BAB 23 CAHAYA: OPTIK GEOMETRI
PERTANYAAN-PERTANYAAN
1. Berika Berikan n argumen argumen mengapa mengapa Bulan Bulan pasti memili memiliki ki permukaa permukaan n yang kasar dan bukan permukaan yang licin seperti kaca. 2. Ketika Ketika Anda Anda melihat melihat bayanga bayangan n Bulan di laut laut yang beriak beriak,, tampak tampak Bulan memanjang (Gambar 23-!". #elaskan. 3. $alaup $alaupun un cermin cermin datar membali membalik k kiri menjadi menjadi kanan, kanan, ia tidak membali membalik k atas menjadi ba%ah. #elaskan. . Archimedes Archimedes dikatakan dikatakan telah membaka membakarr seluruh armada armada &'ma di di pelabuhan pelabuhan yracu yracuse se dengan dengan mem)'k mem)'kusk uskan an berkas berkas sinar sinar *ataha *atahari ri dengan dengan cermin cermin s)eris yang besar. Apakah cerita ini masuk akal+ !. #ika #ika cerm cermin in ceku cekung ng meng mengha hasil silka kan n baya bayang ngan an nyata nyata,, apak apakah ah baya bayang ngan an tersebut pasti terbalik+ . Apab Apabil ilaa Anda Anda meng menggu guna naka kan n cermi cermin n ceku cekung ng,, Anda Anda tida tidak k dapa dapatt meli meliha hatt bayangan diri Anda sendiri yang terbalik kecuali jika kepala Anda berada di luar luar pusat pusat kele keleng ngku kung ngan an C . eta etapi pi Anda Anda dapa dapatt meli meliha hatt baya bayang ngan an terbal terbalik ik dari dari benda benda lain yang diletakk diletakkan an antara antara C da dan F , seperti pada Gambar 23-1. #elaskan. Petunjuk / Anda dapat melihat bayangan nyata hanya hanya jika mata Anda berada di belakang belakang banyangan, banyangan, sehingga sehingga bayangan bayangan dapat terbentuk0. . eng engan an meng menggu guna naka kan n atur aturan an untu untuk k tiga tiga berk berkas as yang yang diba dibaha hass deng dengan an mengacu pada Gambar 23-1, gambarkan berkas 2 untuk Gambar 23-1b. . Berapa Berapa panjang panjang )'kus )'kus cermin cermin datar+ datar+ Berapa Berapa perbesara perbesaran n cermin cermin datar+ datar+ 4. Apakah Apakah persamaan persamaan cermin, cermin, 5ersama 5ersamaan an 23-2, 23-2, berlaku berlaku untuk untuk cermin cermin datar+ datar+ 16. Bagaim Bagaimana ana Anda Anda bisa bisa menent menentuka ukan n laju laju cahaya cahaya pada pada benda benda transp transparan aran berbentuk persegi panjang yang padat+ 11. Ketika Ketika berkas lebar cahaya paralel memasuki memasuki air pada suatu sudut, berkas berkas tersebut melebar. #elaskan.
12. Berapa sudut bias ketika berkas cahaya sampai pada perbatasan antara dua materi saling tegak lurus+ 13. Ketika Anda melihat ke dalam k'lam renang atau danau, apakah Anda akan memperkirakan kedalamannya lebih dangkal atau lebih dalam+ #elaskan. Bagaimana kedalaman semu ber7ariasi terhadap sudut pandang+ (Gunakan diagram berkas". 1. Gambarkan diagram berkas untuk menunjukkan mengapa sebuah t'ngkat kelihatan patah ketika sebagian t'ngkat berada di ba%ah air (Gambar 2326". 1!. *ata Anda melihat ke dalam akuarium dan memandang seek'r ikan di dalamnya. uatu berkas cahaya muncul dari tempat bejana ikan tersebut digambarkan pada Gambar 23-. #uga tunjkkan p'sisi semu ikan sebagaimana terlihat 'leh mata. 5ada gambar ini, tunjukkan perkiraan p'sisi ikan yang sebenarnya. #elaskan secara singkat ja%aban Anda. 1. Bagaimana Anda dapat 8melihat9 tetesan air yang bulat di atas meja %alaupun air transparan dan tidak ber%arna+ 1. apatkah berkas cahaya yang merambat di udara dipantulkan sempurna ketika menimpa permukaan air yang licin jika sudut datangnya benar+ 1. Ketika Anda melihat ke atas pada sebuah benda di udara dari ba%ah permukaan k'lam renang, apakah benda tersebut tampak berukuran sama dibanding saat Anda melihatnya langsung di udara+ #elaskan. 14. #enis cermin apa yang diperlihatkan pada Gambar 23-+ 26. i mana )ilm harus diletakkan agar lensa kamera membentuk bayangan yang tajam dari sebuah benda yang jaraknya sangat jauh+ 21. e'rang )'t'gra)er bergerak mendekati
subyeknya dan kemudian
melakukan pem)'kusan ylang. Apakah lensa kamera bergerak menjauhi atau mendekati )ilm+ 22. apatkah sebuah lensa di7ergen membentuk bayangan nyata dalam situasi apa pun+ #elaskan. 23. unjukkan bah%a bayangan nyata yang dibentuk 'leh lensa tipis selalu terbalik, sementara bayangan maya selalu tegak jika benda nyata.
2. Berkas cahaya dikatakan 8dapat dibalik9. Apakah ini k'nsisten dengan persamaan lensa+ 2!. apatkah bayangan nyata dipr'yeksikan pada layar+ Bagaimana dengan bayangan maya+ Adakah yang dapat di)'t'+ Bahas dengan teliti. 2. ebuah lensa k'n7ergen yang tipis digerakkan mendekati benda di dekatnya. Apakah bayangan nyata yang dibentuk akan berubah ( a" p'sisi, (b" ukuran+ #ika ya, deskripsikan bagaimana terjadinya. 2. Bandingkan persamaan cermin dengan persamaan lensa. Bagasa kesamaan dan perbedaan, terutama perjanjian tanda untuk besaran-besaran yang terlibat. 2. ebuah lensa dibuat dari materi dengan indeks bias n : 1,36. i udara, lensa tersebut k'n7ergen. Apakah akan tetap sebagai lensa k'n7ergen jika diletakkan di dalam air+ #elaskan, dengan menggunakan diagram berkas. 24. eek'r anjing berdiri menghadap lensa k'n7ergen dengan ek'rnya berdiri. #ika hidung dan ek'r masing-masing ter)'kus pada layar secara bergantian, yang mana yang akan memiliki perbesaran lebih besar+ 36. eek'r kucing berdiri menghadap lensa k'n7ergen dengan ek'rnya berdiri. alam keadaan apa (jika ada" bayangan hidung bersi)at maya dan bayangan ek'r bersi)at nyata+ i mana bayangan bagian tubuh lainnya+ 31. *engapa, pada ;'nt'h 23-1!, lensa k'n7ergen harus memiliki panjang )'kus yang lebih pendek daripada lensa di7ergen jika panjang )'kus lensa di7ergen akan ditentukan dengan menggabungkan keduanya+ 32. ebuah lensa yang tidak simetris (katakanlah, plan'k'n7eks" membentuk bayangan benda di dekatnya. Apakah titik bayangan berubah jika lensa diputar balik+ 33. *akin tebal lensa cekung ganda pada pusatnya jika dibandingkan dengan sisiknya, makin pendek panjang )'kusnya untuk suatu diameter lensa tertentu. #elaskan. 3. Apakah panjang )'kus lensa bergantung pada )luida di mana ia dicelupkan+ Bagaimana dengan panjang )'kus cermin s)eris+ #elaskan.
SOAL-SOAL
Subbab 23-2
1. (<" *isalkan Anda ingin mengambil )'t' Anda sendiri pada %aktu melihat bayangan Anda di cermin datar yang jaraknya 1,! m. =ntuk jarak berapa lensa kamera harus di)'kuskan+ 2. (<" Ketika Anda melihat diri sendiri di cermin datar yang tinggi, Anda melihat besar tubuh Anda yang sebenarnya baik Anda dekat ke cermin maupun jauh. (;'ba dan lihat". Gunakan diagram berkas untuk menunjukkan mengapa hal ini benar. 3. (<<" Berdirikan dua cermin datar sehingga membentuk sudut siku-siku seperti pada Gambar 23-. Ketika Anda melihat ke cermin ganda ini, Anda melihat diri sendiri sebagaimana 'rang lain melihat Anda, dan bukan terbalik seperti pada cermin tunggal. Buat diagram berkas untuk menunjukkan bagaimana hal ini terjadi. . (<<" ese'rang yang matanya berada 1,2 m di atas lantai, berdiri pada jarak 2,16 m di depan cermin datar 7ertikal yang sisi ba%ahnya berada 3 cm dari lantai, Gambar 23-4. Berapa jarak h'ris'ntal x ke dasar dinding yang menahan cermin dari titik terdekat di lantai yang dapat terlihat pada cermin+ !. (<<" ua cermin bertemu pada sudut 13! ', Gambar 23-!6. #ika berkas cahaya jatuh pada satu cermin dengan sudut 6 ' seperti digambarkan, dengan sudut ϕ berapa berkas-berkas tersebut meninggalkan cermin kedua. . (<<" *isalkan Anda berada pada jarak 6 cm dari cermin datar. Berapa luas cermin yang digunakan untuk memantulkan berkas-berkas yang memasuki satu mata dari satu titik di puncak hidung Anda jika diameter pupil mata !,! mm+ . (<<<" unjukkan bah%a jika dua cermin datar bertemu pada sudut ϕ, suatu berkas yang dipantulkan berturut-turut dari kedua cermin dibel'kkan
melalui sudut 2 ϕ tanpa bergantung pada sudut datang. Anggap ϕ > 46' dan hanya dua pantulan, satu dari setiap cermin, yang terjadi. . (<<<" *isalkan cermin ketiga diletakkan di ba%ah dua cermin pada Gambar 23- sehingga ketiganya tegak lurus satu sama lain, (a" unjukkan bah%a untuk 8pemantul sudut9 semacam itu, berkas datang manapun akan kembali dengan arah asalnya setelah tiga pantulan. (b" Apa yang terjadi jika berkas tersebut hanya terpantul dua kali+
Subbab 23-3
4. (<" ebuah tungku bertenaga surya, yang berupa cermin cekung yang diarahkan ke *atahari, mem)'kuskan berkas cahaya matahari pada jarak 1,6 cm di depan cermin. Berapa radius permukaan s)eris cermin tersebut+ 16. (<" Berapa jauh dari cermin cekung (radius 2,6 cm" sebuah benda harus diletakkan agar bayangannya berada pada jarak tak hingga+ 11. (<<" unjukkan dengan diagram berkas bah%a perbesaran cermin cekung lebih kecil dari 1 jika benda berada di luar pusat kelengkungan C dan lebih besar dari 1 jika berada di sebelah dalam titik ini. 12. (<<" #ika Anda melihat diri sendiri pada b'la p'h'n ?atal yang mengkilat dengan diameter 4,6 cm ketika %ajah Anda berjarak 36, cm darinya, di mana bayangan Anda berada+ Apakah bayangan tersebut nyata atau maya+ Apakah tegak atau terbalik+ 13. (<<" ebuah cermin pada taman hiburan menunjukkan bayangan tegak 'rang yang berdiri pada jarak 1,3 m di depannya. #ika bayangan tersebut tiga kali lipat dari tinggi 'rang itu, berapa radius kelengkungannya+ 1. (<<" e'rang d'kter gigi menginginka sebuah cermin yang ketika berjarak 2,26 cm dari sebuah gigi akan menghasilkan bayangan tegak dengan perbesaran ,!@. ;ermin jenis apa yang harus digunakan dan berapa radius kelengkungannya+ 1!. (<<" Beberapa kaca spi'n menghasilkan bayangan m'bil di belakang Anda yang sedikit lebih kecil dari bayangan jika cermin tersebut datar. Apakah cermin ini cekung atau cembung+ Apa jenis dan berapa tinggi bayangan
yang dihasilkan cermin ini dari sebuah m'bil yang tingginya 1,3 m dan berada
1!,6
m
di
belakang
Anda,
dengan
menganggap
radius
kelengkungan cermin sebesar 3,2 m+ 1. (<<" ebuah benda yang bercahaya berukuran tinggi 3,6 mm dan diletakkan 26 cm dari cermin cembung dengan radius kelengkungan 26 cm. (a" unjukkan dengan penelusuran berkas bah%a bayangan tersebut maya, dan perkirakan jarak bayangan. (b" unjukkan bah%a untuk menghitung jarak bayangan (negati)" ini dari 5ersamaan 23-2, akan sesuai jika panjang )'kus ditentukan -16 cm. (c" itung ukuran bayangan, dengan menggunakan 5ersamaan 23-3. 1. (<<" (a" i mana sebuah benda harus diletakkan di depan cermin cekung sehingga bayangan yang dihasilkan berada di l'kaasi yang sama+ (b" Apakah bayangan tersebut nyata atau maya+ (c" Apakah bayangan itu terbalik atau tegak+ (d" Berapa perbesaran bayangan+ 1. (<<" Bayangan sebatang p'h'n yang jauh bersi)at maya dan sangat kecil ketika dilihat pada cermin lengkung. Bayangan tampak berada 1,6 cm di belakang cermin. Apa jenis cermin dan berapa radius kelengkungannya+ 14. (<<" Gunakan persamaan cermin untuk menunjukkan bah%a nilai perbesaran cermin cekung lebih kecil dari 1 jika benda berada di luar pusat kelengkungan C (d o r " dan lebih besar dari 11 jika benda berada di dalam C (d o r ". 26. (<<" unjukkan dengan menggunakan diagram berkas, bah%a perbesaran m dari cermin cekung adalah m = - d /d i o, sama seperti untuk cermin cembung. Petunjuk: Bayangkan sebuah berkas dari puncak benda yang terpantul di pusat cermin0. 21. (<<" Gunakan diagram berkas untuk menunjukkan bah%a persamaan cermin, 5ersamaan 23-2, berlaku untuk cermin cembung selama f dianggap negati). 22. (<<" 5erbesaran cermin cembung adalah C 6,6@ untuk benda yang berada 2,2 m dari cermin. Berapa panjang )'kus cermin ini+
23. (<<" (a" ebuah cermin datar dapat diangap sebagai kasus pembatas cermin s)eris. pesi)ikasikan apa batas ini. (b" entukan persamaan yang menghubungkan jarak bayangan dan jarak benda pada batas cermin datar ini. (c" entukan perbesaran cermin datar pada batas yang sama ini. (d" Apakah hasil Anda pada bagian (b" dan (c" k'nsisten dengan pembahasan pada ubbab 23-2 mengenai cermin datar+ 2. (<<<" Benda yang tingginya ,! cm diletakkan 2 cm di depan cermin s)eris. iinginkan bayangan maya yang berdiri dan tingginya 3,! cm. (a" Apa jenis cermin yang harus digunakan+ (b" i mana bayangan berada+ (c" Berapa panjang )'kus cermin+ (d" Berapa radius kelengkungan cermin+ 2!. (<<<" ebuah cermin cukurDrias dirancang untuk memperbesar %ajah Anda sebesar )akt'r 1,3 ketika %ajah Anda berada 26,6 cm di depannya. (a" Apa jenis cermin ini+ (b" eskripsikan jenis bayangan yang dibuatnya untuk %ajah Anda. (c" itung radius kelengkungan cermin yang diperlukan.
Subbab 23-4
2. (<" Berapa laju cahaya pada (a" kaca k'r'na, dan (b" Eucite. 2. (<" Eaju cahaya pada es adalah 2,24 @ 16 mDs. Berapa indeks bias es+ 2. (<<" Eaju cahaya pada Fat tertentu adalah ! persen dari nilainya di air. Berapa indeks bias Fat ini+ 24. (<<" #ika n : 1,66636 6,666616 untuk udara, berapa ketidakpastian yang akan diakibatkan nilai ini pada nilai untuk laju cahaya di udara+
Subbab 23-5
36. (<" inar senter jatuh pada permukaan kaca jendela (n : 1,!6" dengan sudut 3' terhadap n'rmal. Berapa sudut bias+ 31. (<" e'rang penyelam mengarahkan sinar senter ke atas dari ba%ah air dengan sudut 2,! ' terhadap garis 7ertikal. engan sudut berapa cahaya meninggalkan air+
32. (<" eberkas cahaya yang datang dari lampu s'r't ba%ah air meninggalkan air dengan sudut 6 '. engan sudut datang berapa berkas ini jatuh pada perbatasan udara-air dari ba%ah permukaan+ 33. (<" Berkas cahaya dari *atahari tampak membuat sudut 21,6 ' terhadap garis 7ertikal di ba%ah air. 5ada sudut berapa di atas h'ris'n matahari berada+ 3. (<<" ;ahaya datang pada prisma kaca k'r'na sama sisi dengan sudut ! ' pada satu muka, Gambar 23-!1. itung sudut keluarnya cahaya dari muka di seberangnya. Anggap n : 1,!2. 3!. (<<" alam pencarian di dasar k'lam pada malam hari, se'rang penjaga malam menyinari seberkas sempit cahaya dari senternya, 1,3 m di atas pemukaan air, ke permukaan air pada titik yang berjarak 2, m dari kakinya di sisi k'lam (Gambar 23-!2". i mana cahaya jatuh pada dasar k'lam, relati) terhadap sisi, jika kedalaman k'lam 2,1 m. 3. (<<" eberkas cahaya di udara menimpa sep't'ng kaca k'r'na ( n : 1,!2" dan sebagian dipantulkan dan sebagian dibiaskan. ;ari sudut datang jika sudut pantu dua kali dari sudut bias. 3. (<<<" ebuah akuarium yang diisi dengan air memiliki sisi kaca yang rata yang indeks biasnya 1,!2. eberkas cahaya dari luar akuarium mengenai kaca dengan sudut 3,! ' terhadap garis tegak lurus (Gambar 23-!3". Berapa sudut berkas cahaya ini ketika memasuki (a" kaca, dan kemudian (b" air+ (c" Berapa sudut bias jika berkas ini memasuki air secara langsung. 38.
(<<" Buktikan secara umum bah%a untuk berkas cahaya yang jatuh
pada lapisan materi transparan yang seragam, seperti pada Gambar 23-21, arah berkas yang muncul paralel dengan berkas yang datang, tidak bergantung pada sudut datang θ. 39.
(<<<" eberkas cahaya jatuh pada sep't'ng kaca yang datar seperti
pada Gambar 23-21. unjukkan bah%a jika sudut datang θ kecil, berkas tersebut akan menyimpang sejauh jarak
