Soal dan Pembahasan Gelombang Cahaya - Fisika Dasar

Jawablah Soal-soal tentang Gelombang Cahaya berikut ini dengan baik dan benar!

1. Suatu gelombang bidang elektromagnetik sinusoida dengan frekuensi 50 Mhz berjalan di angkasa dalam arah sumbu x positif. Pada berbagai titik dan berbagai waktu, medan listrik E memiliki nilai maksimum 720 N/C dan merambat sepanjang sumbu y. Tentukan:

a. panjang gelombang,

b. besar dan arah medan magnetik B ketika E = 720 N/C!

Penyelesaian:

Diketahui: f = 50 MHz = 50 × 10 6 Hz = 5 × 10 7 Hz

E m = 720 N/C

c = 3 × 10⁸ m/s

Ditanya:

a. λ = ... ?

b. B_m = ... ?

Jawab:

Karena E dan B tegak lurus dan keduanya harus tegak lurus dengan arah perambatan

gelombang (sumbu x), maka disimpulkan bahwa B ada dalam arah sumbu z.

2. Suatu sumber titik dari radiasi elektromagnetik memiliki daya rata-rata 600 W.

Tentukan:

a. amplitudo maksimum medan listrik dan medan magnetik pada titik yang berjarak 2 m dari sumber radiasi,

b. rapat energi rata-rata pada titik yang berjarak 2 m dari sumber radiasi!

Penyelesaian:

a. Satuan dari laju energi rata-rata per m² yang dipindahkan melalui gelombang elektromagnetik

adalah W/m² , ini tak lain adalah satuan intensitas gelombang.

dengan

daya rata-rata (watt)

μ₀ = 4π x 10 ^-7 Wb . A^-1 . m^-1

c = 3 × 10 8 m/s

P = 600 W

r = 2 m

Amplitudo medan magnetik B_m, dapat dihitung dengan:

b. Rapat energi rata-rata

3. Sebuah sinar jatuh pada sisi AB dari sebuah prisma segitiga ABC masuk ke dalam prisma dan kemudian menumbuk AC. Jika sudut pembias prisma 40 o dan indeks bias prisma 3/2, tentukan sudut deviasi minimum prisma!

Penyelesaian:

Diketahui:

β = 40^o ; n₂ = 3/2; n ₁ = 1 (udara)

Ditanya:

δ_m = ... ?

Jawab:

1/2 δ_m = 30^o – 20^o

δ_m = 20^o

4. Dua celah yang berjarak 1 mm, disinari cahaya merah dengan panjang gelombang 6,5 × 10 ^-7 m. Garis gelap terang dapat diamati pada layar yang berjarak 1 m dari celah. Hitunglah jarak antara gelap ketiga dan terang pusat, serta jarak antara terang kedua dengan garis terang keempat!

Penyelesaian:

Diketahui:

d = 1mm = 10^-3m

λ = 6,5 × 10 -7 m

l = 1 m

Ditanya:

a. p = ... ?

b. Δp = ... ?

Jawab:

a. Jarak antara gelap ketiga dengan terang pusat

p = 1,6 mm

b. Jarak antara terang kedua dan terang keempat

Δp = 1,3 × 10 ^-3 m = 1,3 mm

5. Celah tunggal yang lebarnya 0,1 mm disinari berkas cahaya dengan panjang gelombang 4.000 Å. Apabila pola difraksi ditangkap pada layar yang jaraknya 20 cm dari celah, tentukan jarak antara garis gelap ketiga dan garis pusat terang!

Penyelesaian:

Diketahui: d = 0,1 mm = 10 ^{- 4} m

λ = 4.000 Å, = 4 × 10 ^-7 m

l = 20 cm = 2 × 10 ^-1 m

Jarak garis gelap ketiga dari pusat terang p dapat dihitung dari rumus jarak gelap ke-n dari pusat terang. Jadi,

d.sin θ = n. λ

Untuk garis gelap ke-3 maka n = 3

p = 24 × 10 ^-4 = 2,4 × 10^-3 m = 2,4 mm

6. Jika sudut antara kedua sumbu polarisasi pada kedua polaroid adalah 60^o, tentukan intensitas cahaya yang diteruskan oleh polaroid pertama dengan intensitas I₀ dan polaroid kedua!

Penyelesaian:

Diketahui: θ = 60^o

Ditanya:

I₁ = ... ?

I₂ = ... ?

Jawab:

I₁ = 1/2 I₀

I₂ = 1/2 I₀cos² θ = /2 I₀cos² 60^o = 0.125 I₀