20 Contoh Soal Pembiasan Cahaya Beserta Jawabannya Bagian 1

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Pembiasan atau difraksi cahaya adalah adalah peristiwa pembelokan arah cahaya ketika melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Pembiasan cahaya terjadi akibat kecapatan cahaya berbeda pada setiap medium. Ada dua syarat terjadinya proses pembiasan cahaya, yaitu:

□ Cahaya merambat melalui dua medium yang memiliki perbedaan kerapatan optik, misalnya udara dengan air, udara dengan kaca, air dengan kaca, dan sebagainya.

□ Cahaya yang datang harus miring pada batas dua medium, karena jika tegak lurus maka tidak akan mengalami proses pembiasan.

□ Cahaya yang datang dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat (ex. kaca ke udara) harus menghasilkan sudut bias lebih kecil dari 90°. Hal ini karena jika sinar bias sama dengan 90° maka cahaya tidak akan memasuki medium kedua. Sedangkan jika sudut bias lebih besar dari 90° maka akan terjadi peristiwa pemantulan sempurna.

Yang dimaksud dengan kerapatan optik di sini adalah sifat dari medium tembus cahaya (zat optik dalam melewatkan cahaya). Kerapatan optik yang berbeda pada dua medium akan menyebabkan cepat rambat cahaya pada kedua medium tersebut berbeda. Perbadingan antara cepat rambat cahaya pada medium 1 dan medium 2 disebut indeks bias.

Jika medium 1 adalah ruang hampa, maka perbandingan antara cepat rambat cahaya di ruang hampa dan di sebuah medium disebut indeks bias mutlak medium tersebut. Secara matematis, rumus indeks bias mutlak dituliskan sebagai berikut.

n	=	c
		v

Dengan:

n = indeks bias mutlak medium

c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 × 108 m/s)

v = cepat rambat cahaya pada medium.

Berikut ini adalah beberapa contoh indeks bias mutlak beberapa medium yang disajikan dalam bentuk tabel.

Tabel Indeks Bias Mutlak Berbagai Medium

Medium	Indeks Bias
Ruang hampa	1,0000
Udara	1,0003
Air	1,3300
Gliserin	1,4700
Kaca kerona	1,5200
Kristal kuarsa	1,5400
Kaca flinta	1,6200
Batu nilam	1,7600
Intan	2,4200

Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas kumpulan contoh soal yang berhubungan dengan peristiwa pembiasan cahaya lengkap dengan pembahasannya. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan berikut ini. selamat belajar dan semoga bisa paham.

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:

Diketahui:

c = 3 × 108 m/s

nair = 4/3

Ditanyakan: vair

Jawab:

nair	=	c
		vair

Maka cepat rambat cahaya di air dirumuskan sebagai berikut.

vair	=	c
		nair

vair	=	3 × 108 m/s
		4/3

vair

=

2,25 × 108 m/s

Jadi, cepat rambat cahaya di dalam air adalah 2,25 × 108 m/s.

2. 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:

Diketahui:

θi = 30°

v2 = 2 × 108 m/s

Ditanyakan: n2 (indeks bias kaca) dan θr

Jawab:

■ Untuk mencari indeks bias kaca, gunakan persamaan:

n	=	c	=	3 × 108 m/s	=	1,5
		v		2 × 108 m/s

Jadi, indeks bias kaca adalah 1,5

■ Untuk mencari sudut bias, gunakan hukum Snellius.

sin θi	=	n2
sin θr		n1

sin 30°	=	1,5
sin θr		1

sin θr	=	0,5
		1,5

sin θr	=	0,33
θr	=	sin−1 (0,33)
θr	=	19,27°

Jadi, besar sudut biasnya adalah 19,27°.

3. 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:

Diketahui:

i = 30°

c = 3 × 108 m/s

r = 22°

Ditanyakan: v

Jawab:

Dengan menggabungkan persamaan n21 = sin i/sin r dengan persamaan n21 = c/v, maka kita peroleh persamaan berikut.

sin i	=	c
sin r		v

Dengan demikian, kecepatan cahaya di dalam air (v) dapat kita hitung dengan rumus berikut.

v	=	c	×	sin r
		sin i

v	=	3 × 108 m/s	×	sin 22°
		sin 30°

v	=	3 × 108 m/s	×	(0,37)
		0,5

v

=

2,25 × 108 m/s

Jadi, kecepatan cahaya di dalam air adalah 2,25 × 108 m/s.

4. 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:

Diketahui:

λ1 = 6 × 10-7 m (udara)

n1 = 1 (udara)

n2 = 1,5 (kaca)

Ditanyakan: λ2 (kaca)

Jawab:

Panjang gelombang cahaya di dalam medium kaca, dapat kita tentukan dengan mensubtitusikan persamaan (9) ke persamaan (5) sebagai berikut.

n2	=	λ1
n1		λ2

1,5	=	6 × 10-7
1		λ2

λ2	=	6 × 10-7	=	4 × 10-7
		1,5

Jadi, panjang gelombang cahaya ketika melewati medium kaca adalah 4 × 10-7 m.

5. Cahaya datang dari air ke kaca. Indeks bias air = 1,33, indeks bias kaca = 1,54. Hitunglah indeks bias relatif kaca terhadap air dan kecepatan cahaya di kaca jika kecepatan cahaya di air sebesar 2,25 × 108 m/s.

Penyelesaian:

Diketahui:

nair = 1,33

nkaca = 1,54

vair = 2,25 × 108 m/s

Ditanyakan: nka (indeks bias relatif kaca terhadap air) dan vkaca

Jawab:

■ Indeks bias relatif kaca terhadap air

nka	=	nkaca
		nair

nka	=	1,54
		1,33

nka

=

1,16

■ Kecepatan cahaya di dalam kaca

nair	=	vkaca
nkaca		vair

1,33	=	vkaca
1,54		2,25 × 108

vkaca	=	1,33	×	2,25 × 108
		1,54

vkaca

=

1,94 × 108 m/s

6. Lisa berdiri di tepi kolam sambil memandang seekor ikan di dalam kolam tepat di bawahnya. Menurut Lisa, ikan itu berada pada kedalaman 50 cm. Jika indeks bias air 1,33, indeks bias udara 1 dan tinggi Lisa 160 cm, maka tentukanlah kedalaman ikan sebenarnya dan tinggi Lisa menurut ikan!

Penyelesaian:

Diketahui:

h' = 50 cm

na = 1,3

nu = 1

hL = 160

Ditanyakan: h dan h’L

Jawab:

■ Ketika Lisa melihat ikan, sinar datang dari air, sehingga persamaan yang digunakan adalah:

h'	=	nu
h		na

h	=	na	×	h'
		nu

h	=	1,33	×	50
		1

h

=

66,5 cm

Jadi, sebenarnya ikan tersebut berada pada kedalaman 66,5 cm.

■ Ketika ikan melihat Lisa, sinar datang dari udara, sehingga persamaan yang digunakan adalah:

hL'	=	na
hL		nu

hL’	=	na	×	hL
		nu

hL’	=	1,33	×	160
		1

hL’

=

212,8 cm

Jadi, tinggi Lisa menurut ikan adalah 212,8 cm.

7. Seekor ikan berada di dasar kolam yang kedalamannya 4 m (nair = 4/3) seperti yang nampak pada gambar di bawah ini. Pada kedalaman berapakah letak ikan tersebut terlihat oleh mata pengamat dari permukaan air jika:

■ Ikan dilihat pengamat secara tegak lurus

■ Sudut antara mata dan garis normal sebesar 30°

Penyelesaian:

Diketahui:

h = 4 m

nair = 4/3

nud = 1

Ditanyakan: d’ ketika i = 90° dan i = 30°

Jawab:

■ Perhatikan gambar. Jika pengamat melihat ikan secara tegak lurus, akan memenuhi persamaan berikut.

tan r = sin r dan tan i = sin i.

Sinar datang dari ikan sehingga:

tan i	=	sin i	=	d'
tan r		sin r		d

nud	=	d'
nair		d

Maka kedalaman ikan diperoleh, yaitu:

1	=	d'
4/3		4

d’	=	4	=	3 m
		4/3

Jadi, kedalaman semu ikan yang terlihat pengamat secara tegak lurus adalah 3 m.

■ Kedalaman ikan untuk sudut antara mata pengamat dan garis normal r = 30° adalah

sin i	=	nud
sin r		nair

sin i	=	1
sin 30°		4/3

sin i	=	sin 30°
		4/3

sin i	=	1/2
		4/3

sin i = 3/8

sin i = 0,375

i = arc sin 0,375 = 22,02°

sehingga:

tan i	=	d'
tan r		d

tan 22,02°	=	d'
tan 30°		4

0,4	=	d'
0,6		4

d’	=	0,4	×	4	=	2,7 m
		0,6

Jadi, kedalaman semu ikan untuk sudut r = 30° menjadi 2,7 m.

Bagian 2