Kumpulan Soal Fisika Prisma Lengkap: Latih Pemahaman Pembiasan & Dispersi Cahaya

A. Pilihan Ganda

1. Prinsip optik dasar yang menyebabkan prisma dapat membelokkan arah cahaya adalah…
   • Pemantulan cahaya
   • Pembiasan cahaya
   • Difraksi cahaya
   • Interferensi cahaya
   Jawaban: Pembiasan cahaya
   Penjelasan: Prinsip dasar kerja prisma dalam membelokkan cahaya adalah pembiasan (refraksi) yang terjadi dua kali.
2. Sudut yang dibentuk oleh perpanjangan sinar datang dan perpanjangan sinar keluar dari prisma disebut…
   • Sudut puncak
   • Sudut datang
   • Sudut bias
   • Sudut deviasi
   Jawaban: Sudut deviasi
   Penjelasan: Sudut antara arah sinar datang ke prisma dan arah sinar yang keluar dari prisma disebut sudut deviasi.
3. Agar cahaya dapat dibiaskan oleh prisma, syarat utamanya adalah…
   • Indeks bias prisma lebih kecil daripada indeks bias medium di sekitarnya.
   • Indeks bias prisma sama dengan indeks bias medium di sekitarnya.
   • Indeks bias prisma lebih besar daripada indeks bias medium di sekitarnya.
   • Cahaya datang tegak lurus ke permukaan prisma.
   Jawaban: Indeks bias prisma lebih besar daripada indeks bias medium di sekitarnya.
   Penjelasan: Cahaya dibiaskan mendekati normal saat masuk ke medium yang lebih rapat (indeks bias lebih besar) dan menjauhi normal saat keluar ke medium yang lebih renggang (indeks bias lebih kecil). Ini adalah kondisi umum agar prisma dapat berfungsi membelokkan cahaya.
4. Fenomena penguraian cahaya putih menjadi spektrum warna saat melewati prisma disebut…
   • Difraksi
   • Refraksi
   • Dispersi
   • Interferensi
   Jawaban: Dispersi
   Penjelasan: Penguraian cahaya putih menjadi spektrum warna oleh prisma dikenal sebagai dispersi.
5. Dalam fenomena dispersi cahaya oleh prisma, hubungan antara indeks bias untuk cahaya ungu (n_ungu) dan cahaya merah (n_merah) adalah…
   • n_ungu < n_merah
   • n_ungu = n_merah
   • n_ungu > n_merah
   • Tidak ada hubungan antara indeks bias dan warna
   Jawaban: n_ungu > n_merah
   Penjelasan: Warna ungu memiliki panjang gelombang terpendek dan dibiaskan paling kuat, yang berarti indeks bias prisma untuk cahaya ungu lebih besar daripada untuk cahaya merah.
6. Kondisi di mana sebuah prisma mengalami sudut deviasi minimum adalah…
   • Ketika sudut puncak prisma sangat kecil.
   • Ketika sinar datang tegak lurus permukaan prisma.
   • Ketika sudut datang pertama sama dengan sudut keluar kedua.
   • Ketika sudut bias di dalam prisma sama dengan sudut puncak prisma.
   Jawaban: Ketika sudut datang pertama sama dengan sudut keluar kedua.
   Penjelasan: Kondisi deviasi minimum terjadi saat sinar menempuh lintasan simetris di dalam prisma, yang berarti sudut datang pertama (i₁) sama dengan sudut keluar kedua (t₂).
7. Hubungan yang benar antara sudut bias pertama (r₁), sudut bias kedua (r₂), dan sudut puncak prisma (β) adalah…
   • i₁ + r₁ = β
   • r₁ + r₂ = β
   • i₁ + t₂ = β
   • δ = i₁ + t₂ – β
   Jawaban: r₁ + r₂ = β
   Penjelasan: Hubungan antara sudut bias di dalam prisma (r₁ dan r₂) dengan sudut puncak prisma (β) adalah r₁ + r₂ = β.
8. Jika indeks bias suatu prisma ditingkatkan dari 1,5 menjadi 1,6, dengan asumsi sudut puncak dan sudut datang tetap, maka…
   • Sudut deviasi akan berkurang.
   • Sudut deviasi akan bertambah.
   • Sudut deviasi tidak akan berubah.
   • Sinar akan mengalami pemantulan total.
   Jawaban: Sudut deviasi akan berkurang.
   Penjelasan: Ketika indeks bias prisma meningkat (misalnya dari 1,5 menjadi 1,6), kemampuan prisma untuk membelokkan cahaya akan meningkat, sehingga sudut deviasi akan bertambah, bukan berkurang.
9. Untuk prisma tipis (sudut puncak sangat kecil), rumus pendekatan untuk sudut deviasi (δ) adalah…
   • δ = nβ
   • δ = (n-1)β
   • δ = n/β
   • δ = (n+1)β
   Jawaban: δ = (n-1)β
   Penjelasan: Untuk prisma tipis (sudut puncak kecil), rumus pendekatan sudut deviasi adalah δ ≈ (n-1)β.
10. Faktor-faktor yang mempengaruhi besar sudut deviasi pada prisma adalah sudut puncak prisma, sudut datang sinar, dan…
    • Warna cahaya
    • Intensitas cahaya
    • Indeks bias prisma
    • Suhu ruangan
    Jawaban: Indeks bias prisma
    Penjelasan: Selain sudut puncak prisma dan sudut datang, indeks bias material prisma juga sangat mempengaruhi besar sudut deviasi.
11. Berdasarkan Hukum Snellius, hubungan yang tepat untuk pembiasan cahaya pada permukaan masuk prisma adalah…
    • n_1 sin i₁ = n_2 sin r₁
    • n_2 sin r₁ = n_1 sin t₂
    • n_1 sin β = n_2 sin δ
    • n_2 sin i₁ = n_1 sin r₁
    Jawaban: n_1 sin i₁ = n_2 sin r₁
    Penjelasan: Hukum Snellius (n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂) diterapkan pada permukaan pertama prisma, di mana n₁ adalah indeks bias medium datang, i₁ adalah sudut datang, n₂ adalah indeks bias prisma, dan r₁ adalah sudut bias pertama.
12. Untuk menentukan indeks bias suatu prisma secara eksperimen, biasanya digunakan konsep…
    • Sudut puncak prisma
    • Sudut datang sembarang
    • Sudut deviasi maksimum
    • Sudut deviasi minimum
    Jawaban: Sudut deviasi minimum
    Penjelasan: Pengukuran indeks bias prisma sering dilakukan menggunakan metode deviasi minimum karena pada kondisi ini, rumus menjadi lebih sederhana dan hasilnya lebih akurat.
13. Jika sudut bias kedua (r₂) di dalam prisma lebih besar dari sudut kritis antara prisma dan udara, maka sinar cahaya akan…
    • Dibelokkan lebih jauh dari normal.
    • Keluar tegak lurus permukaan.
    • Mengalami pemantulan total.
    • Tidak dibelokkan sama sekali.
    Jawaban: Mengalami pemantulan total.
    Penjelasan: Jika sudut datang kedua (r₂) lebih besar dari sudut kritis untuk antarmuka prisma-udara, maka sinar akan mengalami pemantulan total di dalam prisma dan tidak akan keluar.
14. Selisih antara sudut deviasi cahaya ungu dan sudut deviasi cahaya merah pada prisma disebut…
    • Sudut puncak
    • Sudut deviasi
    • Sudut kritis
    • Sudut dispersi
    Jawaban: Sudut dispersi
    Penjelasan: Selisih sudut deviasi untuk dua warna yang berbeda (misalnya ungu dan merah) disebut sudut dispersi, yang mengukur seberapa jauh kedua warna itu terpisah.
15. Rumus yang digunakan untuk menghitung indeks bias prisma (n) pada kondisi deviasi minimum (δmin) dengan sudut puncak prisma (β) adalah…
    • n = (β + δmin)/β
    • n = sin((β + δmin)/2) / sin(β/2)
    • n = sin(β/2) / sin((β + δmin)/2)
    • n = (β + δmin) sin(β/2)
    Jawaban: n = sin((β + δmin)/2) / sin(β/2)
    Penjelasan: Ini adalah rumus umum untuk menghitung indeks bias prisma pada kondisi deviasi minimum.
16. Sinar cahaya datang dari medium 1 (indeks bias n₁) ke medium 2 (indeks bias n₂) dan dibiaskan mendekati garis normal. Hubungan yang benar antara n₁ dan n₂ adalah…
    • n₁ > n₂
    • n₁ = n₂
    • n₁ < n₂
    • Tidak ada hubungan
    Jawaban: n₁ < n₂
    Penjelasan: Pembiasan mendekati normal terjadi ketika cahaya bergerak dari medium dengan indeks bias lebih rendah ke medium dengan indeks bias lebih tinggi.
17. Sudut yang dibentuk oleh dua permukaan pembias pada prisma disebut…
    • Sudut datang
    • Sudut bias
    • Sudut deviasi
    • Sudut puncak prisma
    Jawaban: Sudut puncak prisma
    Penjelasan: Sudut puncak prisma (β) adalah sudut apit antara dua bidang pembias pada prisma.
18. Pada kondisi deviasi minimum, pernyataan berikut yang benar adalah…
    • Sinar cahaya datang sejajar dengan alas prisma.
    • Sudut datang pertama sama dengan sudut keluar kedua.
    • Sudut datang pertama sama dengan sudut bias kedua.
    • Sudut puncak prisma sama dengan sudut deviasi.
    Jawaban: Sinar cahaya datang sejajar dengan alas prisma.
    Penjelasan: Pada deviasi minimum, sinar cahaya di dalam prisma biasanya sejajar dengan alas prisma (jika prisma sama kaki atau segitiga sama sisi). Namun, kondisi yang lebih umum dan benar adalah ketika sudut datang pertama (i₁) sama dengan sudut keluar kedua (t₂).
19. Apa yang terjadi jika sebuah prisma dimasukkan ke dalam cairan yang memiliki indeks bias yang sama persis dengan indeks bias prisma?
    • Mengalami deviasi maksimum.
    • Tidak ada bias, sinar langsung menembus.
    • Mengalami pemantulan total.
    • Terjadi dispersi yang sangat kuat.
    Jawaban: Tidak ada bias, sinar langsung menembus.
    Penjelasan: Jika indeks bias prisma sama dengan indeks bias medium di sekitarnya, cahaya tidak akan mengalami pembiasan dan akan lurus menembus prisma seolah-olah tidak ada prisma.
20. Aplikasi penggunaan prisma yang umum ditemukan dalam instrumen optik adalah…
    • Mikroskop dan kacamata
    • Kamera dan proyektor
    • Lup dan senter
    • Teleskop dan periskop
    Jawaban: Teleskop dan periskop
    Penjelasan: Prisma sering digunakan dalam instrumen optik seperti teleskop, binokular, dan periskop untuk membelokkan cahaya dan mengoreksi orientasi citra.

B. Isian Singkat

1. Apa yang dimaksud dengan sudut deviasi pada prisma?
   Jawaban: Sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk antara arah sinar datang ke prisma dan arah sinar yang keluar dari prisma. Ini menunjukkan seberapa besar cahaya dibelokkan oleh prisma.
2. Sebutkan dua faktor utama yang menentukan besar kecilnya sudut deviasi pada prisma.
   Jawaban: Dua faktor utama yang mempengaruhi besar sudut deviasi adalah sudut puncak prisma (β) dan indeks bias material prisma (n). Sudut datang sinar (i₁) juga merupakan faktor penting.
3. Jelaskan pengertian indeks bias suatu medium.
   Jawaban: Indeks bias suatu zat adalah ukuran seberapa banyak cahaya diperlambat saat melewati zat tersebut dibandingkan dengan kecepatannya di ruang hampa. Ini juga menentukan seberapa besar cahaya akan dibiaskan saat melewati batas dua medium.
4. Variabel-variabel apa saja yang diperlukan untuk menghitung indeks bias prisma menggunakan rumus deviasi minimum?
   Jawaban: Untuk menentukan indeks bias prisma, dibutuhkan nilai sudut puncak prisma (β) dan sudut deviasi minimum (δmin). Rumusnya adalah n = sin((β + δmin)/2) / sin(β/2).
5. Apa yang terjadi pada sinar cahaya jika datang tegak lurus pada salah satu bidang pembias prisma?
   Jawaban: Jika sinar datang tegak lurus pada salah satu bidang pembias prisma, maka sudut datang (i₁) adalah 0°. Akibatnya, sinar tidak akan dibiaskan pada permukaan pertama (sudut bias r₁ juga 0°). Pembiasan hanya akan terjadi pada permukaan keluar prisma.

C. Uraian

1. Jelaskan konsep deviasi cahaya oleh prisma dan kondisi terjadinya deviasi minimum. Sertakan pula rumus indeks bias prisma pada deviasi minimum.
   Pembahasan:
   Deviasi cahaya oleh prisma terjadi karena cahaya mengalami dua kali pembiasan saat masuk dan keluar prisma. Arah cahaya dibelokkan mendekati garis normal saat masuk (jika n_prisma > n_udara) dan menjauhi garis normal saat keluar. Sudut deviasi adalah sudut antara arah sinar datang sebelum masuk prisma dengan arah sinar bias setelah keluar prisma. Sudut deviasi minimum adalah sudut deviasi terkecil yang bisa dicapai oleh prisma. Ini terjadi ketika sinar menempuh lintasan simetris di dalam prisma, yaitu sudut datang pertama sama dengan sudut keluar kedua (i₁ = t₂) dan sudut bias pertama sama dengan sudut bias kedua (r₁ = r₂). Pada kondisi ini, n = sin((β + δmin)/2) / sin(β/2).
2. Terangkan mengapa prisma dapat menyebabkan dispersi cahaya putih menjadi spektrum warna. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi fenomena ini?
   Pembahasan:
   Dispersi cahaya oleh prisma adalah peristiwa penguraian cahaya polikromatik (misalnya cahaya putih) menjadi komponen-komponen warnanya (spektrum warna). Ini terjadi karena indeks bias material prisma berbeda untuk setiap panjang gelombang (warna) cahaya. Cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek (seperti ungu) memiliki indeks bias yang lebih besar, sehingga dibelokkan lebih kuat dibandingkan cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang (seperti merah) yang memiliki indeks bias lebih kecil. Faktor utama yang menyebabkan dispersi adalah perbedaan indeks bias (n) terhadap panjang gelombang (λ), yang dikenal sebagai dispersi normal (dn/dλ < 0). Artinya, semakin pendek panjang gelombang, semakin besar indeks biasnya.
3. Rancang sebuah percobaan sederhana untuk menentukan indeks bias suatu prisma dengan memanfaatkan fenomena sudut deviasi minimum. Jelaskan langkah-langkahnya secara rinci.
   Pembahasan:
   Untuk menentukan indeks bias prisma, kita bisa menggunakan rumus deviasi minimum: n = sin((β + δmin)/2) / sin(β/2).
   Langkah-langkahnya:
   1. Siapkan prisma, sumber cahaya (laser atau cahaya putih), meja optik, dan alat ukur sudut (busur derajat).
   2. Letakkan prisma di atas meja optik.
   3. Arahkan sinar cahaya ke salah satu permukaan prisma.
   4. Putar prisma secara perlahan hingga didapatkan posisi di mana sudut deviasi adalah yang terkecil (sinar keluar sejajar dengan alas prisma, atau posisi di mana sudut deviasi tidak lagi berkurang saat prisma diputar).
   5. Ukur sudut datang (i₁) dan sudut keluar (t₂). Pada deviasi minimum, i₁ = t₂.
   6. Ukur sudut puncak prisma (β) menggunakan busur derajat atau dari spesifikasi prisma.
   7. Ukur sudut deviasi minimum (δmin) dari selisih arah sinar datang dan sinar keluar.
   8. Masukkan nilai β dan δmin ke dalam rumus untuk menghitung n.
4. Sebuah prisma dengan sudut puncak 60° dan indeks bias 1,5. Sinar cahaya datang tegak lurus pada salah satu bidang pembias prisma. Jelaskan apa yang akan terjadi pada sinar cahaya tersebut dan hitung sudut keluar sinar jika memungkinkan.
   Pembahasan:
   Misalkan sudut puncak prisma β = 60° dan indeks bias n = 1,5.
   Sinar datang tegak lurus permukaan pertama berarti sudut datang i₁ = 0°. Maka, sudut bias r₁ = 0°.
   Karena r₁ + r₂ = β, maka 0° + r₂ = 60°, sehingga r₂ = 60°.
   Sekarang gunakan hukum Snellius pada permukaan kedua:
   n_prisma sin r₂ = n_udara sin t₂
   1,5 sin 60° = 1 sin t₂
   1,5 * (√3 / 2) = sin t₂
   1,5 * 0,866 = sin t₂
   1,299 = sin t₂
   Karena sin t₂ > 1, ini berarti tidak ada sudut t₂ yang memenuhi. Jadi, sinar akan mengalami pemantulan total di permukaan kedua dan tidak akan keluar dari prisma. Sinar akan memantul di dalam prisma.
5. Prinsip kerja prisma tidak hanya terbatas pada deviasi dan dispersi. Jelaskan setidaknya tiga aplikasi praktis prisma dalam kehidupan sehari-hari atau teknologi, dan kaitkan dengan prinsip fisika yang mendasarinya.
   Pembahasan:
   Sebuah prisma dapat digunakan sebagai spektroskop untuk menganalisis spektrum cahaya, memisahkan cahaya putih menjadi warna-warna penyusunnya. Dalam binokular atau periskop, prisma digunakan untuk membelokkan arah cahaya dan membalikkan citra agar terlihat tegak dan tidak terbalik, contohnya prisma Porro atau prisma Abbe-Koenig. Dalam bidang telekomunikasi, serat optik yang bekerja berdasarkan prinsip pemantulan total internal, menggunakan struktur seperti prisma atau medium dengan indeks bias berbeda untuk memandu cahaya dalam jarak jauh. Prisma juga digunakan dalam beberapa jenis instrumen optik lain seperti refraktometer untuk mengukur indeks bias cairan.

D. Menjodohkan