OPTIKA FISIS

OPTIKA FISIS
A. Interferensi Cahaya :
Perpaduan antara dua atau lebih gelombang cahaya yang menghasilkan pola tertentu.
Untuk pengamatan Interferensi gelombang cahaya, agar hasilnya dapat diamati diperlukan
syarat, bahwa Cahaya harus bersifat “Koheren”, artinya cahaya memiliki frekuensi dan
amplitudo sama serta beda fase tetap.
Cara mendapatkan Cahaya Koheren :
a. Dengan Cermin Fresnell :
Susunan dua cermin yang membentuk sudut hamper 1800, sehingga menghasilkan dua
sumber cahaya Maya.
Perhatikan gambar !
Cermin Fresnell
Celah Ganda Young
Layar Putih
Layar Putih
S1
S1
d
S2
S2
S1 dan S2 = Sumber Cahaya Maya
b. Dengan Celah Ganda Young :
Dua celah sejajar yang berjarak tertentu, sehingga jika diberikan sinar dari satu sumber
cahaya akan menghasilkan dua sumber cahaya (S1 dan S2 ). Perhatikan gambar diatas.
Hasil Interferensi Cahaya Koheren adalah :
1. Interferensi Maximum :
Dihasilkan jika kedua sumber cahaya koheren memiliki fase searah ( arah getar searah).
Hasil interferensi berupa garis terang pada layar.
2. Interferensi Minimum :
Dihasilkan jika kedua sumber cahaya koheren memiliki fase berlawanan ( arah getar
berlawanan). Hasil interferensi berupa garis gelap pada layar.
Terbentuknya Garis Terang dari hasil Interferensi Maximum :
L
Layar Putih
S
A
B’

d
Terang Pusat

p
B
P
Secara Matematis berlaku :
S = d. sin 
Secara Fisis, agar terjadi interferensi maximum di layar, berlaku :
S = n. 
atau
S = 2.n. ½.
1
Substitusi dari dua persamaan diatas, menghasilkan persamaan untuk Interferensi Maximum
Cahaya :
d. sin  = n. 
d. sin  = 2.n. ½.
atau
Untuk sudut  yang kecil, berlaku Sin  = Tg , sehingga berlaku :
p
Sin  
L
Maka diperoleh persamaan Interferensi Maximum Cahaya pada Layar :
d.p
d.p
1
 n.
 2.n. 
atau
L
L
2
Keterangan :
n = Orde terang, dimana n = 0, 1, 2, 3, ….
n = 0 , Terang pusat
n = 1 , Terang ke 1
n = 2 , Terang ke 2, dst
d = Jarak antara dua celah (m)
p = Jarak terang pusat ke terang ke n (m)
L = Jarak celah ke layer (m)
 = Panjang gelombang cahaya (m)
L
Layar Putih
S
B’
A

d
Terang Pusat

p
B
P
Secara Matematis berlaku :
S = d. sin 
Secara Fisis, agar terjadi interferensi Minimum di layar, berlaku :
S = (n – ½).
S = (2.n – 1). ½.
atau
Substitusi dari dua persamaan diatas, menghasilkan persamaan untuk Interferensi Minimum
Cahaya :
d. sin  = (n – ½).
d. sin  = (2.n – 1). ½.
atau
Untuk sudut  yang kecil, berlaku Sin  = Tg , sehingga berlaku :
p
Sin  
L
Maka diperoleh persamaan Interferensi Minimum Cahaya pada Layar :
d.p
1
d.p 
1
 2.n  1. 
  n  .
atau
L
2
L 
2
Keterangan :
n = Orde gelap, dimana n = 1, 2, 3, ….
n = 1 , gelap ke 1
n = 2 , gelap ke 2, dst
d = Jarak antara dua celah (m)
p = Jarak terang pusat ke gelap ke n (m)
L = Jarak celah ke layar (m)
 = Panjang gelombang cahaya (m)
2
Secara umum hasil interferensi celah ganda berupa garis terang gelap yang berada di sebelah
kiri dan kanan terang pusat yang dapat dilukiskan :
T2
g2
T1
g1
Terang Pusat
g1
T1
g2
T2
B. Difraksi Pada Kisi :
Kisi adalah kumpulan sederetan celah yang mana lebar celah dan penutupnya sama besar.
Perhatikan Gambar di bawah !
Hubungan antara d dan N :
1
d
d
N
N
d = lebar celah dan penutupnya (m)
N = Jumlah celah tiap satuan panjang ( garis/m)
Hasil Difraksi pada Kisi sama dengan hasil Interferensi pada celah ganda, hanya intensitas
cahaya hasil interferensi akan menjadi lebih terang karena berasal dari banyak sinar yang
berasal dari kisi. Perhatikan Ilustrasi di bawah ini !
Layar
Terang Pusat
Interferensi maximum (garis terang) terjadi jika memenuhi persamaan :
d. sin  = n. 
d. sin  = 2.n. ½.
atau
atau :
d.p
 n.
L
atau
d.p
1
 2.n. 
L
2
Keterangan :
n = Orde terang, dimana n = 0, 1, 2, 3, ….
n = 0 , Terang pusat
n = 1 , Terang ke 1
n = 2 , Terang ke 2, dst
d = konstanta kisi / lebar celah (m)
p = Jarak terang pusat ke terang ke n (m)
L = Jarak celah ke layar (m)
 = Panjang gelombang cahaya (m)
3
Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika memenuhi persamaan :
d. sin  = (n – ½).
d. sin  = (2.n – 1). ½.
atau
atau
d.p 
1
atau
  n  .
L 
2
Keterangan :
n = Orde gelap, dimana n = 1, 2, 3, ….
n = 1 , Terang ke 1
n = 2 , Terang ke 2, dst
d.p
1
 2.n  1. 
L
2
d = konstanta kisi / lebar celah (m)
p = Jarak terang pusat ke gelap ke n (m)
L = Jarak celah ke layar (m)
 = Panjang gelombang cahaya (m)
C. Difraksi Celah Tunggal :
Jika cahaya melewati celah sempit, maka cahaya akan mengalami pelenturan atau difraksi.
Cahaya yang datang pada kisi menurut Huygens dalam teori gelombangnya dapat dianggap
sebagai sumber-sumber cahaya baru yang bersifat Koheren, sehingga sinar dari sumbersumber cahaya tersebut akan mengalami difraksi dan bertemu di suatu titik dilayar
(interferensi).
Perhatikan gambar di bawah ini !
S
A
½.d
d
B
Terang pusat


C
p
Keterangan :
Sinar dari A akan berpasangan dengan sinar dari B dan sinar di bawah A akan berpasangan
dengan sinar di bawah B dan seterusnya sehingga menghasilkan pola interferensi tertentu di
layar.
Jika secara matematis : S = d.sin  dan secara fisika : S = n. , maka sinar dari A dan B
akan memiliki beda lintasan sebesar ½., sehingga akan terjadi garis gelap di layar.
Secara umum, Garis gelap di layar terjadi jika memenuhi syarat :
d = lebar celah dari celah tunggal (m)
 = Panjang gelombang cahaya (m)
d.sin  = n. 
 = Sudut difraksi
Jika sin  = tg  = p/L, maka persamaannya menjadi :
p = jarak garis gelap ke n terhadap terang pusat (m)
L = Jarak celah tunggal ke layar (m)
d.p
 n.
n = Orde gelap ( 1, 2, 3, ……)
L
Dengan asumsi sama Garis terang akan terjadi jika :
d = lebar celah dari celah tunggal (m)
 = Panjang gelombang cahaya (m)
d.sin  = (2n -1). ½.  = Sudut difraksi
Jika sin  = tg  = p/L, maka persamaannya menjadi :
p = jarak garis terang ke n terhadap terang pusat (m)
L = Jarak celah tunggal ke layar (m)
d.p
1
 (2n  1). 
n = Orde terang ( 1, 2, 3, ……)
L
2
4
5
D. Daya Urai Lensa :
Jika kita perhatikan dua lampu mobil yang lagi menyala dari tempat yang sangat jauh di jalan
yang lurus, akan terlihat cahaya lampu tersebut hanya sebagai sebuah nyala lampu, namun
lama kelamaan semakin dekat akan terlihat menjadi dua nyala lampu pada jarak tertentu dan
semakin dekat semakin jelas dan semakin lebar jarak antara ke dua lampu, sehingga pada
jarak yang dekat jarak yag terlihat seperti jarak yang sebenarnya. Mengapa demikian ?
Hal ini disebabkan adanya keterbatasan mata kita untuk membedakan dua benda sebagai du
benda yang berjarak tertentu. Dikatakan Lensa mata memiliki Daya Urai yang terbatas.
Keterbatasan kemampuan Lensa mata untuk membedakan dua benda sebagai dua benda
disebabkan oleh factor :
1. Jarak benda terhadap mata
2. Jarak kedua benda itu sendiri
3. Panjang gelombang cahaya
4. Lebar diafragma / bukaan lensa
Daya Urai Lensa adalah kemampuan lensa / alat optik untuk membedakan dua benda terlihat
pada jarak terdekatnya dilihat dari jarak paling jauh.
Menurut Airy, dinyatakan :
Juga berlaku pada sudut yang kecil,
L
d
sin  = Tg   , maka :
S1
L
1,22..L
d
d

D
n.D
S2
Berlaku :
1,22.
Sin  
n.D
Untuk sudut yang kecil sin  = (rad), sehingga :
1,22.
 rad 
n.D
6
d = jarak antara dua benda ( m )
D = lebar diafragma lensa ( m )
L = jarak benda ke lensa ( m )
n = Indeks bias medium
 = sudut pandang benda ( rad )
 = panjang gelombang cahaya (m)
E. Polarisasi :
Jika kita menggunakan kacamata hitam saat mengendarai kendaraan jarak jauh di saat terik
matahari kita akan merasa lebih nyaman, dan mata kita tidak terlihat dari luar. Ini adalah
contoh adanya peristiwa Polarisasi cahaya.
Polarisasi adalah Perisitwa terserapnya sebagian arah getar cahaya oleh suatu medium atau
zap optik.
Cahaya dibedakan menjadi :
1. Cahaya alami :
Cahaya yang memiliki semua arah getar
Dilambangkan :
atau :
Arah rambat
2. Cahaya Terpolarisasi :
Cahaya yang kehilangan sebagian arah getarnya
Dilambangkan :
atau
Cahaya terpolarisasi akan melewati sebuah bidang khayal yang disebut dengan Bidang
Polarisasi.

Cara mendapatkan Cahaya Terpolarisasi :
1. Pemantulan :
Cahaya yang datang dengan sudut tertentu akan mengalami polarisasi. Sudut datang yang
menyebabkan cahaya terpolarisasi disebut Sudut Datang Polarisasi ( ip)
N
ip i p
2. Pemantulan dan Pembiasan :
N
Sinar pantul
ip ip
Pada peristiwa pembiasan dan pemantulan
berlaku Sinar pantul dan sinar bias saling
tegak lurus ( membentuk sudut 900 ),
sehingga berlaku :
ip + r = 900 sehingga r = 900 - ip
Menurut Hukum Snellius :
r
n 12 
Sinar bias
Sin .i p
Sin .r
Dengan Sin r = Sin (900-ip) = Cos ip, maka, diperoleh :
n 12 
Sin .i p
Cos.i p
sehingga menjadi :
n 12  Tg .i p
Persamaan terakhri ini dikenal dengan Hukum Brawster yang menyatakan :
Besarnya indeks bias medium sama dengan harta Tangen dari sudut datang
polarisasi.
Keterangan : n12 = indeks bias relative medium 2 terhadap medium 1
ip = sudut datang polarisasi
7
3. Pembiasan Kembar ( Bias Kembar ) :
Cahaya yang datang pada zat tertentu dapat mengalami pembiasan kembar dimana
sebagian cahaya diteruskan dan sebagian cahaya dibiaskan sesuai dengan hukum
Snellius.
N
Cahaya yang dibiaskan disebut
disebut cahaya biasa ( ordinary)
dan cahaya yang diteruskan
disebut cahaya luar biasa (extra
ordinary).
Chy Extra ordinary
Chy ordinary
4. Absorbsi selektif :
Jika zat optic yang dapat menghasilkan bias kembar di buat sebuah prisma dan kemudian
dilekatkan kembali maka akan terbentuk sebuah Prisma Nicol. Dengan menggunakan
Prisma Nicol cahaya alami akan dibiaskan kembar dan cahaya biasa akan terserap dan
cahaya luar biasa akan diteruskan melewati bidang batas prisma sehingga akan keluar
menjadi Cahaya Terpolarisasi. Jadi Prisma Nicol dapat digunakan untuk menghasilkan
Cahaya Terpolarisasi. Secara umum zat yang dapat menghasilkan cahaya terpolarisasi
disebut dengan Polaroid.
Menurut
fungsinya
Polaroid
dibedakan :
Cahaya
1. Polarisator
Berfungsi untuk menghasilkan
Terpolarisasi
cahaya terpolarisasi
2. Analisator
Berfungsi untuk menguji apakah
cahaya terpolarisasi atau tidak.

Io
I’ = …?
I = ½.Io
Polarisator
Analisator
Kita tahu bahwa Intensitas gelombang sebanding dengan kuadrat Amplitudo sehingga :
I  A2, maka :
Sehingga :
A

I ' A '2

I A2
A’
Hasilnya :
I '  I.Cos 2 
Dari gambar diatas, berlaku :
A’ = A.Cos 
atau
I '  I 0 .Cos 2 
I0 = Intensitas cahaya sebelum melewati polarisator
I = Intensitas cahaya setelah melewati polarisator
I’ = Intensitas cahaya setelah melewati analisator
 = Sudut antara polarisator dan analisator
5. Hamburan
Cahaya matahari yang datang dari angkasa memasuki udara akan mengalami penyerapan
oleh materi materi di udara sehingga tidak semua intensitas cahaya tersebut sampai ke
bumi. Berkurangnya intensitas ini menyebabkan terjadinya polarisasi cahaya tersebut.
***** Kebenaran adalah hal yang mudah dibicarakan *****
***** tetapi sulit untuk dilakukan *****
8
Soal Soal Optika Fisis
1. Pola interferensi yang dilihat pada layar dalam percobaan celah ganda Young adalah fakta
bahwa cahaya :
1. terdiri atas foton-foton
2. merambat dalam garis lurus
3. memiliki sifat seperti gelombang
pernyataan yang benar ….
a. 1, 2, dan 3
b. 2 dan 3
c. 3 saja
d. 1 dan 2
e. 1 saja
2. Jika jarak pisah antara dua celah dalam percobaan Young dijadikan setengah kalinya dan
jarak antara celah ke layar dijadikan dua kalinya, maka jarak dua pita terang berdekatan ….
a. ¼ kali
c. tak berubah
e. 4 kali
b. ½ kali
d. 2 kali
3. Pada percobaan Young saat digunakan cahaya dengan panjang gelombang 4800 Å, jarak
pisah pita terang ke 1 terhadap terang pusat adalah 0,0240 m, Jika cahaya diganti dengan
panjang gelombang 6100 Å, maka jarak pisah pita terang ke 1 terhadap terang pusat sekarang
adalah ….
a. 1,50 cm
c. 3,05 cm
e. 6,10 cm
b. 2,40 cm
d. 4,80 cm
4. Pada percobaan Young dengan dua celah yang berjarak 0,3 mm diletakkan layar pada jarak
1 m dari celah tersebut, sehingga menghasilkan garis terang pertama 1,5 mm dari terang
pusat, maka panjang gelombang cahayanya adalah ….
a. 4,5 x 10-3 m
c. 4,5 x 10-5 m
e. 4,5 x 10-7 m
-4
-6
b. 4,5 x 10 m
e. 4,5 x 10 m
5. Pada percobaan Young jika jarak antara dua celah dijadikan dua kalinya, maka jarak antara
dua garis gelap berturutan menjadi ….
a. 4 kali
c. ½ kali
e. tetap tak berubah
b. 2 kali
d. ¼ kali
6. Pada percobaan Young, dua celah sempit dengan jarak 1 mm ditempatkan sejauh 200 cm dari
sebuah layar. Jika jarak garis gelap terdekat ke pusat pola interferensi 0,56 mm, maka
panjang gelombang yang dipakai adalah ….
a. 1120 Å
c. 1866 Å
e. 5600 Å
b. 1400 Å
d. 2800 Å
7. Jarak antara dua celah pada percobaan Young adalah 3 mm, dan jarak celah ke layar 3 m.
Jika cahaya yang datang memiliki panjang gelombang 6000 Å,maka jarak antara garis gelap
ke tiga dari terang pusat adalah….
a. 1 mm
c. 1,8 mm
e. 3 mm
b. 1,5 mm
d. 2 mm
8. Pada percobaan Fresnel digunakan dua sumber cahaya maya yang berjarak 4 mm,
menghasilkan 41 garis gelap tiap cm pada layar. Jika jarak layar ke cermin 2,5 m, maka
panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah ….
a. 4000 Å
c. 5640 Å
e. 6000 Å
b. 4200 Å
d. 5800 Å
9. Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 5 x 10-7 m datang tegak lurus
pada kisi difraksi. Spektrum orde kedua membentuk sudut 300 dengan garis normal, maka
jumlah garis per cm kisi adalah ….
a. 2 x 103.
c. 5 x 103.
e. 2 x 104.
3
4
b. 4 x 10 .
d. 5 x 10 .
10. Cahaya hijau dengan panjang gelombang 5400 Angstrom didifraksikan oleh kisi dari 2000
garis/cm. Spektrum orde tertinggi yang diamati adalah ….
a. 5
b. 7
c. 8
d. 9
e. 10
11. Kisi difraksi yang sama digunakan dengan dua cahaya dengan panjang gelombang A dan B.
Garis terang keempat cahaya A tepat berimpit dengan garis terang ke tiga cahaya B, maka
nilai perbandingan A / B adalah ….
a. 2
b. 3
c. 4
d. 3
e. 4
3
4
3
2
9
9
12. Seberkas cahaya jatuh pada kisi difraksi yang terdiri dari 5000 celah tiap cm. Sudut terang
orde ke dua sebesar 300, maka panjang gelombang cahaya yang dipakai adalah …..
a. 2500 Å
c. 5000 Å
e. 8000 Å
b. 4000 Å
d. 6500 Å
13. Dalam suatu pola difraksi celah tunggal, lebar pita terang pusat adalah 450 kali lebar celah,
dan jarak layar ke celah 18.000 kali lebar celah. Nilai perbandingan  , dimana  = panjang
d
gelombang dan d = lebar celah adalah ….
1
1
1
1
1
a.
b.
c.
d.
e.
10
20
40
160
80
14. Suatu berkas cahaya dengan panjang gelombang 700 Å lewat melalui celah sempit dalam
suatu layar tak tembus cahaya. Berkas menghasilkan pusat interferensi maximum selebar 1,4
mm pada layar yang berjarak 1,0 m dari celah, maka lebar celahnya adalah ….
a. 0,010 mm
c. 0,070 mm
e. 0,14 mm
b. 0,020 mm
d. 0,100 mm
15. Dalam difraksi cahaya karena suatu celah tunggal, sudut difraksi diperbesar ketika ….
a. panjang gelombang sinar datang diperbesar
b. panjang gelombang sinar datang diperkecil
c. amplitudo sinar datang diperbesar
d. amplitudo sinar datang diperkecil
e. lebar celah diperbesar
16. Cahaya dengan panjang gelombang 750 nm melalui celah tunggal yang lebarnya 1,0 x 10-3
m, dan sebuah layar diletakkan 20 cm di depan celah. Besarnya lebar terang pusat pada layar
adalah ….
a. 0,15 mm
c. 0,45 mm
e. 0,60 mm
b. 0,30 mm
d. 0,50 mm
17. Cahaya dengan panjang gelombang 450 nm jatuh pada celah tunggal yang menghasilkan
lebar terang pusat 8 cm pada layar yang berjarak 2 meter dari celah. Lebar celah tersebut
adalah ….
a. 1,125 x 10-5 m
c. 2,500 x 10-5 m
e. 3,00 x 10-5 m
-5
-5
b. 2,250 x 10 m
d. 2,75 x 10 m
18. Celah tunggal selebar 0,20 mm disinari berkas cahaya sejajar dengan panjang gelombang
6000 Å. Pola difraksi yang terjadi ditangkap pada layar yang berjarak 40 cm dari celah. Jarak
garis pita gelap keempat terhadap terang pusat adalah ….
a. 2,4 mm
c. 4,8 mm
e. 9,6 mm
b. 3,6 mm
e. 6,0 mm
19. Daya urai sebuah lensa dapat ditingkatkan dengan meningkatkan besaran-besaran berikut :
1. intensitas cahaya
2. jarak benda
3. panjang gelombang cahaya
4. diameter lensa
Pernyataan yang benar adalah ….
a. 1, 2, dan 3
c. 2 dan 4
e. semua benar
b. 1 dan 3
d. 4 saja
20. Jarak lampu depan sebuah mobil 122 cm. Jika diameter pupil mata 2 mm dan panjang
gelombang cahaya 5000 Å, maka jarak mobil maximum agar nyala lampu masih terlihat
terpisah adalah ….
a. 2,5 km
b. 3,0 km
c. 3,7 km
d. 4,0 km
e. 10 km
21. Suatu berkas cahaya tak terpolarisasi dengan Intensitas I datang pada Polaroid dari dua
lembar Polaroid ideal. Berapakah sudut antara sumbu-sumbu Polaroid jika intensitas berkas
cahaya yang keluar ¼.I ….
a. 300.
b. 370.
c. 450.
d. 530.
e. 600.
0
22. Saat di udara sebuah kaca memiliki sudut polarisasi 60 , maka jika kaca dimasukkan ke
dalam air yang indeks biasnya 4 , akan memiliki harga tangen sudut polarisasi sebesar ….
3
a.
3 3
4
b.
4 3
3
c.
3 2
4
10
d.
3 2
3
e.
2 3
3
23. Sudut kritis cahaya dalam suatu zat sebesar 370, maka sudut polarisasi zat tersebut mendekati
adalah ….
a. 300
b. 450
c. 500
d. 600
e. 900
24. Polarisasi dapat terjadi pada :
1. gelombang bunyi
2. gelombang elektromagnetik
3. gelombang longitudinal
4. gelombang transversal
Pernyataan yang benar adalah ….
a. 1, 2, 3
c. 2 dan 4
e. semua benar
b. 1 dan 3
d. 4 saja
25. Cahaya tak terpolarisasi dengan intensitas I0, datang pada system yang terdiri dua Polaroid
yang bersilangan membentuk sudut 900. Sebuah Polaroid ketiga diletakkan diantara kedua
Polaroid tersebut dengan sudut 450 terhadap Polaroid pertama. Intensitas cahaya yang
diteruskan sekarang adalah ….
a.
1
.I 0
2
b.
1
.I 0
4
c.
1
.I 0
8
d.
1
.I 0
16
e.
1
.I 0
32
26. Indeks bias intan 2,42, maka besarnya sudut kritis dan sudut polarisasi intan berturut turut
adalah ….
a. 14,20 dan 30,70.
c. 20,270 dan 58,30.
e. 26,90 dan 68,80.
b. 16,30 dan 42,530.
d. 24,40 dan 67,550.
27. Sinar alami mula mula memasuki polarisator kemudian melewati analisator dengan arah
getar mula mula sejajar, maka :
1. sinar yang keluar dari polarisator dan analisator merupakan sinar terpolarisasi.
2. agar amplitudo sinar keluar dari analisator ½ kali sebelum masuk analisator, maka
analisator harus diputar 600.
3. intensitas cahaya pada no. 2 diatas setelah keluar analisator adalah ¼ dari intensitas
setelah keluar polarisator.
4. agar intensitas yang keluar analisator ¾ dari sebelum masuk analisator, maka
analisator diputar 300.
pernyataan yang benar adalah ….
a. 1, 2, dan 3
c. 2 dan 4
e. 1, 2, 3, dan 4
b. 1 dan 3
d. 4 saja
28. Dalam difraksi cahaya karena suatu celah tunggal, sudut difraksi diperbesar ketika ….
a. panjang gelombang sinar datang diperkecil
b. amplitudo sinar datang diperbesar
11
c. amplitudo sinar datang diperkecil
d. lebar celah diperbesar
e. lebar celah diperkecil
12