Menurut, Kepala Badan Standarisasi Nasional (BSN), Bambang Prasetya menjelasakan definisi kilogram sebagai satuan massa dalam sistem internasional satuan (The International System of Units) secara resmi berubah. Akan tetapi hal ini tidak akan mengubah penggunaan satuan tersebut dalam kehidupan sehari-hari. Jadi pada dasarnya 1 kilogram tetaplah 1.000 gram. "Yang berubah adalah definisi kilogramnya sebagai satuan massa dalam sistem internasional satuan," menurut beliau dalam keterangan tertulis di Jakarta, Selasa, 21 Mei 2019. Perbedaan defisini yang baru ini lebih pada satuan tidak lagi berbasis artefak, tapi berbasis pada sifat atomik dan konstanta alam
Selama 130 tahun, satuan massa kilogram telah didefinisikan sebagai berat dari sebuah silinder platinum-iridium yang disimpan dalam lemari besi terkunci di Paris. Hal ini, merujuk pada logam di Biro Internasional untuk Ukuran dan Timbangan (BIPM) Perancis yang merupakan Prototipe Kilogram Internasional. Istilah populernya disebut dengan Le Grand K.
Akan tetapi pada tahun 1989, ditemukan fakta mengejutkan para ahli metrology (ilmu ukur) dunia, Yakni Prototipe Kilogram Internasional ternyata menjadi 50 mikrogram lebih ringan daripada replika yang telah disebarkan di seluruh dunia. Meskipun 50 mikrogram mungkin tidak banyak, namun perubahan itu menunjukkan bahwa beratnya tidak lagi akurat untuk digunakan dalam penelitian dan aplikasi teknologi canggih.
Pada 16 November 2018 melalui Konferensi Umum Takaran dan Ukuran ke-26 yang berlangsung di Versailes, Perancis, komunitas metrologi dunia menyetujui perubahan definisi Sistem Internasional Satuan (SI). Perubahan SI ini penting karena mengubah basis definisi sehingga semua satuan dasar terhubung langsung dengan konstanta alam yang jauh lebih pasti, ujarnya. Akhirnya pada 20 Mei 2019, tepat pada Hari Metrologi Dunia ke-144, definisi baru satuan-satuan SI resmi berlaku, tambah dia.
Definisi baru satu kilogram pada masa sekarang didasarkan pada tiga konstanta mendasar, yakni kecepatan cahaya; radiasi gelombang mikro alami atom cesium; dan konstanta Planck, yang menggambarkan ukuran paket energi yang digunakan atom dan partikel lain untuk menyerap dan memancarkan energi. Pembaruan definisi ini, hanya berdampak pada lembaga metrologi (pengukuran) dan organisasi-organisasi yang bekerja dalam merealisasikan unit-unit SI, namun memperkecil ketidakpastian dan meningkatkan stabilitas satuan.
Pembaruan definisi ini, urainya juga hanya memberikan dampak pada industri-industri yang bekerja pada level kepresisian yang tinggi, seperti industri optik untuk komunikasi dan industri pesawat luar angkasa.
Untuk lebih memahami materi tentang besaran dan pengukuran yang dipelajari di kelas 10 pada kesempatan kali ini kami akan memaparkan beberapa soal. Soal – soal yang ada di bawah ini sudah disertai pembahasannya dan dihimpun dari berbagai sumber. Selamat menikmati
Soal nomor 1
Notasi ilmiah dari bilangan 0,000 000 022 348 adalah ....
A. 22,348 x 10-9
B. 22,348 x 10-10
C. 2,23 x 10-5
D. 2,2348 x 10-8
E. 2,2348 x 10-9 Kunci jawaban: "D"
pembahasan soal nomor 1:
Bilangan pokok untuk menuliskan notasi ilmiah adalah antara 1 – 9,999. Sehingga angka di atas jika di tulis menggunakan notasi ilmiah memiliki bilangan pokok 2,2348 dengan tanda koma bergeser ke kanan (semakin berkurang pangkatnya) sebanyak 8 langkah. Jadi penulisan notasi ilmiahnya yang benar adalah 2,2348 x 10-8
Soal nomor 2
Panjang sebatang paku diukur dengan jangka sorong adalah 58,80 mm. Hasil pengukuran tersebut ditulis dengan sistem eksponensial (notasi ilmiah) adalah ....
A. 5,890 x 101 mm
B. 5,89 x 101 mm
C. 5,9 x 101 mm
D. 5,890 x 102 mm
E. 5,89 x 102 mm Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 2:
Bilangan pokok untuk menuliskan notasi ilmiah adalah antara 1 – 9,999. Sehingga angka di atas jika di tulis menggunakan notasi ilmiah memiliki bilangan pokok 5,880 dengan tanda koma bergeser ke kiri (semakin bertambah pangkatnya) sebanyak 1 langkah. Jadi penulisan notasi ilmiah yang benar adalah 5,880 x 101 mm = 5,89 x 101 mm (memiliki 2 angka di belakang tanda koma)
Soal nomor 3
Dua buah pelat besi diukur dengan menggunakan jangka sorong, hasilnya digambarkan sebagai berikut:
Selisih tebal kedua pelat besi tersebut adalah ....
A. 0,3 mm
B. 0,6 mm
C. 0,7 mm
D. 0,8 mm
E. 1,7 mm Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 3:
Membaca hasil pengukuran jangka sorong, perlu diperhatikan Skala Utama (SU) dan Skala Nonius (SN) seperti gambar berikut :
Gambar 1
Pembacaan Skala Utama = 2,4 cm
Pembacaan Skala Nonius = 1 x 0,01 = 0,01 cm
Hasil pengukuran = 2,4 + 0,01 H1 = 2,41 cm Gambar 2
Pembacaan Skala Utama = 2,3 cm
Pembacaan Skala Nonius = 4 x 0,01 = 0,04 cm
Hasil pengukuran = 2,3 + 0,04 H2 = 2,34 cm Selisih hasil pengukuran
∆H = 2,41 – 2,34
∆H = 0,07 cm ∆H = 0,7 mm
Soal nomor 4
Pada saat melakukan pengukuran dengan menggunakan jangka sorong, seorang siswa mengukur dimensi balok tinggi, dan lebar dengan hasil pengukuran sebagai berikut:
Volume balok tersebut sesuai kaidah angka penting adalah ....
A. 176 cm3
B. 176,0 cm3
C. 176,2 cm3
D. 176,28 cm3
E. 176,282960 cm3 Kunci jawaban: "A"
pembahasan soal nomor 4:
Sama dengan soal sebelumnya, Membaca hasil pengukuran jangka sorong, perlu diperhatikan Skala Utama (warna merah) dan Skala Nonius (warna biru) seperti gambar berikut :
Gambar kiri
Pembacaan Skala Utama = 4,2 cm
Pembacaan Skala Nonius = 9 x 0,01 = 0,09 cm
Hasil pengukuran = 4,2 + 0,09 H1 = 4,29 cm (3 angka penting) Gambar tengah
Pembacaan Skala Utama = 5,6 cm
Pembacaan Skala Nonius = 6 x 0,01 = 0,06 cm
Hasil pengukuran = 5,6 + 0,06 H2 = 5,66 cm (3 angka penting) Gambar kanan
Pembacaan Skala Utama = 7,2 cm
Pembacaan Skala Nonius = 6 x 0,01 = 0,06 cm
Hasil pengukuran = 7,2 + 0,06 H3 = 7,26 cm (3 angka penting)
Sehingga volume dari balok tersebut dapat ditentukan sebagai berikut:
V = 4,29 x 5,66 x 7,26
Hasil perkaliannya harus terdiri dari 3 angka penting, sehingga tanpa mengetahui hasil perhitungannya, kita dapat mengetahui bahwa pilihan yang terdiri dari 3 angka penting hanya pilihan A
Soal nomor 5
Gambar sekelompok siswa melakukan percobaan gotri menggunakan mikrometer sekrup seperti gambar berikut ini maka hasil pengukuran yang dilakukan siswa adalah ....
Besaran
Hasil
A.
Jari-jari
9,40 mm
B.
Diameter
9,40 mm
C.
Lebar
9,54 mm
D.
Jari-jari
9,54 mm
E.
Diameter
9,90 mm
Kunci jawaban: "E"
pembahasan soal nomor 5:
Perhatikan bahwa yang diukur adalah gotri (berbentuk bulat) sehingga jelas mikrometer tersebut mengukur diameter dari gotri (perhatikan pilihan B dan E). untuk menentukan hasil pengukuran mikrometer perhatikan skala utama (warna merah) dan skala putar (warna biru) seperti pada gambar berikut:
Skala utama = 9,5 mm
Skala putar = 40 x 0,01 = 0,4 mm
Hasil pengukuran = 9,5 + 0,4 Hasil = 9,9 mm
Soal nomor 6
Hasil pengukuran ketebalan sebuah pelat kayu tipis dengan menggunakan mikrometer sekrup sebesar 2,92 mm. Gambar di bawah ini yang menunjukkan hasil pengukuran tersebut adalah ....
Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 6:
Hasil pengukuran 2,92 mm, itu merupakan penjumlahan dari 2,5 + 4,2 dimana 2,5 adalah skala utama dan 4,2 merupakan skala putar. Dari skala putarnya maka kita dapat mengetahui bahwa hanya jawaban B dan D , dan dari skala utamanya jawaban yang benar hanya B
Soal nomor 7
Hasil pengukuran diameter pipa kecil dengan menggunakan mikrometer sekrup ditunjukkan gambar di bawah ini. Hasil pengukurannya adalah ....
A. 7,50 mm
B. 7,55 mm
C. 7,75 mm
D. 7,90 mm
E. 8,00 mm Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 7:
Hasil pengukuran : SU + SP
Hasil pengukuran : 7,5 + (25 x 0,01)
Hasil pengukuran : 7,5 + (0,25 )
Hasil pengukuran : 7,75 mm
Soal nomor 8
Suppose speed of light (c), force (F) and kinetic energi (K) are taken as the fundamental units, then the dimensional formula for mass will be...
A. [Kc-2]
B. [cK-2]
C. [KF-2]
D. [Fc-2] Kunci jawaban: "A"
pembahasan soal nomor 8:
Berdasarkan soal diketahui
Kecepatan cahaya (c) satuannya m.s-1 dimensinya [LT-1]
Gaya (F) satuannya N atau kgm.s-2 dimensinya [MLT-2]
Energi kinetik (K) satuannya J atau kgm2s-2 dimensinya [ML2T-2]
Persamaan massa?
Dengan menggunakan analisis dimensi kita dapat menuliskan persamaan umumnya yakni
m = kcxFyKz
dimana k adalah konstanta dimensi,
[M] = [LT-1]x [MLT-2]y [ML2T-2]z
[M] = [M]y+z [L]x+y+2z [T]-x-2y-2z
Dari persamaan di atas kita dapat menulis
y + z = 1 ... (1)
x + y + 2z = 0 ... (2)
–x – 2y – 2z = 0 ... (3)
Dengan menambahkan persamaan (2) dan (3) kita dapatkan
y = 0
sehingga
z = 1
x = -2
maka persamaan umumnya menjadi
m = kcxFyKz m = [Kc-2]
Soal nomor 9
The dimension of magnetic flux is ....
A. MLT-1A-1
B. ML-1TA-2
C. ML-2T-2A-2
D. ML-2T-2A-1 Kunci jawaban: "D"
pembahasan soal nomor 9:
Persamaan fluks magnetik adalah
ϕ = B x A
ϕ = T x m2 → (T = kgA-1s-1)
ϕ = kgA-1s-2 m2
jadi dimensi dari fluks magnetik adalah ϕ = [M][L]2[T]-2[A]-1
Soal nomor 10
If dimensions of length are expressed as Gx cy hz, where G, c, and h are the universal gravitational constant, speed of light and Planck’s constant respectively, then
A. x = 1/2, y = 1/2, z = 1/2
B. x = 1/2, y = -3/2, z = 1/2
C. x = 3/2, y = 1/2, z = ½
D. x = -1/2, y = -1/2, z = -1/2 Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 10:
berdasarkan soal dapat diketahui
“G” adalah konstanta umum gravitasi dengan satuan m3 kg-1 s-2 dan dimensinya [L3M-1T-2]
“c” adalah cepat rambat cahaya dengan satuan ms-1 dan dimensinya [LT-1]
“h” adalah konstanta planck dengan satuan kgm2s-1 dan dimensinya [ML2T-1]
Dengan menggunakan analisis dimensi kita dapat menuliskan persamaan umum panjang (L) sebagai berikut
L = kGxcyhz
Dimana k adalah konstanta dimensi,
[L] = [L3M-1T-2]x [LT-1]y [ML2T-1]z
[L] = [L]3x+y+2z [M]-x+z [T]-2x-y-z
Dari persamaan di atas kita dapat menuliskan
3x + y + 2z = 1 ... (1)
-x + z = 0 ... (2)
-2x – y – z = 0 ...(3)
Berdasarkan persamaan (2) kita dapatkan bahwa
x = z ... (4)
jika kita jumlahkan persamaan (1) dan (3) kita dapatkan
x + z = 1 ... (5)
maka
x + x = 1
2x = 1
x = ½
z = ½
y = -3/2
Soal nomor 11
The dimensions of a/b in the equation P = (a – t2)/bx, where P is pressure, x is distance and t is time are ....
A. [M2LT-3]
B. [ML0T-2]
C. [ML3T-1]
D. [M0LT-3] Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 11:
Berdasarkan soal maka dapat diketahui
“P” adalah tekanan dengan satuan kg m-1 s-2 dan dimensi [M][L]-1[T]-2
“x” adalah jarak dengan satuan m dan dimensi [L]
“t” adalah waktu dengan satuan s dan dimensi [T]
Perhatikan persamaan
P = (a – t2) / bx
Karena “a” dikurangi dengan t2, maka besaran “a” memiliki satuan yang sama dengan satuan t2 yang memiliki dimensi [T]2
(ingat, agar besaran bisa dikurangi atau dijumlahkan satuannya atau dimensinya harus sama)
Sehingga kita dapat menentukan dimensi dari “b” dengan melakukan analisis dimensi pada persamaan tersebut seperti berikut
Soal nomor 12
The mass of a block is 87,2 g and its volume is 25 cm3. Its denstity upto correct significant figure is ...
A. 3,488 g.cm-3
B. 3,48 g.cm-3
C. 3,5 g.cm-3
D. 3,4 g.cm-3 Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 12:
Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 87,2 g (3 angka penting)
V = 25 cm3 (2 angka penting)
Massa jenis (ρ) ... ?
ρ = m : V
ρ = 87,2 : 25
ρ = 3,488 g/cm3
untuk perkalian dan pembagian sesuai dengan aturan angka penting, maka hasilnya mengikuti jumlah angka penting yang paling sedikit (2 angka penting), sehingga hasil perhitungan massa jenis di atas ditulis dalam 2 angka penting manjadi ρ = 3,5 g/cm3
Untuk lebih memahami interferensi celah ganda gelombang cahaya yang dipelajari
di kelas 11 pada kesempatan kali ini kami akan memaparkan beberapa soal. Soal –
soal yang ada di bawah ini sudah disertai pembahasannya dan dihimpun dari
berbagai sumber. Selamat menikmati
Soal nomor 1
Pada percobaan Young digunakan 2 celah sempit yang berjarak 2 mm satu sama
lain dan layar dipasang 1 m dari celah tersebut. Jika dihasilkan terang ke dua
pada jarak 0,5 mm dari terang pusat, maka panjang gelombang cahaya yang
digunakan adalah ....
A. 2,5 x 10-7 m
B. 3,3 x 10-7 m
C. 5,0 x 10-7 m
D. 1,0 x 10-6 m
E. 5,0 x 10-6 m Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 1:
Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 2 mm = 2 . 10-3 m
R = 1 m
m = 2
y = 0,5 mm = 5 . 10-4 m
λ .... ?
dy/R = mλ
dy = mλR
2 . 10-3 x 5 . 10-4 = 2 λ 1 λ = 5 . 10-7 m
Soal nomor 2
Seberkas cahaya monokromatis dijatuhkan pada dua celah sempit vertical
berdekatan dengan jarak d = 0,01 mm. Pola interferensi yang terjadi
ditangkap pada jarak 20 cm dari celah. Diketahui bahwa jarak antar garis gelap
pertama di sebelah kiri dan kanan adalah 7,2 mm. Panjang gelombang berkas
cahaya ....
A. 180 mm
B. 270 mm
C. 360 mm
D. 720 mm
E. 1800 mm Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 2:
Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 0,01 mm = 10-5 m
R = 20 cm = 2 . 10-1 m
Jarak gelap pertama di sebelah kiri dan kanan = 7,2 mm = 7,2 . 10-3
m
λ ... ?
jarak antara gelap di sebelah kiri dan gelap di sebelah kanan sama
dengan jarak antar gelap yang berdekatan (1 frinji), sehingga kita dapat
menggunakan persamaan, Untuk lebih memahami materi tentang frinji,
silahkan dibaca “Mengenal frinji pada interferensi celah ganda (Gelombang Cahaya)”.
Soal nomor 3
Gambar di samping menunjukkan percobaan Young dengan d adalah jarak antar
celah dan P3 adalah garis terang orde 3. Jika panjang
gelombang yang digunakan adalah 600 nm (1 nm = 10-9 m), jarak antar
celah adalah ....
A. 1,6 x 10-1 mm
B. 1,6 x 10-2 mm
C. 3,0 x 10-3 mm
D. 1,6 x 10-3 mm
E. 2,0 x 10-3 mm Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 3:
Berdasarkan soal dapat diketahui
λ = 600 nm = 6 . 10-7 m
m = 3
θ = 37o
d ... ?
untuk menyelesaikan soal ini kita dapat menggunakan persamaan
d sin θ = m λ
d sin 37o = 3 . 6 10-7
d . 0,6 = 3 . 6 . 10-7
d = 3 . 10-6 m d = 3 . 10-3 mm
Soal nomor 4
Sebuah sumber cahaya memancarkan cahaya tampak dalam dua macam panjang
gelombang, yaitu λ = 420 nm dan λ’ = 560 nm. Sumber cahaya ini digunakan dalam
interferensi celah rangkap dengan jarak antar celah 0,025 mm dan jarak celah
ke layar 2 m. Jarak antara kedua cahaya tersebut pada pita terang keempat
adalah ....
A. 2,4 cm
B. 4,48 cm
C. 7,7 cm
D. 9,2 cm
E. 17 cm Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 4:
Berdasarkan soal dapat diketahui
λ = 420 nm = 4,2 . 10-7 m
λ’ = 560 nm = 5,6 . 10-7 m
d = 0,025 mm = 2,5 . 10-5 m
R = 2 m
m = 4
∆y ... ?
Dari persamaan
dy/R = mλ
y = mλR/d
kita dapat menuliskan
Soal nomor 5
Seberkas cahaya yang terdiri dari dua panjang gelombang 5200 Å dan 6500 Å
digunakan untuk menghasilkan pita-pita interferensi dalam percobaan Young.
Berapakah jarak terpendek dari terang pusat di mana pita terang yang
dihasilkan kedua gelombang berhimpit? Jarak antara celah adalah 2,00 mm dan
jarak antara bidang celah dan layar adalah 120 cm
A. 2,16 mm
B. 1,56 mm
C. 1,30 mm
D. 0,65 mm
E. 0,52 mm Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 5:
Berdasarkan soal dapat diketahui
λ1 = 5200 Å = 5,2 . 10-4 mm
λ2 = 6500 Å = 6,5 . 10-4 mm
d = 2,00 mm
R = 120 cm = 1,2 . 103 mm
Pita terang kedua cahaya berhimpit artinya y1 = y2
y ... ?
hasil di atas menunjukkan bahwa pita terang kedua panjang gelombang
berhimpit saat pita terang cahaya pertama memiliki orde 4 dan pita
terang cahaya kedua memiliki orde 5, sehingga jarak terpendeknya dapat
ditentukan dengan cara
Soal nomor 6
Dalam sebuah percobaan celah ganda, kita dapat meningkatkan jarak antarfrinji
terang pada pola interferensi yang tampak pada layar dengan ....
A. Menggunakan cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek
B. Menggeser layar mendekati celah ganda
C. Menggeser celah saling mendekati
D. Menggunakan cahaya dengan cepat rambat yang lebih rendah
E. Menggunakan cahaya dengan intensitas lebih kuat Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 6:
Berdasarkan persamaan
Berdasarkan persamaan di atas, maka kita dapat mengetahui bahwa lebar
frinji
Sebanding dengan jarak celah ke layar (R)
Sebanding dengan Orde pita yang terbentuk (m)
Sebanding dengan panjang gelombang (λ)
Berbanding terbalik dengan jarak dua celah (d)
Jadi untuk meningkatkan jarak antar frinji (y) dapat dilakukan
dengan cara
Memperpanjang jarak celah ke layar (R)
Semakin besar orde pita (m)
Semakin besar panjang gelombang yang digunakan
Semakin kecil jarak kedua celah
Jadi jawaban yang tepat untuk soal ini adalah “C”
Menggeser celah saling mendekati
Soal nomor 7(UTBK 2017 kode 150)
Pada suatu percobaan Young digunakan dua celah yang jarak antara keduanya 0,06
mm. Jika layar diletakkan sejauh 3 m dari celah dan panjang gelombang cahaya
yang digunakan 600 nm, maka pernyataan-pernyataan di bawah ini yang benar
adalah ....
(1) Percobaan di atas memperlihatkan diferensi cahaya
(2) Jarak pita terang ke 4 adalah 12,0 cm dari pusat
(3) Gelombang di atas merupakan gelombang elektromagnetik
(4) Jarak antara dua pita terang yang berurutan adalah 3,0cm
A. Jika jawaban (1), (2), dan (3) benar
B. Jika jawaban (1) dan (3) benar
C. Jika jawaban (2) dan (4) benar
D. Jika jawaban (4) saja yang benar
E. Jika semua jawaban benar Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 7:
Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 0,06 mm = 6 . 10-3 cm
R = 3 m = 3 . 102 cm
λ = 600 nm = 6 . 10-5 cm
karena disebutkan digunakan dua celah maka, percobaan tersebut merupakan
percobaan interferensi cahaya (pernyataan (1) salah)
untuk m = 4,
y = mRλ/d
y = 4 . 3 . 102 . 6 . 10-5 / 6 . 10-3
y = 12 cm (pernyataan (2) benar)
karena pernyataan (1) salah dan pernyataan (2) benar maka pilihan yang
paling mungkin adalah “C”
Soal nomor 8
Dua puluh pola gelap terang interferensi menyebar 4 cm pada layar yang
jaraknya 50 cm dari dua celah yang jaraknya 0,01 cm, besar panjang gelombang
yang melewati celah adalah ....
A. 50 nm
B. 100 nm
C. 300 nm
D. 400 nm
E. 500 nm Kunci jawaban: "D"
pembahasan soal nomor 8:
Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 20
ytot = 4 cm = 4 . 107 nm
R = 50 cm = 5 . 108 nm
d = 0,01 cm = 105 nm
λ ... ?
untuk 20 pola gelap terang lebarnya 4 cm, maka untuk satu pola gelap
terang yang berdekatan adalah 0,2 cm (½ ∆y = 0,2 cm = 2 . 106
nm)
Soal nomor 9
Pada percobaan celah ganda dengan jarak antar celah 1 mm dan layar yang
berjarak 1 meter dari celah. Jika panjang gelombang yang digunakan adalah 6000
Å, maka jarak terdekat antara garis gelap kedua dengan garis terang keempat
adalah ....
A. 0,9 mm
B. 1,5 mm
C. 1,8 mm
D. 9 mm
E. 15 mm Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 9:
Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 1 mm
R = 1 m = 103 mm
λ = 6000 Å = 6 . 10-4 mm
jika jarak antara gelap dan terang yang berdekatan kita sebut ½ ∆y, maka
dari gelap kedua ke garis terang keempat ada 5 . ½ ∆y, seperti terlihat
pada gambar berikut
Sehingga persamaannya menjadi
Soal nomor 10
Dalam percobaan celah ganda Young, jarak pisah antara kedua celah dijadikan
setengah kali dan jarak antara celah dan layar dijadikan dua kali semula.
jarak antara dua pita terang yang berdekatan adalah ....
A. Seperempat kali
B. Setengah kali
C. Tidak berubah
D. Dua kali
E. Empat kali Kunci jawaban: "E"
pembahasan soal nomor 10:
Berdasarkan soal dapat diketahui
d2 = ½ d1
R2 = 2 R1
∆y2 = ... ∆y1
Berdasarkan persamaan
Maka kita dapat mengetahui bahwa
Jarak dua pita terang berdekatan sebanding dengan jarak celah ke layar
dan berbanding terbalik dengan jarak dua celah, sehingga kita dapat
menuliskan persamaan perbandingannya
Soal nomor 11
Cahaya laser dikenakan pada pasangan celah sangat sempit yang terpisah 0,5 µm.
Pola terang hasil interferensi, terbentuk di layar terpisah sejauh 1,0 mm.
Bila frekuensi laser dijadikan dua kali, jarak pisah antar pola terang yang
terbentuk pada layar menjadi …
A. 0,25 mm
B. 0,5 mm
C. 1,0 mm
D. 2,0 mm
E. 2,5 mm Kunci jawaban: "B"
pembahasan soal nomor 11:
Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 0,5 μm = 5 . 10-4 mm
∆y1 = 1 mm
f2 = 2f1
persamaan untuk pola terang interferensi adalah
Berdasarkan persamaan di atas, kita bisa melihat bahwa ,Jarak antar
terang berbanding terbalik dengan frekuensi, sehingga kita dapat
menuliskan persamaan perbandingannya
Soal nomor 12
Jika panjang gelombang cahaya yang digunakan pada percobaan Young digandakan,
maka jarak antarpola terang yang berurutan menjadi setengah kalinya
SEBAB
Interferensi maksimum pada percobaan Young terjadi jika beda panjang lintasan
gelombang cahaya merupakan kelipatan bulat panjang gelombangnya
A. Jika pernyataan benar, alasan benar, kedua menunjukkan hubungan sebab
akibat
B. Jika pernyataan benar, alasan benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan
hubungan sebab akibat
C. Jika pernyataan benar, alasan salah
D. Jika pernyataan salah, alasan benar
E. Jika pernyataan dan alasan, keduanya salah Kunci jawaban: "D"
pembahasan soal nomor 12:
Berdasarkan persamaan
Maka, panjang gelombang sebanding dengan jarak antarpola terang yang
berdekatan, sehingga jika panjang gelombang digandakan maka jarak antar
pola terangnya juga digandakan (pernyataan salah)
Pola terang pada interferensi akan terbentuk jika yang terjadi adalah
interferensi konstruktif atau kelipatan bilangan bulat dari panjang
gelombangnya (alasan benar)
Soal nomor 13
The maximum number of possible interference maxima for slit separation equal
to twice the wavelength in Young's double slit experiment is....
A. Infinite
B. Three
C. Five
D. Zero Kunci jawaban: "C"
pembahasan soal nomor 13:
Berdasarkan soal dapat diketahui
d = 2λ
Interferensi maksimum dapat ditentukan dengan persamaan
d sin θ = mλ
2λ sin θ = mλ
2 sin θ = m
(nilai maksimum dari sin θ = 1)
m = 2
artinya orde maksimum dari pola terang adalah terang kedua, sehingga
jumlah maksimal pola terang yang terbentuk adalah 0, ±1, ±2
Ada lima buah (tanda ± berarti ada dua pola terang yakni sebelah kiri
terang pusat dan sebelah kanan terang pusat)
Soal nomor 14
A Young’s double slit interference arrangement with slits S1 and S2 is
immersed in water (refractive index = 4/3) as shown in the figure. The
positions of maxima on the surface of water are given by
x2 = p2m2λ2 – d2, where l is the wavelength of light in air (refractive index = 1),
2d is the separation between the slits and m is an integer. The value
of p is ....
pembahasan soal nomor 14:
Gambar di atas, dapat kita lukis ulang sebagai berikut
Berdasarkan gambar di atas kita dapat menuliskan
Interferensi maksimum pada titik P akan terjadi jika ∆x = mλ
Dari kedua persamaan tersebut kita dapat menggabungkannya seperti
berikut
Soal nomor 15
If the ratio of maximum and minimum intensities of an interference pattern is
36 : 1, then the ratio of amplitudes of the two interfering waves will be
A. 3 : 7
B. 4 : 7
C. 7 : 4
D. 7 : 5 Kunci jawaban: "D"
pembahasan soal nomor 15:
Berdasarkan soal dapat diketahui
Imax : Imin = 36 : 1
Hubungan antara intensitas gelombang dan amplitudo dapat ditentukan
sebagai berikut
Pada persamaan di atas, terlihat bahwa Intensitas sebanding dengan
kuadrat amplitudonya. Perlu diperhatikan bahwa
intensitas maksimum (terang) akan terjadi jika amplitudonya saling
menguatkan (interferensi konstruktif)
intensitas minimum (gelap) akan terjadi jika amplitudonya saling
melemahkan (interferensi destruktif)
Sehingga kita bisa menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut
Demikian beberapa soal dan pembahasan tentang interferensi cahaya pada celah
ganda (materi fisika kelas 11) semoga dapat memberikan manfaat bagi para pembaca
sekalian.
Pada interferensi celah ganda gelombang cahaya akan terbentuk pola gelap
dan terang seperti yang digambarkan sebagai berikut.
Pola terang dan gelap yang terbentuk sebagai hasil dari interferensi
konstruktif dan destruktif. Dimana y merupakan jarak terang atau gelap dari
terang pusat (TP) sedangkan ∆y adalah jarak antar terang yang
berdekatan (misalkan terang 1 ke terang 2, terang 2 ke terang 3, dst) atau
jarak antar gelap yang berdekatan (misalkan gelap 1 ke gelap 2, gelap 2 ke
gelap 3, dst) dan ½ ∆y adalah jarak antar terang dan gelap yang
berdekatan (misalkan dari terang 1 ke gelap 1, dari gelap 1 ke terang 2, dari
terang 2 ke gelap 3, dst). Seperti yang telah dijelaskan pada materi
interferensi celah ganda pada gelombang cahaya, persamaan matematis berkaitan
dengan pola terang adalah
d sin θ = mλ ... (m = 0, ±1, ±2, ±3, ...)
dy = mλR
y = mλR/d
persamaan matematis berkaitan dengan pola gelap adalah
d sin θ = (m + ½)λ ... (m = 0, ±1, ±2, ±3, ...)
dy = (m + ½)λR
y = (m + ½)λR/d
Frinji sendiri merupakan jarak antar terang yang berdekatan atau jarak antar
gelap yang berdekatan (∆y), sehingga lebar frinji ini adalah selisih
antara jarak pola terang yang berdekatan (terang 1 dan 2, terang 3 dan 4,
dst) ke pola terang pusat. Misalkan untuk mengetahui lebar frinji kita
menggunakan selisih antara jarak terang kedua dan pertama terhadap terang
pusat. Secara matematis dapat ditulis
∆y = y2 – y1 (boleh y3 – y2, y4 – y3)
∆y = m2λR/d – m1λR/d
∆y = 2λR/d – 1λR/d
Dimana :
∆y = frinji atau jarak antar terang atau gelap yang berdekatan (m)
λ = panjang gelombang (m)
R = jarak celah ke layar (m)
d = jarak antara kedua celah (m)
dari persamaan di atas, tentunya kita dapat menentukan bahwa jarak antar
terang dan gelap yang berdekatan adalah setengah dari jarak antar terang
atau gelap yang berdekatan.
konsep ini akan sangat berguna jika kita diminta untuk menentukan jarak
antar terang atau dari terang ke n sampai gelap ke m. untuk
lebih memahami konsep ini silahkan dibuka latihan soal tentang interferensi cahaya celah ganda.
Interferensi gelombang dapat terjadi ketika gelombang di hasilkan dari dua
sumber yang koheren (kedua gelombang selalu memiliki beda fase yang tetap)
seperti yang terlihat pada gelombang air di atas. Interferensi pada
gelombang air memang mudah dilihat akan tetapi interferensi pada gelombang
cahaya susah untuk dilihat, hal ini dikarenakan cahaya yang merambat pada
medium yang sama tidak dapat dilihat.
Sekitar tahun 1800 seorang ilmuwan asal inggris Thomas Young mengawali
eksperimen untuk meneliti interferensi pada cahaya dengan melakukan
percobaan. Skema percobaan yang dilakukan oleh Young digambarkan seperti
berikut
Gambar 2. Skema percobaan interferensi cahaya celah ganda Thomas
Young
(sumber : University Physics with Modern Physics)
Pada gambar 2a, terlihat sebuah sumber cahaya monokromatis ditembakkan
melalui celah sempit (So) dengan lebar sekitar 1 μm,.
Namun, cahaya yang keluar dari celah ini tidak cocok untuk digunakan
dalam percobaan Inteferensi karena masih belum koheren. Oleh karena itu,
oleh Young cahaya yang keluar dari celah pertama di teruskan ke dua
celah selanjutnya (S1 dan S2) yang memiliki lebar sekitar 1 μm dan berjarak sepersepuluh atau
seperseratus μm. Muka gelombang yang keluar dari celah pertama berbentuk
Cylindrical kemudian menyebar hingga masuk ke celah ganda
S1 dan S2, gelombang cahaya yang masuk ke kedua celah ini memiliki fase yang
sama karena menempuh jarak yang sama dari celah pertama. Gelombang
cahaya yang keluar dari celah ganda juga akan tetap sefase, sehingga
celah ganda ini dapat disebut sebagai sumber cahaya yang koheren
sehingga cocok digunakan dalam percobaan interferensi gelombang cahaya.
Untuk memvisualisasikan hasil interferensinya, gelombang cahaya yang
keluar dari celah ganda kemudian ditangkap oleh layar sehingga
terbentuk pola gelap terang pada layar seperti yang terlihat pada
gambar paling kanan. Perhatikan gambar 2b yakni bentuk geometri dari
interferensi cahaya yang digunakan untuk menyederhanakan dalam
melakukan analisis interferensi cahaya pada titik P berkas cahaya yang
berkumpul akan lebih terang hal ini menandakan terjadinya interferensi
konstruktif dan di daerah sebelahnya terlihat lebih redup, hal ini
menandakan terjadinya interferensi destruktif.
kita asumsikan bahwa jarak R (di beberapa buku kadang jarak
celah ke layar diberi simbol “L”) dari celah ke layar jauh
lebih besar daripada jarak antara kedua celah d sehingga berkas
sinar-sinar yang keluar sangat mendekati sejajar (2c), hasil seperti
biasanya terjadi pada percobaan dengan cahaya, jarak antar celah yang
berkisar pada beberapa milimeter dibandingkan dengan jarak celah ke
layar yang berkisar beberapa meter atau lebih, sehingga perbedaan
panjang lintasan berkas sinar sesuai dengan persamaan
r2 – r1 = d sin θ ... (1)
dimana θ merupakan sudut antara berkas sinar yang keluar dari
celah dengan jarak celah ke layar (gambar 2c).
Interferensi konstruktif dan destruktif pada celah ganda
Sebelum masuk ke penjelasan interferensi konstruktif dan destruktif
pada celah ganda, mari kita sejenak mengingat kembali bagaimana proses
terjadinya interferensi konstruktif maupun destruktif pada gelombang.
Perhatikan gambar berikut.
Gambar 3. Interferensi pada gelombang bunyi
(sumber : University Physics with Modern Physics)
Gambar 3 menunjukkan dua buah sumber gelombang
S1 dan S2 memancarkan gelombang
dengan amplitudo dan panjang gelombang (λ) yang sama, serta
fase yang konstan. misalkan kita meninjau sebuah titik a yang berada
pada sumbu x dengan jarak yang sama dari kedua sumber
gelombang (gambar 3a). Jika gelombang yang dihasilkan oleh kedua
sumbernya memiliki amplitudo, panjang gelombang dan fase yang sama
ketika gelombang meninggalkan kedua sumber adalah sefase, maka
gelombang tersebut akan tiba di titik a dalam waktu yang sama dan
tetap sefase. Sehingga amplitudo total di titik a akan menjadi dua
kali amplitudo awalnya karena terjadi interferensi dari kedua
gelombang tersebut. Hal tersebut berlaku juga untuk semua
area.
Sekarang kita perhatikan gambar 3b, terlihat bahwa jarak dari
sumber ke dua (S2) ke titik b lebih panjang 2λ dari pada jarak dari sumber kedua
(S2) ke titik b. Hal ini
menyebabkan sebuah puncak dari sumber pertama akan tiba di titik b
dua kali lebih awal dari pada puncak dari sumber kedua yang
memancar bersamaan dari sumber satu dan sumber dua. Ketika
dua puncak gelombang tiba bersamaan pada suatu titik
(disebut sefase) maka amplitudo pada titik tersebut akan menjadi
dua kali semula sebagai akibat dari interferensi dari kedua
gelombang yang datang. Interferensi yang terjadi ketika kedua
amplitudo ini saling menguatkan disebut dengan interferensi
konstruktif. Misalkan jarak dari sumber pertama ke titik b disebut
dengan r1 dan jarak dari sumber kedua ke titik b disebut dengan r2
maka agar terjadi interferensi konstruktif selisih jarak kedua
sumber ini harus kelipatan bilangan bulat dari panjang
gelombangnya (λ). Secara matematis hubungan ini dapat
ditulis
Agak sedikit berbeda jika kita melihat gambar 3c, selisih dari jarak
sumber pertama ke titik c (r1) dengan jarak dari sumber
kedua ke titik c (r2) adalah -2,50 λ, yang mana merupakan
kelipatan setengah dari panjang gelombangnya. Ketika sebuah puncak
gelombang (amplitudo positif) dari sumber 1 tiba di titik c, pada
saat yang bersama dari sumber ke dua yang datang adalah lembah
gelombang (amplitudo negatif), sehingga terjadi interferensi dari
puncak dan lembah gelombang yang mengakibatkan keduanya saling
melemahkan dan amplitudo di titik c sama dengan nol. Interferensi
yang terjadi ketika kedua amplitudo saling melemahkan disebut dengan
interferensi destruktif. Dengan kata lain interferensi destruktif
akan terjadi jika selisih jarak kedua sumber ke suatu titik harus
kelipatan dari setengah panjang gelombangnya (λ). secara matematis
dapat ditulis
Interferensi konstruktif dan destruktif juga terjadi pada gelombang
cahaya sehingga terjadi pola pita gelap terang pada layar seperti
ditunjukkan gambar berikut.
Gambar 4. Pola gelap terang percobaan interferensi celah ganda
Young yang tertangkap pada layar
(sumber : University Physics with Modern Physics)
Pola terang menandakan terjadinya interferensi konstruktif pada
titik tersebut, sedangkan pola gelap menandakan terjadinya
interferensi destruktif pada titik tersebut. Dengan mensubstitusikan
persamaan (1) ke persamaan (2) kita akan mendapatkan persamaan saat
terjadi pita terang (interferensi konstruktif) sebagai berikut.
Sedangkan jika kita mensubstitusikan persamaan (1) ke persamaan (3),
kita akan mendapatkan persamaan saat terjadi pita gelap (interferensi
destruktif) sebagai berikut
perhatikan kembali gambar 2a dan gambar 4, terdapat persamaan bahwa
bagian tengah dari pola tersebut terlihat paling terang, pola ini
kita sebut sebagai terang pusat jarak dari pita terang atau gelap ke
terang pusat adalah y (gambar 2b). berdasarkan gambar 2b kita dapat
menuliskan bahwa
tan θ = y/R ... (6)
Karena jarak pola pita ke terang pusat (y) jauh lebih kecil daripada
jarak dari celah ke layar (R) maka sudut θ yang terbentuk sangat
kecil, sehingga nilai tan θ ≈ sin θ, sehingga persamaan (6) dapat
kita tulis
sin θ = y/R ... (7)
Dengan mensubstitusikan persamaan (7) ke persamaan (4) dan (5) kita
dapatkan persamaan baru yakni.
untuk pola pita terang, dan
untuk pola pita gelap.
persamaan-persamaan di atas adalah untuk menentukan jarak dari pita terang atau gelap ke terang pusat, bagaimana jika yang ditanyakan di soal adalah jarak antar pita terang, jarak antar pita gelap, atau jarak pita ke n sampai ke m? untuk itu silahkan di baca konsep tambahan tentang materi ini yakni terkait dengan frinji pada interferensi celah ganda (gelombang cahaya)
Demikian uraian singkat tentang interferensi
gelombang cahaya, semoga dapat membantu para pembaca dalam memahami
materi ini. Untuk lebih memahami materi ini silahkan dilihat Latihan Soal Interferensi Cahaya Celah Ganda
