut, sehingga kita melihat spektrum warna pelangi (merah di atas, ungu di bawah). Posisi pengamat relatif terhadap matahari dan tetesan air sangat penting untuk melihat pelangi.
3. Diskusikan hubungan antara indeks bias suatu medium dengan panjang gelombang cahaya, dan bagaimana hubungan ini menjadi dasar terjadinya dispersi cahaya.
   Pembahasan:
   Indeks bias (n) suatu medium adalah ukuran seberapa banyak cahaya diperlambat dan dibelokkan saat melewatinya. Dalam fenomena dispersi, indeks bias medium tidak konstan untuk semua panjang gelombang cahaya. Ini dikenal sebagai dispersi normal, di mana indeks bias umumnya menurun seiring dengan meningkatnya panjang gelombang cahaya (atau frekuensi menurun). Artinya, cahaya ungu (panjang gelombang pendek) memiliki indeks bias yang lebih besar sehingga dibelokkan lebih banyak, sedangkan cahaya merah (panjang gelombang panjang) memiliki indeks bias yang lebih kecil sehingga dibelokkan lebih sedikit. Perbedaan pembelokan inilah yang menyebabkan pemisahan warna dan terjadinya dispersi.
4. Bandingkan dan kontraskan fenomena dispersi cahaya dengan fenomena optik lainnya seperti refleksi (pemantulan) dan refraksi (pembiasan), jelaskan perbedaan mendasar di antara ketiganya.
   Pembahasan:
   Dispersi, refleksi (pemantulan), dan refraksi (pembiasan) adalah fenomena optik yang berbeda.
   – **Refleksi:** Perubahan arah rambat cahaya kembali ke medium asalnya setelah menumbuk permukaan. Sudut datang sama dengan sudut pantul. Tidak ada pemisahan warna.
   – **Refraksi:** Perubahan arah rambat cahaya saat melewati batas dua medium yang berbeda. Terjadi perubahan kecepatan dan panjang gelombang cahaya. Dapat terjadi bersamaan dengan dispersi jika medium memiliki indeks bias yang bergantung pada panjang gelombang.
   – **Dispersi:** Pemisahan cahaya polikromatik menjadi komponen warna-warnanya karena indeks bias medium berbeda untuk setiap panjang gelombang. Ini adalah hasil dari refraksi yang bergantung pada panjang gelombang.
   Perbedaan kunci adalah bahwa refleksi hanya mengubah arah tanpa masuk medium baru, refraksi mengubah arah saat masuk medium baru, sementara dispersi adalah ‘pemisahan’ warna akibat refraksi yang berbeda untuk setiap warna.
5. Rancang sebuah eksperimen sederhana untuk mendemonstrasikan fenomena dispersi cahaya menggunakan bahan-bahan yang mudah ditemukan. Jelaskan prosedur, hasil pengamatan yang diharapkan, dan kesimpulan yang dapat ditarik dari eksperimen tersebut.
   Pembahasan:
   Untuk mendemonstrasikan dispersi cahaya menggunakan bahan sederhana:
   **Alat dan Bahan:** Prisma kaca (atau gelas berisi air berbentuk prisma/botol kaca bening berisi air), senter (atau sinar matahari langsung), layar putih/dinding.
   **Prosedur:**
   1. Tempatkan prisma di atas meja di ruangan yang cukup gelap.
   2. Arahkan cahaya senter (atau sinar matahari) melalui salah satu sisi prisma.
   3. Pastikan cahaya mengenai prisma dengan sudut tertentu agar dapat melewati dan keluar dari sisi lain.
   4. Amati cahaya yang keluar dari sisi prisma yang berlawanan pada layar putih atau dinding.
   **Pengamatan:** Anda akan melihat cahaya putih terurai menjadi spektrum warna pelangi (merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu) pada layar putih.
   **Kesimpulan:** Cahaya putih tersusun dari berbagai warna, dan prisma memisahkannya karena setiap warna dibelokkan pada sudut yang sedikit berbeda, membuktikan fenomena dispersi cahaya.

D. Menjodohkan