tugas pekan 12 fisika dasar 2 2012

7/22/2019 Tugas Pekan 12 Fisika Dasar 2 2012

http://slidepdf.com/reader/full/tugas-pekan-12-fisika-dasar-2-2012 1/13

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS INDONESIA 1

Nama : Rizqi Pandu Sudarmawan

NPM : 0906557045

Bab : Sifat Dasar dan Perambatan Cahaya

Polarisasi Cahaya

1. Seberkas cahaya monokromatik dibiaskan oleh prisma dengan arah seperti pada gambar berikut. Bila

temyata sinar mengalami deviasi minimum tentukan besarnya r 2.

Jawab:

Pada saat sinar mengalami deviasi minimum, maka cahaya melalui prisma secara simetris.

2. Berkas cahaya datang dari udara dengan sudut datang 30o menuju air. Hitung sudut pembiasan

cahaya dalam air.

Jawab:

3. Cahaya datang dari udara ke selembar silica yang tebalnya 5 cm. Jika indeks bias silica untuk cahaya

tersebut 1,458 dan sudut datang cahaya adalah 60o, berapakah pergeseran arah rambat cahaya setelah

meninggalkan silica?

Jawab:




n1 sin i = n2 sin r

1 × sin 60o = 1,458 × sin r

sin r = 0,866/1,458 = 0,594

r = 36,5o

d =

4. Sudut kritis bagi pemantulan total pada batas antara dua material adalah 52o. Berapa sudut Brewster

pada bidang ini?

Jawab:

Misalkan cahaya datang dari medium dengan indeks bias n1 ke medium dengan indeks bias n2. Sudut

kritis bagi pemantulan sempurna memenuhi

Sudut Brewster memenuhi

5. Menurut teori Descartes, pelangi terjadi ketika sinar matahari datang pada tetes hujan dan dibiaskan

dengan sudut deviasi minimum atau maksimum. Secara logika jika sinar matahari mengalami deviasi

minimum oleh satu tetes hujan maka deviasi oleh tetes-tetes di sekitar tetes hujan ini tidak berkisar

jauh dari deviasi minimum. Akibatnya sinar-sinar bias dari tetes hujan dan sekitarnya menjadi

hampir sejajar, dengan kata lain orang akan melihat pita-pita warna. Jika bukan deviasi minimum

maka sudut deviasi satu tetes dengan sudut deviasi tetes lain berbeda agak jauh sehingga tidak akan

melihat pita warna. Buktikan bahwa jika sudut deviasinya maksimum atau minimum maka γ = 42o

untuk sinar merah dan γ = 40o untuk sinar ungu. Indeks bias warna merah 1,333 dan indeks bias

warna ungu 1,345

Jawab:




Besar sudut deviasi:

Deviasi akan maksimum atau minimum jika turunan pertama dari D terhadap sudut θ sama

dengan nol.

Gunakan Hukum Snellius untuk menghubungkan antara θ dengan

Hitung θ dan sebagai berikut.




Untuk sinar merah, sudut γ dapat dicari sebagai berikut:

Untuk sinar ungu, sudut γ dapat dicari sebagai berikut:

6. Seberkas sinar datang dari udara ke lapisan minyak yang terapung di air dengan sudut datang 30°.

Bila indeks bias minyak 1,45 dan indeks bias air 1,33, berapakah besar sudut sinar tersebut di dalam

air?

Jawab:

Pada kasus ini mula-mula berkas sinar merambat di udara lalu masuk ke lapisan minyak yang

terapung di permukaan air, baru kemudian sinar masuk ke dalam air. Jadi, sebelum sampai ke

dalam air sinar mengalami dua kali pembiasan seperti diperlihatkan gambar di bawah ini.




7. Sebuah prisma mempunyai sudut pembias 60o dan indeks biasnya 1,5. Seberkas sinar datang pada

salah satu sisi pembias prisma dengan sudut datang 60o, tentukan :

a. sudut deviasi yang terjadi pada prisma,

b. sudut deviasi minimum yang terjadi pada prisma tersebut, dan

c. sudut deviasi minimum yang terjadi jika prisma di dalam air yang indeks biasnya

.

Jawab:




8. Sebuah prisma dengan sudut pembias 15o terbuat dari kaca kerona yang memiliki indeks bias untuk

sinar merah 1,52 dan untuk sinar ungu 1,54 digabung dengan prisma yang terbuat dari kaca flinta

sehingga membentuk susunan prisma akromatik. Apabila indeks bias sinar merah dan sinar ungu

untuk kaca flinta adalah 1,62 dan 1,67, tentukan besarnya sudut pembias pada prisma flinta!

Jawab:

9. Berkas sinar datang dari intan ke udara. Bila indeks bias intan = 2,4 dan indeks bias udara = 1, hitung

sudut kritis pada intan dan jelaskan mengapa intan tampak berkilauan!

Jawab:

Jadi, sudut kritis untuk intan adalah 24,6°. Artinya bila sinar datang dari intan menuju udara

dengan sudut datang lebih besar dari 24,6°, maka sinar-sinar tersebut akan dipantulkan

kembali ke intan. Oleh karena itu, intan dibentuk sedemikian sehingga hampir semua sinar

datang ke permukaannya membentuk sudut yang lebih besar dari 24,6° sehingga sinar yang

datang ke intan setelah masuk ke permukaan dalamnya akan dipantulkan sempurna.

Akibatnya intan tampak berkilauan.

10. Seekor ikan lele berada pada kedalaman 2 m di suatu danau dengan permukaan yang tenang.

a. Ikan melihat pemandangan di atas air secara termampatkan dalam suatu lingkaran. Hitung

diameter lingkaran tersebut.

b. Bila ikan berenang semakin ke bawah, apakah diameter lingkaran akan bertambah, berkurang ,

atau tetap sama?

Jawab:

a. Fenomena tersebut akan terjadi apabila terjadi pemantulan total dengan sudut datang

cahaya lebih besar dari sudut kritisnya. Sudut kritis dihitung sebagai berikut.




b. Sesuai dengan hubungan antara diameter lingkaran dengan kedalaman ikan,

, terlihat bahwa diameter lingkaran akan bertambah bila ikan berenang

semakin ke bawah (kedalaman ikan bertambah).

11. a)Dengan sudut datang berapakah agar cahaya matahari yang dipantulkan danau terpolarisasi linier?

b)Berapakah sudut bias cahaya pada saat itu? Indeks nias udara n1 = 1 dan indeks bias air n2 = 1,33.

Jawab:

a. Cahaya pantul terpolarisasi jika sudut datang sama dengan sudut Brewster yang

memenuhi

b. Saat terjadi polarisasi pada cahaya pantul, jumlah sudut datang dan sudut bias adalah 90o.

Jika sudut bias r maka,

12. Sumbu polarisator membentuk sudut 70o satu dengan lainnya. Cahaya tidak terpolarisasi jatuh pada

polarisator pertama. Berapa intensitas cahaya yang ditransmisikan polarisator kedua?

Jawab:

Misalkan intensitas cahaya yang tidak terpolarisasi adalah Io. Intensitas yang ditransmisikan

polarisator pertama adalah

. Maka, intensitas yang ditransmisikan polarisator kedua

adalah:

13. Cahaya tak berpolarisasi dengan intensitas Io jatuh pada sebuah polarisator dan analisator yang

sumbu polarisasinya diputar terhadap polarisator, sedangkan intensitas cahaya yang diteruskan

adalah

Io. Hitung sudut !

Jawab:




14. Terdapat dua buah gambar hasil polarisasi cahaya sebagai berikut:

a) Jelaskan perbedaan kedua gambar di atas.

b) Tentukan masing-masing resultannya.

c) Tentukan jenis polarisasinya dan beri penjelasan.

Jawab:

a) Gambar 1 adalah dua buah gelombang cahaya yang memiliki fasa yang sama yaitu Ex

dan Ey dengan amplitudo yang sama. Gambar 2 adalah dua buah gelombang cahaya yang

memiliki beda fasa sebesar 90o yaitu Ex mendahului Ey sebesar 90o dengan amplitudo

yang sama.

Kedua gelombang memiliki fasa yang sama maka menghasilkan resultan yang

amplitudonya lebih besar. Karena kedua gelombang bersuperposisi maka pola

gelombang resultan adalah hasil penjumlahan dari kedua gelombang medan listrik

tersebut.




Resultan Gambar 2:

Beda fasa sebesar 90o; dan saat diperoleh resultan kedua gelombang, dihasilkan nilai

amplitudo yang selalu sama di setiap titik. Karena kedua gelombang bersuperposisi maka

pola gelombang resultan adalah hasil penjumlahan dari kedua gelombang cahaya

tersebut.

c) Jenis polarisasi gambar 1 adalah polarisasi linier dengan arah miring sedangkan jenis

polarisasi gambar 2 adalah polarisasi melingkar searah jarum jam. Jika dilihat dari

sumbu z:

Gambar 1 menghasilkan resultan seperti garis linier yang miring dan hasil

polarisasi merupakan resultan kedua gelombang.

Gambar 2 menghasilkan resultan seperti lingkaran dengan amplitudo sebagai

jari-jari, dikarenakan nilai amplitudo di setiap titik bernilai sama dengan arah

perputaran dari +x ke – x. Hasil polarisasi merupakan resultan kedua

gelombang.

15. Cahaya tak terpolarisasi diarahkan ke suatu sistem dengan tiga polarisator, yang arah polarisasinya

membentuk sudut terhadap sumbu y. Hitung persentase intensitas awal yang

ditransmisikan oleh sistem.

Jawab:

Setelah melalui polarisator pertama, intensitas awal Io direduksi menjadi

dari nilai awalnya.

Kemudian, setelah melewati polarisator kedua, intensitas kembali direduksi dengan faktor




Akhirnya, setelah melewati polarisator yang ketiga, intensitas

direduksi dengan faktor Maka,

Berarti 0,045 % dari intensitas awal cahaya ditransmisikan oleh sistem.

16. Kita ingin memutar arah polarisasi hingga 90o dari seberkas cahaya terpolarisasi dengan

mengarahkan sinar dari satu atau lebih polarisator.

a. Berapa jumlah minimum polarisator yang dibutuhkan?

b. Hitung jumlah minimum polarisator yang dibutuhkan bila intensitas transmisi yang diinginkan

adalah lebih dari 60 % dari nilai intensitas awal.

Jawab:

a. Pemutaran arah polarisasi tidak dapat dilakukan dengan hanya satu polarisator. Jika satu

polarisator ditempatkan sedemikian rupa sehingga arah polarisasinya berada pada sudut

90o terhadap arah polarisasi dari cahaya terpolarisasi, maka tidak ada radiasi yang

ditransmisikan.

Pemutaran arah polarisasi dapat dilakukan dengan minimal dua polarisator. Polarisator

pertama ditempatkan sedemikian rupa sehingga arah polarisasinya adalah sudut diantara

0o dan 90o terhadap arah polarisasi dari cahaya terpolarisasi. Polarisator kedua

ditempatkan sedemikian rupa sehingga arah polarisasinya berada pada sudut 90o terhadap

arah polarisasi dari cahaya terpolarisasi. Kemudian, radiasi yang ditransmisikan akan

terpolarisasi dengan sudut 90o terhadap arah polarisasi awal. Intensitasnya akan

memenuhi persamaan berikut.

b. Misalkan ada n polarisator, dengan arah polarisasi pada polarisator pertama membentuk

sudut terhadap arah polarisasi dari cahaya terpolarisasi. Arah polarisasi dari

polarisator-polarisator berikutnya diputar dari polarisator-polarisator sebelumnya.

Radiasi yang ditransmisikan akan terpolarisasi dengan sudut 90o terhadap arah polarisasi

awal. Intensitasnya adalah

Kita menginginkan nilai terkecil n dengan intensitas lebih dari 0,6 Io.




Terlihat bahwa dibutuhkan minimal 5 polarisator bila intensitas transmisi yang

diinginkan adalah lebih dari 60 % dari nilai intensitas awal.

17. Cahaya matahari direfleksikan dari permukaan sebuah kolam renang yang sedang tidak digunakan.

a. Pada sudut refleksi berapakah cahaya itu seluruhnya terpolarisasi?

b. Berapakah sudut refraksi yang bersesuaian untuk cahaya yang direfraksikan ke dalam air itu?

Jawab:

a. Sudut polarisasi untuk cahaya yang berada pada udara dicari terlebih dahulu, baru

kemudian sudut polarisasi cahaya pada air.

b. Cahaya yang masuk berada pada sudut polarisasi sehingga sinar yang direfleksikan dan

sinar yang direfraksikan saling tegak lurus, maka

18. Buktikan bahwa untuk cahaya terpolarisasi paralel, R p + T p = 1.

Jawab:




19. Koefisien refleksi untuk polarisasi paralel dapat bernilai nol. Tentukan nilai sudut yang sesuai dan

nilai koefisien refleksi polarisasi tegak lurus untuk kondisi ini!

Jawab:

Koefisien refleksi bernilai nol, bila memenuhi hubungan berikut.

(1)

Gunakan hukum Snellius (persamaan (2)) ke persamaan (1) untuk memperoleh sudut

jatuhnya cahaya (persamaan 3),

(2)

(3)

Persamaan (3) juga disebut sebagai sudut Brewster. Untuk mencari nilai koefisien refleksi

polarisasi tegak lurus, substitusikan

ke persamaan berikut.




20. Jelaskan secara singkat jenis polarisasi berikut.

a. Polarisasi Pembiasan Ganda

b. Polarisasi Hamburan

Jawab:

a. Polarisasi karena pembiasan ganda dapat terjadi apabila cahaya melewati suatu bahan

yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari satu, misalnya pada kristal kalsit.

Perhatikan gambar di bawah, seberkas cahaya yang jatuh tegak lurus pada permukaan

kristal kalsit, maka cahaya yang keluar akan terurai menjadi dua berkas cahaya, yaitu

satu berkas cahaya yang tetap lurus dan berkas cahaya yang dibelokkan. Cahaya yang

lurus disebut cahaya biasa, yang memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini tidak

terpolarisasi. Sedangkan cahaya yang dibelokkan disebut cahaya istimewa karena tidak

memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini adalah cahaya yang terpolarisasi.

b. Polarisasi cahaya karena peristiwa hamburan dapat terjadi pada peristiwa terhamburnya

cahaya matahari oleh partikel-partikel debu di atmosfer yang menyelubungi Bumi.

Cahaya matahari yang terhambur oleh partikel debu dapat terpolarisasi. Itulah sebabnya

pada hari yang cerah langit kelihatan berwarna biru. Hal itu disebabkan oleh warna

cahaya biru dihamburkan paling efektif dibandingkan dengan cahaya-cahaya warna yang

lainnya.

tugas pekan 12 fisika dasar 2 2012

Documents