soal fisika optik fisis

Pengantar Optik Fisis

Optik fisis adalah cabang fisika yang mempelajari sifat-sifat gelombang cahaya, termasuk fenomena seperti interferensi, difraksi, dan polarisasi. Pemahaman mendalam tentang konsep-konsep ini sangat penting untuk memahami bagaimana cahaya berinteraksi dengan materi dan lingkungan di sekitar kita. Mari kita uji pemahaman Anda dengan kumpulan soal fisika optik fisis berikut.

1. Soal Pilihan Ganda

Peristiwa penggabungan dua atau lebih gelombang cahaya yang menghasilkan pola terang dan gelap disebut…
1. Difraksi
2. Interferensi
3. Polarisasi
4. Refraksi
5. Dispersi
Pada percobaan celah ganda Young, jika jarak antarcelah diperkecil, maka jarak antar pola terang atau gelap yang berdekatan akan…
1. Makin kecil
2. Makin besar
3. Tetap
4. Menghilang
5. Tidak dapat ditentukan
Sebuah cahaya monokromatis dilewatkan pada celah ganda Young. Jarak antarcelah 0,2 mm dan layar diletakkan 1 meter dari celah. Jika pola terang orde ke-3 berjarak 7,5 mm dari terang pusat, panjang gelombang cahaya tersebut adalah…
1. 400 nm
2. 450 nm
3. 500 nm
4. 550 nm
5. 600 nm
Syarat terjadinya interferensi minimum (gelap) pada celah ganda Young adalah beda lintasan gelombang sama dengan kelipatan ganjil dari…
1. Setengah panjang gelombang
2. Satu panjang gelombang
3. Dua panjang gelombang
4. Seperempat panjang gelombang
5. Tidak ada beda lintasan
Pola pelangi yang terlihat pada permukaan gelembung sabun atau lapisan minyak di atas air adalah contoh fenomena…
1. Difraksi
2. Polarisasi
3. Interferensi lapisan tipis
4. Efek Doppler
5. Absorpsi
Peristiwa pembelokan gelombang cahaya saat melewati celah sempit atau rintangan disebut…
1. Interferensi
2. Polarisasi
3. Refraksi
4. Difraksi
5. Dispersi
Pola difraksi pada celah tunggal menghasilkan pola terang pusat yang lebarnya…
1. Sama dengan lebar celah
2. Setengah lebar celah
3. Dua kali lebar celah
4. Empat kali lebar celah
5. Tergantung pada panjang gelombang
Sebuah cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 600 nm melewati celah tunggal selebar 0,1 mm. Jarak layar ke celah 2 meter. Jarak antara terang pusat ke gelap pertama adalah…
1. 6 mm
2. 8 mm
3. 10 mm
4. 12 mm
5. 14 mm
Pada kisi difraksi, semakin banyak jumlah goresan per satuan panjang (N), maka…
1. Sudut difraksi makin kecil
2. Pola difraksi makin menyebar
3. Garis-garis terang makin rapat
4. Garis-garis terang makin menyebar dan tajam
5. Panjang gelombang cahaya makin pendek
Cahaya tak terpolarisasi memiliki arah getar medan listrik yang…
1. Hanya satu arah
2. Tegak lurus arah rambat
3. Sejajar arah rambat
4. Acak di semua arah tegak lurus arah rambat
5. Hanya horizontal
Peristiwa polarisasi dapat terjadi pada gelombang…
1. Transversal saja
2. Longitudinal saja
3. Transversal dan longitudinal
4. Elektromagnetik saja
5. Suara saja
Sudut Brewster adalah sudut datang di mana cahaya pantul menjadi terpolarisasi sempurna. Pada sudut ini, cahaya pantul dan cahaya bias membentuk sudut…
1. 0°
2. 45°
3. 60°
4. 90°
5. 180°
Jika cahaya tak terpolarisasi dilewatkan pada sebuah polarisator, intensitas cahaya yang keluar adalah…
1. Sama dengan intensitas awal
2. Setengah dari intensitas awal
3. Seperempat dari intensitas awal
4. Nol
5. Tergantung sudut polarisator
Hukum Malus menjelaskan hubungan antara intensitas cahaya yang ditransmisikan oleh analisator dengan sudut antara sumbu transmisi polarisator dan analisator. Rumusnya adalah I = I₀ cos²θ, di mana I₀ adalah intensitas setelah…
1. Sumber cahaya
2. Polarisator
3. Analisator
4. Refleksi
5. Difraksi
Untuk menghasilkan polarisasi cahaya, dapat dilakukan dengan beberapa cara, kecuali…
1. Penyerapan selektif
2. Pemantulan
3. Pembiasan ganda
4. Difraksi
5. Hamburan
Ketika dua gelombang cahaya berinterferensi secara destruktif, beda fase antara kedua gelombang tersebut adalah…
1. 0 rad
2. π/2 rad
3. π rad
4. 3π/2 rad
5. 2π rad
Pada percobaan cincin Newton, cincin terang disebabkan oleh interferensi…
1. Destruktif dari cahaya yang dipantulkan
2. Konstruktif dari cahaya yang dipantulkan
3. Destruktif dari cahaya yang ditransmisikan
4. Konstruktif dari cahaya yang ditransmisikan
5. Difraksi cahaya
Penyebab utama terjadinya difraksi adalah…
1. Cahaya memiliki panjang gelombang yang sangat kecil
2. Cahaya merambat lurus
3. Cahaya adalah gelombang transversal
4. Cahaya dapat dibelokkan saat melewati celah atau tepi penghalang
5. Cahaya terdiri dari partikel foton
Jika sudut datang cahaya pada permukaan air (n=1,33) adalah 53° dan cahaya pantulnya terpolarisasi sempurna, maka sudut biasnya adalah…
37°
45°
53°
60°
90°

Filter polaroid bekerja berdasarkan prinsip…

Difraksi
Interferensi
Penyerapan selektif
Pemantulan
Pembiasan

2. Soal Isian Singkat

Interferensi adalah penggabungan dua gelombang atau lebih yang menghasilkan suatu gelombang baru. Dua gelombang yang berinterferensi harus memiliki frekuensi yang sama dan beda fase yang konstan. Syarat ini disebut…
Pada percobaan celah ganda Young, jarak pola terang ke-n dari terang pusat dirumuskan sebagai y_n = (nλL)/d. Di sini, λ adalah panjang gelombang, L adalah jarak celah ke layar, dan d adalah…
Sudut polarisasi atau sudut Brewster (θ_p) dapat dihitung dengan rumus tan θ_p = n₂, di mana n₂ adalah indeks bias medium tempat cahaya memasuki. Ini berlaku jika cahaya datang dari medium dengan indeks bias n₁ =…
Ketika cahaya melewati celah tunggal, intensitas terang pusat jauh lebih besar dibandingkan terang-terang berikutnya. Lebar terang pusat adalah __________ kali lebar terang berikutnya.
Fenomena polarisasi cahaya dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya sebagai gelombang…

3. Soal Uraian

Jelaskan secara singkat perbedaan antara interferensi konstruktif dan interferensi destruktif, serta berikan contoh kondisi fisiknya!
Terangkan mengapa langit terlihat biru dan mengapa matahari saat terbit atau terbenam terlihat kemerahan, kaitkan dengan konsep polarisasi dan hamburan Rayleigh!
Sebuah kisi difraksi memiliki 5000 goresan/cm. Jika cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 500 nm dilewatkan pada kisi tersebut, tentukan orde maksimum difraksi yang dapat diamati!
Jelaskan prinsip kerja kacamata 3D yang menggunakan filter polaroid, dan bagaimana hal tersebut memungkinkan kita melihat gambar tiga dimensi!
Mengapa lapisan tipis minyak di permukaan air menunjukkan warna-warni yang indah ketika terkena cahaya matahari? Jelaskan fenomena fisika di baliknya!

4. Soal Menjodohkan

Jodohkan istilah di kolom kiri dengan deskripsi atau konsep yang tepat di kolom kanan!

Interferensi konstruktif
Sudut Brewster
Difraksi
Hukum Malus
Polaroid

Pembelokan cahaya saat melewati celah atau penghalang.
Intensitas cahaya terpolarisasi setelah melewati analisator.
Terjadi ketika beda fase dua gelombang adalah kelipatan genap dari π.
Sudut datang di mana cahaya pantul terpolarisasi sempurna.
Filter yang digunakan untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi.

Kunci Jawaban

Pilihan Ganda

B (Penjelasan: Interferensi adalah penggabungan dua gelombang cahaya atau lebih yang menghasilkan pola terang dan gelap.)
B (Penjelasan: Rumus jarak antar pola adalah Δy = λL/d. Jika d (jarak antarcelah) diperkecil, maka Δy (jarak antar pola) akan membesar.)
C (Penjelasan: Untuk terang orde ke-3, y₃ = 3λL/d. Diketahui y₃ = 7,5 × 10⁻³ m, d = 0,2 × 10⁻³ m, L = 1 m. Maka λ = (y₃d) / (3L) = (7,5 × 10⁻³ × 0,2 × 10⁻³) / (3 × 1) = 0,5 × 10⁻⁶ m = 500 nm.)
A (Penjelasan: Interferensi minimum terjadi jika beda lintasan adalah (m + 1/2)λ, yang berarti kelipatan ganjil dari setengah panjang gelombang.)
C (Penjelasan: Warna-warni pada gelembung sabun atau lapisan minyak adalah akibat interferensi cahaya yang dipantulkan oleh dua permukaan tipis.)
D (Penjelasan: Difraksi adalah peristiwa pembelokan gelombang saat melewati celah sempit atau tepi penghalang.)
C (Penjelasan: Lebar terang pusat pada difraksi celah tunggal adalah dua kali lebar terang orde berikutnya.)
D (Penjelasan: Untuk gelap pertama pada celah tunggal, a sin θ = mλ dengan m=1. Untuk sudut kecil, sin θ ≈ y/L. Jadi a(y/L) = λ → y = λL/a. Diketahui λ = 600 × 10⁻⁹ m, L = 2 m, a = 0,1 × 10⁻³ m. Maka y = (600 × 10⁻⁹ × 2) / (0,1 × 10⁻³) = 12 × 10⁻³ m = 12 mm.)
D (Penjelasan: Semakin banyak goresan per satuan panjang, konstanta kisi d = 1/N makin kecil. Ini menyebabkan sudut difraksi makin besar dan pola terang makin menyebar dan tajam.)
D (Penjelasan: Cahaya tak terpolarisasi memiliki arah getar medan listrik yang acak di semua arah tegak lurus arah rambat gelombang.)
A (Penjelasan: Polarisasi hanya dapat terjadi pada gelombang transversal, di mana arah getar tegak lurus arah rambat.)
D (Penjelasan: Menurut hukum Brewster, pada sudut polarisasi, cahaya pantul dan cahaya bias saling tegak lurus (membentuk sudut 90°).)
B (Penjelasan: Ketika cahaya tak terpolarisasi melewati polarisator ideal, intensitasnya berkurang menjadi setengah karena hanya komponen yang sejajar sumbu transmisi yang dilewatkan.)
B (Penjelasan: Hukum Malus berlaku untuk cahaya yang sudah terpolarisasi setelah melewati polarisator, sebelum melewati analisator.)
D (Penjelasan: Difraksi adalah pembelokan cahaya, bukan mekanisme untuk menghasilkan polarisasi. Polarisasi dapat terjadi karena penyerapan selektif, pemantulan, pembiasan ganda, dan hamburan.)
C (Penjelasan: Interferensi destruktif terjadi ketika beda fase antara dua gelombang adalah kelipatan ganjil dari π (misalnya π, 3π, 5π, …), yang berarti salah satu gelombang adalah 180° berlawanan fase dengan yang lain.)
B (Penjelasan: Cincin terang pada cincin Newton disebabkan oleh interferensi konstruktif dari cahaya yang dipantulkan.)
D (Penjelasan: Difraksi adalah fenomena gelombang yang menunjukkan bahwa cahaya dapat dibelokkan saat melewati celah atau tepi penghalang, sesuai dengan prinsip Huygens.)
A (Penjelasan: Menurut hukum Brewster, tan θ_p = n₂/n₁. Jika datang dari udara (n₁=1), maka tan θ_p = n₂. Diketahui θ_p = 53°, maka n₂ = tan 53° ≈ 1,327. Sudut bias (θ_r) dapat ditemukan dari θ_p + θ_r = 90°. Jadi θ_r = 90° – 53° = 37°.)
C (Penjelasan: Filter polaroid mengandung molekul-molekul panjang yang sejajar dan menyerap komponen medan listrik yang sejajar dengan molekul tersebut, sehingga hanya komponen tegak lurus yang diteruskan. Ini adalah prinsip penyerapan selektif.)

Isian Singkat

Koheren
Jarak antarcelah
1 (udara/vakum)
Dua
Transversal

Uraian

Interferensi konstruktif terjadi ketika dua gelombang bertemu dalam fase yang sama, sehingga amplitudo gelombang resultan menjadi maksimum (pola terang). Syaratnya adalah beda lintasan gelombang sama dengan kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombang (0, λ, 2λ, …). Interferensi destruktif terjadi ketika dua gelombang bertemu dalam fase yang berlawanan (beda fase 180°), sehingga amplitudo gelombang resultan menjadi minimum atau nol (pola gelap). Syaratnya adalah beda lintasan gelombang sama dengan kelipatan ganjil dari setengah panjang gelombang (λ/2, 3λ/2, 5λ/2, …).
Langit terlihat biru karena fenomena hamburan Rayleigh. Cahaya matahari yang masuk ke atmosfer dihamburkan oleh molekul-molekul udara. Cahaya biru (panjang gelombang pendek) dihamburkan lebih efektif daripada cahaya merah (panjang gelombang panjang). Oleh karena itu, lebih banyak cahaya biru yang tersebar ke segala arah, membuat langit tampak biru. Saat matahari terbit atau terbenam, cahaya harus menempuh jarak yang lebih jauh melalui atmosfer. Hampir semua cahaya biru telah dihamburkan menjauh dari garis pandang kita, menyisakan cahaya merah dan oranye yang kurang dihamburkan untuk mencapai mata kita, sehingga matahari tampak kemerahan.
Konstanta kisi (d) = 1 / (5000 goresan/cm) = 1 / (5000 × 100 goresan/m) = 1 / 500.000 m = 2 × 10⁻⁶ m. Panjang gelombang (λ) = 500 nm = 500 × 10⁻⁹ m. Untuk difraksi maksimum, d sin θ = mλ. Nilai maksimum sin θ adalah 1. Jadi, d × 1 = m_max × λ. m_max = d / λ = (2 × 10⁻⁶) / (500 × 10⁻⁹) = 2000 × 10⁻⁹ / 500 × 10⁻⁹ = 4. Jadi, orde maksimum difraksi yang dapat diamati adalah 4.
Kacamata 3D yang menggunakan filter polaroid bekerja berdasarkan prinsip polarisasi linear silang. Film 3D memproyeksikan dua gambar yang sedikit berbeda (untuk mata kiri dan kanan) secara bersamaan, namun masing-masing gambar dipolarisasi secara ortogonal (misalnya, satu vertikal dan satu horizontal). Lensa kacamata 3D juga memiliki filter polaroid dengan orientasi yang sama, sehingga lensa kiri hanya meloloskan gambar yang dipolarisasi vertikal dan lensa kanan hanya meloloskan gambar yang dipolarisasi horizontal. Otak kemudian menggabungkan kedua gambar ini menjadi satu persepsi kedalaman, menciptakan ilusi tiga dimensi.
Lapisan tipis minyak di permukaan air menunjukkan warna-warni karena fenomena interferensi lapisan tipis. Ketika cahaya matahari mengenai lapisan minyak, sebagian cahaya dipantulkan dari permukaan atas lapisan minyak dan sebagian lainnya menembus lapisan, dipantulkan dari permukaan bawah lapisan minyak (batas minyak-air). Kedua gelombang pantul ini kemudian berinterferensi. Karena ketebalan lapisan minyak bervariasi dan cahaya matahari terdiri dari berbagai panjang gelombang, kondisi interferensi konstruktif (terang) atau destruktif (gelap) akan berbeda untuk setiap panjang gelombang dan setiap titik pada lapisan. Ini menyebabkan warna-warna tertentu diperkuat atau dilemahkan di berbagai area, menghasilkan pola warna-warni yang indah.

Menjodohkan

Interferensi konstruktif – C. Terjadi ketika beda fase dua gelombang adalah kelipatan genap dari π.
Sudut Brewster – D. Sudut datang di mana cahaya pantul terpolarisasi sempurna.
Difraksi – A. Pembelokan cahaya saat melewati celah atau penghalang.
Hukum Malus – B. Intensitas cahaya terpolarisasi setelah melewati analisator.
Polaroid – E. Filter yang digunakan untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi.