Selamat datang di kumpulan latihan soal fisika materi optik! Optik adalah cabang fisika yang mempelajari perilaku dan sifat cahaya, termasuk interaksinya dengan materi serta pembuatan instrumen yang menggunakannya. Materi optik mencakup berbagai fenomena menarik seperti refleksi (pemantulan), refraksi (pembiasan), difraksi, interferensi, hingga polarisasi cahaya. Pemahaman mendalam tentang optik sangat penting, tidak hanya untuk keberhasilan akademis, tetapi juga untuk memahami teknologi di sekitar kita, mulai dari kacamata, kamera, mikroskop, hingga teleskop. Kumpulan soal ini dirancang untuk membantu Anda menguji dan memperdalam pemahaman tentang konsep-konsep dasar hingga aplikasi optik yang lebih kompleks. Dengan beragam jenis soal seperti pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan, Anda akan mendapatkan pengalaman belajar yang komprehensif. Siapkan diri Anda untuk menguasai materi optik dan tingkatkan kemampuan fisika Anda sekarang!
Contoh Soal soal fisika materi optik
A. Pilihan Ganda
1. Sebuah benda diletakkan 10 cm di depan cermin cekung yang memiliki jari-jari kelengkungan 30 cm. Sifat bayangan yang terbentuk adalah…
- A. Maya, tegak, diperbesar
- B. Nyata, terbalik, diperkecil
- C. Nyata, terbalik, diperbesar
- D. Maya, tegak, diperkecil
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Jari-jari kelengkungan R = 30 cm, maka fokus f = R/2 = 15 cm. Jarak benda s = 10 cm. Karena s < f, bayangan yang terbentuk adalah maya, tegak, dan diperbesar. Ini terjadi di ruang 1 cermin cekung.
2. Jika sudut datang sinar pada cermin datar adalah 30°, maka sudut pantulnya adalah…
- A. 15°
- B. 30°
- C. 45°
- D. 60°
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Menurut Hukum Snellius tentang pemantulan, sudut datang sama dengan sudut pantul. Jadi, jika sudut datang 30°, sudut pantul juga 30°.
3. Sebuah lensa cembung memiliki kekuatan +4 dioptri. Jarak fokus lensa tersebut adalah…
- A. 10 cm
- B. 20 cm
- C. 25 cm
- D. 40 cm
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Kekuatan lensa P = 1/f (dalam meter). Jika P = +4 dioptri, maka f = 1/4 m = 0,25 m = 25 cm.
4. Fenomena perubahan arah rambat cahaya saat melewati dua medium yang berbeda kerapatan optiknya disebut…
- A. Refleksi
- B. Difraksi
- C. Interferensi
- D. Refraksi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Perubahan arah rambat cahaya akibat perbedaan kerapatan optik medium disebut pembiasan (refraksi).
5. Alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda yang sangat kecil adalah…
- A. Mikroskop
- B. Teleskop
- C. Periskop
- D. Episkop
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Mikroskop adalah alat optik yang dirancang untuk memperbesar objek-objek kecil agar dapat dilihat oleh mata.
6. Ciri khas bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah…
- A. Nyata, terbalik, diperkecil
- B. Maya, tegak, sama besar
- C. Nyata, tegak, diperbesar
- D. Maya, terbalik, diperbesar
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Cermin datar selalu membentuk bayangan yang maya, tegak, sama besar dengan benda, dan jarak bayangan sama dengan jarak benda.
7. Ketika cahaya putih melewati prisma, cahaya tersebut akan terurai menjadi komponen warna-warnanya. Fenomena ini dikenal sebagai…
- A. Dispersi
- B. Difraksi
- C. Polarisasi
- D. Absorpsi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Penguraian cahaya putih menjadi spektrum warna-warnanya saat melewati medium seperti prisma disebut dispersi cahaya.
8. Pada percobaan Young, jika jarak antar celah diperkecil, maka pola interferensi yang terjadi adalah…
- A. Pola semakin rapat
- B. Pola tidak berubah
- C. Pola semakin melebar
- D. Pola menghilang
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Jarak antar pita terang/gelap (Δy) pada interferensi celah ganda dirumuskan sebagai Δy = (λL)/d. Jika d (jarak antar celah) diperkecil, maka Δy akan membesar, yang berarti pola interferensi semakin melebar atau jarak antar garis terang/gelap semakin jauh.
9. Seorang penderita miopi memiliki titik jauh 50 cm. Kekuatan lensa kacamata yang dibutuhkan agar dapat melihat normal adalah…
- A. +2 dioptri
- B. +0,5 dioptri
- C. -0,5 dioptri
- D. -2 dioptri
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Untuk penderita miopi, lensa kacamata harus membentuk bayangan maya di titik jauh mata (PR) dari benda yang tak hingga. Jadi, f = -PR = -50 cm = -0,5 m. Kekuatan lensa P = 1/f = 1/(-0,5) = -2 dioptri.
10. Jika indeks bias air adalah 4/3 dan indeks bias udara adalah 1, maka kecepatan cahaya di air dibandingkan di udara akan…
- A. Lebih kecil
- B. Lebih besar
- C. Sama
- D. Tidak dapat ditentukan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Indeks bias n = c/v, di mana c adalah kecepatan cahaya di vakum dan v adalah kecepatan cahaya di medium. Jadi, v = c/n. Kecepatan cahaya di air (v_air) = c/(4/3) = 3c/4. Kecepatan cahaya di udara (v_udara) ≈ c/1 = c. Maka v_air lebih kecil dari v_udara.
11. Sudut deviasi minimum pada prisma terjadi ketika…
- A. Sudut datang sama dengan sudut bias
- B. Sudut puncak prisma nol
- C. Sinar di dalam prisma sejajar dengan alas prisma
- D. Sudut bias keluar prisma 90°
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Sudut deviasi minimum terjadi ketika sudut datang sinar masuk ke prisma sama dengan sudut bias sinar keluar dari prisma (i₁ = r₂), dan sinar di dalam prisma sejajar dengan alas prisma.
12. Berapakah perbesaran lup untuk mata berakomodasi maksimum jika jarak fokus lup 5 cm dan titik dekat mata normal 25 cm?
- A. 4 kali
- B. 6 kali
- C. 5 kali
- D. 7 kali
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Perbesaran lup untuk mata berakomodasi maksimum adalah M = (Sn/f) + 1. Dengan Sn = 25 cm dan f = 5 cm, maka M = (25/5) + 1 = 5 + 1 = 6 kali.
13. Pada difraksi celah tunggal, jika lebar celah diperkecil, maka…
- A. Lebar pita terang pusat semakin besar
- B. Lebar pita terang pusat semakin kecil
- C. Pola difraksi tidak berubah
- D. Jumlah pita terang bertambah
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Lebar pita terang pusat pada difraksi celah tunggal berbanding terbalik dengan lebar celah. Jika lebar celah diperkecil, pita terang pusat akan melebar.
14. Fenomena langit berwarna biru dan matahari terbenam berwarna merah disebabkan oleh…
- A. Refraksi
- B. Interferensi
- C. Difraksi
- D. Hamburan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Warna biru langit dan merahnya matahari terbenam adalah contoh fenomena hamburan Rayleigh, di mana cahaya dengan panjang gelombang pendek (biru) lebih banyak dihamburkan oleh partikel-partikel di atmosfer.
15. Sinar datang dari medium berindeks bias n₁ menuju medium berindeks bias n₂. Jika n₁ > n₂, dan sudut datang melebihi sudut kritis, maka akan terjadi…
- A. Pembiasan sempurna
- B. Pemantulan internal total
- C. Difraksi maksimum
- D. Polarisasi total
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Jika cahaya datang dari medium lebih rapat (n₁) ke medium kurang rapat (n₂) dan sudut datang melebihi sudut kritis, maka cahaya tidak akan dibiaskan melainkan dipantulkan seluruhnya kembali ke medium asal. Ini disebut pemantulan internal total.
16. Jarak fokus lensa objektif mikroskop adalah 1 cm dan lensa okuler 5 cm. Jika benda diletakkan 1,1 cm di depan lensa objektif, perbesaran total mikroskop untuk mata tak berakomodasi adalah…
- A. 40 kali
- B. 50 kali
- C. 60 kali
- D. 100 kali
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Untuk lensa objektif: 1/f_ob = 1/s_ob + 1/s’_ob -> 1/1 = 1/1,1 + 1/s’_ob -> 1/s’_ob = 1 – 1/1,1 = (1,1-1)/1,1 = 0,1/1,1 -> s’_ob = 11 cm. M_ob = |s’_ob/s_ob| = 11/1,1 = 10 kali. Untuk mata tak berakomodasi, perbesaran okuler M_ok = Sn/f_ok = 25/5 = 5 kali. Perbesaran total M_total = M_ob × M_ok = 10 × 5 = 50 kali. (Asumsi Sn = 25 cm).
17. Cahaya yang hanya bergetar pada satu bidang tertentu disebut cahaya…
- A. Terpolarisasi
- B. Monokromatik
- C. Koheren
- D. Polikromatik
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Cahaya yang arah getaran vektor medan listriknya terbatas pada satu bidang saja disebut cahaya terpolarisasi.
18. Sebuah cermin cembung memiliki jari-jari kelengkungan 40 cm. Jika sebuah benda diletakkan 30 cm di depan cermin, jarak bayangan yang terbentuk adalah…
- A. -12 cm
- B. 12 cm
- C. -60 cm
- D. 60 cm
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Untuk cermin cembung, fokus f = -R/2 = -40/2 = -20 cm. Jarak benda s = 30 cm. Menggunakan rumus cermin: 1/f = 1/s + 1/s’ -> 1/(-20) = 1/30 + 1/s’ -> 1/s’ = -1/20 – 1/30 = (-3 – 2)/60 = -5/60 = -1/12. Jadi, s’ = -12 cm. Tanda negatif menunjukkan bayangan bersifat maya.
19. Pernyataan yang benar mengenai lensa cekung adalah…
- A. Bersifat konvergen (mengumpulkan cahaya)
- B. Memiliki fokus positif
- C. Selalu membentuk bayangan nyata
- D. Selalu membentuk bayangan maya, tegak, diperkecil
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Lensa cekung bersifat divergen (menyebarkan cahaya), memiliki fokus negatif, dan selalu membentuk bayangan maya, tegak, dan diperkecil.
20. Jika panjang gelombang cahaya adalah 600 nm dan frekuensinya 5 × 10¹⁴ Hz, maka cepat rambat cahaya tersebut adalah…
- A. 1,8 × 10⁸ m/s
- B. 2,5 × 10⁸ m/s
- C. 3 × 10⁸ m/s
- D. 3,5 × 10⁸ m/s
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Cepat rambat gelombang v = λ × f. λ = 600 nm = 600 × 10⁻⁹ m = 6 × 10⁻⁷ m. f = 5 × 10¹⁴ Hz. Maka v = (6 × 10⁻⁷ m) × (5 × 10¹⁴ Hz) = 30 × 10⁷ m/s = 3 × 10⁸ m/s.
B. Isian Singkat
1. Peristiwa pelenturan gelombang cahaya saat melewati celah sempit atau penghalang disebut…
Jawaban: Difraksi
2. Bagian mata yang berfungsi mengatur intensitas cahaya yang masuk ke mata adalah…
Jawaban: Pupil / Iris
3. Rumus untuk mencari perbesaran angular teleskop adalah M = f_objektif / f_okuler. (Isi dengan simbol rumus)
Jawaban: M = f_ob / f_ok
4. Bayangan yang dapat ditangkap oleh layar disebut bayangan…
Jawaban: Nyata
5. Indeks bias suatu medium adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di medium tersebut. (Isi dengan definisi)
Jawaban: Perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di medium tersebut.
C. Menjodohkan
1. Jodohkan konsep optik berikut dengan definisinya yang tepat!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Interferensi | Perpaduan dua gelombang cahaya |
| Polarisasi | Pembatasan arah getar gelombang cahaya |
| Dispersi | Penguraian cahaya putih menjadi spektrum warna |
| Refraksi | Pembelokan arah rambat cahaya |
2. Jodohkan alat optik berikut dengan fungsinya yang paling utama!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Lup | Melihat benda kecil agar tampak lebih besar |
| Teleskop | Melihat benda jauh agar tampak lebih dekat |
| Mikroskop | Melihat objek sangat kecil secara detail |
| Kamera | Merekam gambar objek |
D. Uraian
1. Jelaskan perbedaan mendasar antara cermin cekung dan cermin cembung, beserta sifat bayangan yang dapat dibentuk oleh keduanya!
Cermin cekung adalah cermin yang permukaan pantulnya melengkung ke dalam, bersifat konvergen (mengumpulkan cahaya). Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung bervariasi tergantung posisi benda: jika benda di ruang III (s > 2f), bayangan nyata, terbalik, diperkecil; jika benda di ruang II (f < s < 2f), bayangan nyata, terbalik, diperbesar; jika benda di ruang I (s < f), bayangan maya, tegak, diperbesar. Cermin cembung adalah cermin yang permukaan pantulnya melengkung ke luar, bersifat divergen (menyebarkan cahaya). Cermin cembung selalu membentuk bayangan yang maya, tegak, dan diperkecil, di mana pun posisi bendanya.
2. Sebuah benda setinggi 4 cm diletakkan 20 cm di depan lensa cembung dengan jarak fokus 15 cm. Hitunglah: a) Jarak bayangan, b) Perbesaran bayangan, c) Tinggi bayangan, d) Sifat bayangan!
Diketahui: h = 4 cm, s = 20 cm, f = 15 cm (lensa cembung, f positif).
a) Jarak bayangan (s’):
1/f = 1/s + 1/s’
1/15 = 1/20 + 1/s’
1/s’ = 1/15 – 1/20 = (4 – 3)/60 = 1/60
s’ = 60 cm
b) Perbesaran bayangan (M):
M = |s’/s| = |60/20| = 3 kali
c) Tinggi bayangan (h’):
M = h’/h => 3 = h’/4 => h’ = 12 cm
d) Sifat bayangan:
Karena s’ positif (+60 cm), bayangan bersifat nyata. Karena nyata, maka terbalik. Karena M > 1 (3 kali), maka diperbesar. Jadi, sifat bayangan adalah Nyata, Terbalik, Diperbesar.
3. Jelaskan mengapa langit tampak berwarna biru pada siang hari dan seringkali merah saat matahari terbit atau terbenam!
Fenomena ini disebabkan oleh hamburan Rayleigh, yaitu hamburan cahaya oleh partikel-partikel yang jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya. Atmosfer Bumi mengandung molekul nitrogen dan oksigen yang menghamburkan cahaya. Cahaya biru memiliki panjang gelombang lebih pendek dibandingkan cahaya merah, sehingga cahaya biru lebih banyak dihamburkan ke segala arah oleh molekul-molekul di atmosfer. Inilah yang menyebabkan langit tampak biru dari segala arah pada siang hari.
Saat matahari terbit atau terbenam, cahaya matahari harus menempuh jarak yang lebih jauh melalui atmosfer. Sebagian besar cahaya biru sudah dihamburkan menjauh dari garis pandang kita, sehingga cahaya yang tersisa dan mencapai mata kita didominasi oleh panjang gelombang yang lebih panjang, yaitu merah dan oranye. Oleh karena itu, matahari dan langit di sekitarnya tampak berwarna merah atau oranye.
4. Bagaimana prinsip kerja kacamata untuk mengatasi cacat mata miopi dan hipermetropi?
1. Miopi (Rabun Jauh): Penderita miopi tidak dapat melihat benda jauh dengan jelas karena bayangan jatuh di depan retina. Hal ini disebabkan lensa mata terlalu cembung atau bola mata terlalu panjang. Untuk mengatasinya, digunakan kacamata berlensa cekung (divergen). Lensa cekung akan menyebarkan sinar datang dari benda jauh sebelum masuk ke mata, sehingga bayangan dapat jatuh tepat di retina.
2. Hipermetropi (Rabun Dekat): Penderita hipermetropi tidak dapat melihat benda dekat dengan jelas karena bayangan jatuh di belakang retina. Hal ini disebabkan lensa mata terlalu pipih atau bola mata terlalu pendek. Untuk mengatasinya, digunakan kacamata berlensa cembung (konvergen). Lensa cembung akan mengumpulkan sinar datang dari benda dekat sebelum masuk ke mata, sehingga bayangan dapat jatuh tepat di retina.
5. Sebutkan dan jelaskan tiga sifat utama cahaya yang Anda ketahui!
Tiga sifat utama cahaya adalah:
1. **Cahaya Merambat Lurus:** Cahaya bergerak dalam garis lurus di medium homogen. Buktinya adalah terbentuknya bayangan yang tajam dan fenomena gerhana.
2. **Cahaya Dapat Dipantulkan (Refleksi):** Cahaya akan memantul ketika mengenai permukaan benda. Sudut datang sama dengan sudut pantul, dan sinar datang, sinar pantul, serta garis normal berada pada satu bidang datar.
3. **Cahaya Dapat Dibiaskan (Refraksi):** Cahaya akan berbelok atau berubah arah rambatnya ketika melewati batas dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Peristiwa ini diatur oleh Hukum Snellius.