Teori Soal Penyelesaian Pembiasan Cahaya
Teori Soal Penyelesaian Pembiasan Pada Prisma
Sekarang saatnya kita memperdalam pemahaman melalui Soal Dan Penyelesaian Materi Pembiasan Pada Lensa Tebal.
SOAL PENYELESAIAN MATERI PEMBIASAN PADA LENSA TEBAL
Soal 1. Cahaya merambat dari udara ke air. Bila cepat rambat cahaya di udara adalah 3 × 108 m/s dan indeks bias air 4/3, maka tentukanlah cepat rambat cahaya di air!
Penyelesaian Fisika
\[\begin{align*} n_{air}&=\frac{c}{v_{air}}\\v_{air}&=\frac{c}{n_{air}}\\v_{air}&=\frac{3\times 10^8}{\frac{4}{3}}\\v_{air}&=2,25\times 10^8m.s^{-1}\end{align*}\]
Soal 2. Cahaya datang dari air (bias air = 1,33) ke kaca (indeks bias kaca = 1,54). Hitunglah indeks bias relatif kaca terhadap air.
Penyelesaian Fisika
■ Indeks bias relatif kaca terhadap air:
\[\begin{align*} n_{ka}&=\frac{n_k}{n_a}\\n_{ka}&=\frac{1,54}{1,33}=1,66\end{align*}\]
Soal 3. Suatu berkas cahaya dengan panjang gelombang 6 × 10-7 m datang dari udara ke balok kaca yang indeks biasnya 1,5. Hitunglah panjang gelombang dalam kaca.
Penyelesaian Fisika
Panjang gelombang cahaya di dalam kaca:\[\begin{align*} \frac{\lambda _u}{\lambda _k}&=\frac{n_{k}}{n_{u}}\\ \frac{6\times 10^{-7}}{\lambda _k}&=\frac{1,5}{1}\\\lambda _k&=\frac{6\times 10^{-7}}{1,5}\\\lambda _k&=4\times 10^{-7}m\end{align*}\]
Soal 4. Seseorang menyinari sebuah kaca tebal dengan sudut 30° terhadap garis normal. Jika cepat rambat cahaya di dalam kaca adalah 2 × 108 m/s, tentukan indeks bias kaca dan sudut biasnya.
Penyelesaian Fisika:
■ Indeks bias kaca,
\[\begin{align*} n_{k}&=\frac{c}{v_{k}}\\n_{k}&=\frac{3\times 10^8}{2\times 10^8}\\n_{k}&=1,5\end{align*}\] ■ Sudut bias, \[\begin{align*} \frac{\sin i}{\sin r}&=\frac{n_k}{n_{u}}\\ \frac{\sin 30}{\sin r}&=\frac{1,5}{1}\\ \frac{0,5}{\sin r}&=1,5\\\sin r&=\frac{0,5}{1,5}=\frac{1}{3}\\ r&= \arcsin \frac{1}{3}\\r&=19,27^o \end{align*}\]
Soal 5. Dalam sebuah eksperimen untuk menentukan kecepatan cahaya di dalam air, seorang siswa melewatkan seberkas cahaya ke dalam air dengan sudut datang 30°. Kemudian, siswa mencatat sudut bias yang terjadi di dalam air ternyata besarnya 22°. Jika kecepatan cahaya di udara dianggap 3 × 108 m/s, tentukan kecepatan cahaya di dalam air.
Penyelesaian Fisika
\[\begin{align*} \frac{\sin i}{\sin r}&=\frac{v_{udara}}{v_{air}}\\ \frac{\sin 30}{\sin 22}&=\frac{3\times 10^8}{v_{air}}\\\frac{0,5}{0,37}&=\frac{3\times 10^8}{v_{air}}\\v_{air}&=\frac{3\times 0,75 \times 10^8}{0,5}\\v_{air}&\approx 2,25\times 10^8m.s^{-1}\end{align*}\]
Soal 6. Seorang anak berdiri di tepi kolam sambil memandang seekor ikan di dalam kolam tepat di bawahnya. Menurut anak, ikan itu berada pada kedalaman 50 cm. Jika indeks bias air 1,33, indeks bias udara 1, maka tentukanlah kedalaman ikan sebenarnya!
Penyelesaian Fisika
■ Kedalaman semu ikan: \[\begin{align*} h'&=\frac{n_{u}H}{n_{a}}\\ 50&=\frac{1(H)}{1,33}\\H&=50\times 1,33\\H&=66,5cm\end{align*}\]
Soal 7. Seberkas sinar laser jatuh pada permukaan kaca plan paralel dapat membentuk sudut datang sebesar 45°. Jika tebal kaca plan paralel 15 cm dan sudut bias yang dihasilkan adalah 15°. Tentukan besar pergeseran yang dialami oleh sinar laser tersebut.
Penyelesaian Fisika
\[\begin{align*} t&=\frac{d(\sin i-r)}{\cos r}\\t&=\frac{15(\sin 45-15)}{\cos 15}\\t&=\frac{15(0,5)}{0,97}\\t&=7,73cm\end{align*}\]
Soal 8. Seberkas cahaya bergerak ke salah satu sisi sebuah prisma bening yang terbuat dari bahan tertentu. Sudut pembias prisma adalah 15°. Prisma tersebut diputar sedemikian rupa sehingga diperoleh deviasi minimum sebesar 10°. Jika prisma tersebut berada di udara (n = 1), berapakah indeks bias prisma tersebut?
Penyelesaian Fisika:
Sudut bias prisma kecil: \[\begin{align*} D_{min}&= \left ( \frac{n_p}{n_m}-1 \right )\beta \\10&= \left ( \frac{n_p}{1}-1 \right )15 \\n_p-1&=\frac{10}{15}\\n_p&=\frac{25}{15}=\frac{5}{3}\end{align*}\]
Soal 9. Hitunglah sudut kritis pada berlian yang memiliki indeks bias mutlak 2,417 pada saat diletakkan di udara.
Penyelesaian FisikaMaka sudut kritis: \[\begin{align*} \sin i_k &= \frac{n_u}{n_b}\\ \sin i_k &= \frac{1}{2,417}\\ \sin i_k &= 0,414\\ i_k &= 24,4^o\end{align*}\]
Soal 10. Seekor kucing berada pada jarak 60 cm dari dinding akuarium berbentuk bola berjari-jari 40 cm dan seekor ikan berada 20 cm dari dinding akuarium. Jika indeks bias air n=4/3. Berapa jarak ikan dari dinding akuarium menurut kucing?
Penyelesaian Fisika:
\[\begin{align*} \frac{n}{s}+\frac{n'}{s'} &= \frac{n'-n}{R}\\ \frac{4/3}{20}+\frac{1}{s'} &= \frac{1-(4/3)}{40}\\\frac{1}{s'} &= \frac{1}{120}-\frac{8}{120}\\ \frac{1}{s'} &= -\frac{7}{120}\\ s' &= -\frac{120}{7}cm\\s'&=-17,14cm\\\end{align*}\]Tanda negatip menunjukkan bayangan maya, berada di dalam aquarium
Soal 11. Sebuah benda dengan tinggi 3 cm terletak 12 cm di depan lensa cembung yang memiliki jarak fokus 8 cm. Hitunglah tinggi bayangan!
Penyelesaian Fisika:
Tinggi bayangan:\[\begin{align*} \frac{h'}{h} &= \frac{f}{s-f}\\ \frac{h'}{3} &= \frac{8}{12-8}\\ h'&= \frac{3\times 8}{4}\\ h' &= 6cm\end{align*}\]
