Untuk membantu Anda menguasai materi ini, kami telah menyusun koleksi 32 soal fisika polarisasi terlengkap, mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga mencocokkan. Soal-soal ini dirancang untuk menguji pemahaman Anda tentang hukum-hukum penting seperti Hukum Brewster dan Hukum Malus, serta berbagai metode polarisasi. Siap mengasah kemampuan Anda? Mari kita mulai petualangan belajar ini dan taklukkan polarisasi cahaya!
Kumpulan Contoh Soal TERBONGKAR! 32 Soal Fisika Polarisasi Paling Sering Keluar Ujian – Dijamin Paham!
Pilihan Ganda
1. 1. Gelombang cahaya dikatakan terpolarisasi linear jika:
A. Arah getar medan listriknya selalu berubah.
B. Arah getar medan listriknya tetap pada satu bidang.
C. Arah getar medan magnetnya selalu berubah.
D. Arah getar medan magnetnya tetap pada satu bidang.
2. 2. Hukum Malus menyatakan bahwa intensitas cahaya terpolarisasi yang melewati penganalisis adalah:
A. I = I₀ sin²θ
B. I = I₀ cos²θ
C. I = I₀ tan²θ
D. I = I₀ / cos²θ
3. 3. Sudut Brewster adalah sudut datang di mana cahaya pantul terpolarisasi sempurna. Pada sudut ini, sudut antara cahaya pantul dan cahaya bias adalah:
A. 0°
B. 45°
C. 90°
D. 180°
4. 4. Jika cahaya tak terpolarisasi dengan intensitas I₀ melewati sebuah polarisator, intensitas cahaya yang ditransmisikan adalah:
A. I₀
B. I₀ / 2
C. I₀ / 4
D. 0
5. 5. Polarisasi cahaya dapat terjadi melalui beberapa metode, kecuali:
A. Refleksi
B. Absorpsi
C. Difraksi
D. Hamburan
6. 6. Bahan yang memiliki kemampuan untuk menyerap satu komponen polarisasi cahaya dan melewatkan komponen lainnya disebut:
A. Prisma
B. Polarisator
C. Lensa
D. Cermin
7. 7. Kacamata 3D pasif bekerja menggunakan prinsip polarisasi:
A. Linear
B. Lingkar
C. Eliptik
D. Acak
8. 8. Sudut polarisasi (sudut Brewster) untuk cahaya yang datang dari udara (n₁=1) ke air (n₂=1,33) adalah sekitar:
A. 37,5°
B. 48,6°
C. 53,1°
D. 60,0°
9. 9. Jika dua polarisator diletakkan sedemikian rupa sehingga sumbu transmisinya saling tegak lurus, maka cahaya terpolarisasi yang melewatinya akan memiliki intensitas:
A. Maksimum
B. Minimum (nol)
C. Setengah dari intensitas awal
D. Seperempat dari intensitas awal
10. 10. Fenomena langit terlihat biru disebabkan oleh polarisasi cahaya melalui:
A. Refleksi
B. Absorpsi
C. Hamburan Rayleigh
D. Bias ganda
11. 11. Sebuah berkas cahaya tak terpolarisasi dengan intensitas I₀ dilewatkan melalui dua polarisator. Polarisator pertama memiliki sumbu transmisi vertikal. Polarisator kedua memiliki sumbu transmisi 60° terhadap vertikal. Intensitas cahaya akhir adalah:
A. I₀/2
B. I₀/4
C. I₀/8
D. I₀/16
12. 12. Material optik yang dapat mempolarisasi cahaya dengan menyerap komponen polarisasi tertentu disebut memiliki sifat:
A. Refleksi internal total
B. Dispersi
C. Dichroism
D. Interferensi
13. 13. Pada polarisasi oleh refleksi, cahaya pantul terpolarisasi sempurna ketika:
A. Sudut datang sama dengan sudut bias.
B. Sudut datang lebih besar dari sudut kritis.
C. Sudut datang sama dengan sudut Brewster.
D. Sudut datang 0°.
14. 14. Polarisasi bias ganda (birefringence) terjadi pada bahan-bahan seperti:
A. Kaca
B. Air
C. Kalsit
D. Logam
15. 15. Cahaya dari sumber lampu pijar umumnya bersifat:
A. Terpolarisasi linear
B. Terpolarisasi sirkular
C. Tak terpolarisasi
D. Terpolarisasi eliptik
16. 16. Jika indeks bias suatu medium adalah 1,5, maka sudut Brewster untuk cahaya yang datang dari udara ke medium tersebut adalah:
A. arctan(1,5)
B. arcsin(1,5)
C. arccos(1,5)
D. arctan(1/1,5)
17. 17. Fungsi utama penganalisis (analyzer) dalam percobaan polarisasi adalah:
A. Untuk mempolarisasi cahaya tak terpolarisasi.
B. Untuk mendeteksi arah polarisasi cahaya.
C. Untuk mengubah frekuensi cahaya.
D. Untuk meningkatkan intensitas cahaya.
18. 18. Sebuah berkas cahaya terpolarisasi linear dengan intensitas I₀ melewati penganalisis. Jika sudut antara arah polarisasi cahaya dan sumbu transmisi penganalisis adalah 30°, maka intensitas cahaya yang ditransmisikan adalah:
A. I₀/2
B. 3I₀/4
C. I₀/4
D. I₀/8
19. 19. Polarisasi cahaya terjadi karena cahaya adalah gelombang:
A. Longitudinal
B. Transversal
C. Mekanik
D. Suara
20. 20. Jika cahaya melewati tiga polarisator berturut-turut. Polarisator pertama dan kedua memiliki sumbu transmisi yang sejajar. Polarisator ketiga memiliki sumbu transmisi tegak lurus terhadap kedua polarisator sebelumnya. Jika intensitas awal I₀, berapakah intensitas akhir?
A. I₀/2
B. I₀/4
C. 0
D. I₀/8
Isian Singkat
1. 1. Sebutkan nama hukum yang menjelaskan hubungan antara intensitas cahaya terpolarisasi yang melewati penganalisis dengan sudut antara sumbu transmisi polarisator dan penganalisis.
2. 2. Berapa intensitas cahaya tak terpolarisasi yang ditransmisikan setelah melewati sebuah polarisator tunggal?
3. 3. Jika cahaya datang pada sudut Brewster, berapa sudut antara cahaya pantul dan cahaya bias?
4. 4. Apa nama fenomena di mana kristal tertentu dapat memecah cahaya tak terpolarisasi menjadi dua berkas terpolarisasi linear yang saling tegak lurus?
5. 5. Tuliskan rumus untuk menghitung sudut Brewster.
Uraian
1. 1. Jelaskan secara singkat empat metode utama untuk mempolarisasi cahaya!
2. 2. Sebuah berkas cahaya tak terpolarisasi dengan intensitas 100 W/m² melewati dua polarisator. Sumbu transmisi polarisator pertama vertikal. Polarisator kedua diputar sehingga sumbu transmisinya membentuk sudut 45° terhadap vertikal. Hitung intensitas cahaya yang keluar dari polarisator kedua!
3. 3. Jelaskan bagaimana kacamata 3D pasif menggunakan prinsip polarisasi untuk menciptakan ilusi kedalaman!
4. 4. Derivasi Hukum Brewster (tan θp = n₂/n₁)! Asumsikan cahaya datang dari medium 1 (n₁) ke medium 2 (n₂).
5. 5. Bandingkan dan kontraskan cahaya tak terpolarisasi dengan cahaya terpolarisasi linear, termasuk bagaimana medan listriknya bergetar dan contoh sumbernya!
Mencocokkan
1. Cocokkan istilah di kolom kiri dengan definisinya di kolom kanan:
1. Hukum Malus
2. Sudut Brewster
3. Dichroism
4. Polarisator
A. Perangkat yang menghasilkan cahaya terpolarisasi dari cahaya tak terpolarisasi.
B. Sudut datang di mana cahaya pantul terpolarisasi sempurna dan tegak lurus terhadap cahaya bias.
C. Fenomena material yang menyerap cahaya secara berbeda tergantung pada polarisasinya.
D. Hubungan antara intensitas cahaya terpolarisasi yang melewati penganalisis dan sudut antara sumbu transmisi.
2. Cocokkan fenomena polarisasi di kolom kiri dengan contoh atau aplikasinya di kolom kanan:
1. Polarisasi oleh Hamburan
2. Polarisasi oleh Refleksi
3. Polarisasi oleh Absorpsi
4. Polarisasi Bias Ganda
A. Kacamata hitam polaroid
B. Warna biru langit
C. Pengurangan silau dari permukaan air
D. Kristal kalsit
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. B
Pembahasan: Cahaya terpolarisasi linear memiliki arah getar medan listrik yang terbatas pada satu bidang saja.
2. B
Pembahasan: Hukum Malus menyatakan I = I₀ cos²θ, di mana I₀ adalah intensitas cahaya setelah melewati polarisator dan θ adalah sudut antara sumbu transmisi polarisator dan penganalisis.
3. C
Pembahasan: Pada sudut Brewster, cahaya pantul terpolarisasi sempurna dan tegak lurus (90°) terhadap cahaya bias.
4. B
Pembahasan: Polarisator akan melewatkan setengah dari intensitas cahaya tak terpolarisasi karena hanya komponen medan listrik yang sejajar dengan sumbu transmisinya yang dilewatkan.
5. C
Pembahasan: Difraksi adalah pembelokan cahaya saat melewati celah atau penghalang, bukan metode polarisasi. Metode polarisasi meliputi refleksi, absorpsi (dichroism), hamburan, dan bias ganda.
6. B
Pembahasan: Polarisator adalah perangkat optik yang menghasilkan cahaya terpolarisasi dari cahaya tak terpolarisasi.
7. A
Pembahasan: Kacamata 3D pasif umumnya menggunakan polarisasi linear atau polarisasi melingkar untuk memisahkan gambar yang ditujukan untuk mata kiri dan kanan.
8. C
Pembahasan: tan θp = n₂/n₁ = 1,33/1 = 1,33. θp = arctan(1,33) ≈ 53,1°.
9. B
Pembahasan: Jika θ = 90° (tegak lurus), cos²(90°) = 0, sehingga intensitas cahaya yang ditransmisikan adalah nol.
10. C
Pembahasan: Warna biru langit disebabkan oleh hamburan Rayleigh, di mana komponen cahaya biru dari sinar matahari lebih banyak dihamburkan oleh molekul-molekul udara, menyebabkan cahaya terpolarisasi.
11. C
Pembahasan: Setelah polarisator pertama, intensitas menjadi I₁ = I₀/2. Setelah polarisator kedua, I₂ = I₁ cos²(60°) = (I₀/2) * (1/2)² = (I₀/2) * (1/4) = I₀/8.
12. C
Pembahasan: Dichroism adalah sifat beberapa material untuk menyerap cahaya secara berbeda tergantung pada polarisasinya, yang digunakan dalam polarisator absorptif.
13. C
Pembahasan: Cahaya pantul terpolarisasi sempurna ketika sudut datang sama dengan sudut Brewster.
14. C
Pembahasan: Kalsit (CaCO₃) adalah contoh kristal yang menunjukkan fenomena bias ganda, di mana cahaya tak terpolarisasi terbagi menjadi dua berkas terpolarisasi linear dengan arah getar yang saling tegak lurus.
15. C
Pembahasan: Cahaya dari sumber konvensional seperti lampu pijar atau matahari adalah tak terpolarisasi, yang berarti arah getar medan listriknya acak dan berubah-ubah.
16. A
Pembahasan: Menurut Hukum Brewster, tan θp = n₂/n₁, di mana n₁=1 (udara) dan n₂=1,5. Jadi, θp = arctan(1,5).
17. B
Pembahasan: Penganalisis digunakan untuk menentukan arah polarisasi cahaya yang telah terpolarisasi oleh polarisator atau sumber lainnya.
18. B
Pembahasan: Menggunakan Hukum Malus: I = I₀ cos²(30°) = I₀ * (√3/2)² = I₀ * (3/4) = 3I₀/4.
19. B
Pembahasan: Polarisasi hanya dapat terjadi pada gelombang transversal, di mana arah getar partikel tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik transversal.
20. C
Pembahasan: Setelah P1, intensitas menjadi I₀/2. Karena P2 sejajar dengan P1, intensitas tetap I₀/2. Namun, P3 tegak lurus terhadap P1 dan P2 (θ = 90°), sehingga I = (I₀/2) cos²(90°) = 0.
Isian Singkat
1. Hukum Malus
2. Setengah dari intensitas awal (I₀/2)
3. 90°
4. Bias ganda (birefringence)
5. tan θp = n₂/n₁
Uraian
1. Empat metode utama polarisasi cahaya adalah:
a. Polarisasi oleh Refleksi: Terjadi ketika cahaya tak terpolarisasi mengenai permukaan non-logam pada sudut tertentu (sudut Brewster), menyebabkan cahaya pantul terpolarisasi sempurna.
b. Polarisasi oleh Absorpsi (Dichroism): Terjadi pada material tertentu (misalnya polaroid) yang menyerap komponen medan listrik yang sejajar dengan sumbu optiknya dan melewatkan komponen yang tegak lurus.
c. Polarisasi oleh Hamburan: Terjadi ketika cahaya melewati partikel-partikel kecil (misalnya molekul udara), yang menghamburkan cahaya ke berbagai arah, menyebabkan cahaya yang dihamburkan terpolarisasi.
d. Polarisasi oleh Bias Ganda (Birefringence): Terjadi pada kristal anisotropik (misalnya kalsit) yang memiliki dua indeks bias berbeda, sehingga memecah cahaya tak terpolarisasi menjadi dua berkas terpolarisasi linear yang saling tegak lurus.
2. Diketahui:
Intensitas cahaya tak terpolarisasi awal (I₀) = 100 W/m²
Sudut antara sumbu transmisi polarisator pertama dan kedua (θ) = 45°
Langkah 1: Intensitas setelah polarisator pertama (I₁)
Ketika cahaya tak terpolarisasi melewati polarisator tunggal, intensitasnya menjadi setengah.
I₁ = I₀ / 2 = 100 W/m² / 2 = 50 W/m²
Langkah 2: Intensitas setelah polarisator kedua (I₂)
Menggunakan Hukum Malus: I₂ = I₁ cos²θ
I₂ = 50 W/m² * cos²(45°)
I₂ = 50 W/m² * (1/√2)²
I₂ = 50 W/m² * (1/2)
I₂ = 25 W/m²
Jadi, intensitas cahaya yang keluar dari polarisator kedua adalah 25 W/m².
3. Kacamata 3D pasif bekerja dengan menggunakan prinsip polarisasi linear atau sirkular. Dua gambar yang sedikit berbeda diproyeksikan secara bersamaan ke layar, masing-masing terpolarisasi dengan arah yang berbeda (misalnya, satu gambar terpolarisasi vertikal dan yang lain horizontal, atau satu searah jarum jam dan yang lain berlawanan jarum jam untuk polarisasi sirkular). Kacamata 3D memiliki lensa yang juga terpolarisasi secara berbeda untuk setiap mata, sesuai dengan polarisasi gambar yang diproyeksikan. Lensa kiri hanya akan melewatkan gambar yang terpolarisasi untuk mata kiri, dan lensa kanan hanya untuk mata kanan. Otak kemudian menggabungkan kedua gambar yang sedikit berbeda ini, menciptakan persepsi kedalaman dan ilusi 3D.
4. Menurut Hukum Snellius, n₁ sin θp = n₂ sin θt, di mana θp adalah sudut datang (sudut Brewster) dan θt adalah sudut bias. Pada sudut Brewster, cahaya pantul terpolarisasi sempurna, dan berkas pantul tegak lurus terhadap berkas bias. Ini berarti θp + θt = 90°, atau θt = 90° – θp.
Substitusikan θt ke dalam Hukum Snellius:
n₁ sin θp = n₂ sin (90° – θp)
Kita tahu bahwa sin (90° – x) = cos x. Jadi:
n₁ sin θp = n₂ cos θp
Bagi kedua sisi dengan n₁ cos θp (asumsikan cos θp ≠ 0):
sin θp / cos θp = n₂ / n₁
tan θp = n₂ / n₁
Ini adalah Hukum Brewster.
5. Perbandingan Cahaya Tak Terpolarisasi dan Cahaya Terpolarisasi Linear:
1. **Cahaya Tak Terpolarisasi:**
* **Getaran Medan Listrik:** Medan listriknya bergetar ke segala arah tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Arah getaran ini berubah secara acak dan cepat seiring waktu.
* **Contoh Sumber:** Matahari, lampu pijar, lampu neon, kebanyakan sumber cahaya alami dan buatan.
* **Sifat:** Tidak ada arah getar preferensial.
2. **Cahaya Terpolarisasi Linear:**
* **Getaran Medan Listrik:** Medan listriknya bergetar hanya pada satu bidang tunggal, tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Arah getaran ini tetap konstan.
* **Contoh Sumber:** Cahaya yang melewati polarisator, cahaya pantul pada sudut Brewster, cahaya laser (seringkali terpolarisasi secara alami), cahaya yang dihamburkan di atmosfer.
* **Sifat:** Memiliki arah getar yang spesifik dan terbatas pada satu bidang.
Mencocokkan
1. 1-D, 2-B, 3-C, 4-A
2. 1-B, 2-C, 3-A, 4-D