TUGAS FISIKA II

Oleh

Juris Prasetya Simanjuntak071.10.318

JURUSAN TEKNIK PERMINYAKANFAKULTAS TEKNOLOGI KEBUMIAN DAN ENERGIUNIVERSITAS TRISAKTIJAKARTA2014

FISIKA OPTIK

Penurunan hukum pemantulan berdasarkan Prinsip Huygens

Menurut prinsip Huygens setiap titik ,pada suatu gelombang dapat dipandang sebagai suatu pusat gelombang sekunder yang memancarkan gelombang baru ke segala arah dengan kecepatan yang sama pada suatu rambat gelombang.Prinsip diatas jika digunakan untuk menjelaskan hokum pemantulan cahaya,dapat dij,elas,kan sebagai berikut: Perhatikan gambar dibawah ini.

R1R2Medium 2R2R1Medium 1Q1AB

Gambar 2.1.Tentang proses pemantulan cahaya.

Jika medium 2 bersifat reflektor gelombanmg yang dating ,ke batas medium R1dan R2 adalah sinar cahaya yang dating sejajar keti,ka R1 sudah mencapai batas medium yakni titik A R2 baru sampai dittk B.Titik A merupakan sumber cahaya sekunder yang diatas dari A sudah mencapai titik B ,maka sumber cahaya sekunder yang diatas dari A sudah mencapai titik A karena dicapai pada titik A pada maktu yang sama yakni waktu yang di tempuh AA dan BB selama t detik.AA=BB=V1t.

Dapat dilihat dari gambar bawah bahwa:

sin 1

BB'AA'

V1t AB '

.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......(1)

sedangkan,

sin r

AA'AB'

Vit AB'

.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......( 2)

sehinggasin i

sin r

atau ir

Pada ,pemantulan gelombang dikenal sudut datang sama dengan sudut pantul.

iSudut datang yakni sudut yang dibentuk antara sinar datang dan garis normalrSudut yang dibentuk antara garis normal dan garis garis yang dipantulkan

II.1 Penurunan hukum pembiasan berdasarkan prinsip Huygens.

Prinsip Huygens juga dapat digunakan untuk menjelaskan hukum pembiasan,gelombang.jika gelombang datang dari suatu medium ke medium lain yang dapat meneruskan gelombang .untuk menjelaskan perstiwa pembiasan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

nAA=V2tR1R2NormalB

Gambar 2.2 peristiwa pembiasan gelombang cahaya.

Penjelasan dari peristiwa bahwa pembasan gelombagng cahaya adalah sebagai berikut:Pembasan adalah peristiwa sebuah ,gelombagng yang datang dari suatu mediumke medium lain yang berbeda.Seperti dilihat pada gambar R1 dan R2 adalah ,dua sinar sejajar ketika R1 mencapai batas me,dium dititik A sinaar R2 mencapai titik B.Pada waktu I detik medium 1 gelombang mencapai jarak AA=V2t

sin 1

sin 1

BB'AA'AA'AB'

V1t AB'V2 t AB'

.......... .......... .......... .......... .(3)

.......... .......... .......... .......... .(4)

Dari persamaan 3 dan 4 :

sin 1sin 1

v1t AB

. ABV2 t

sinsin12v1v2

Hukm pembiasan.Perbandingan V1 terhadap V2 selalu konstan dan dapat didefinisikan sebagai suatu indeks bias relative atau :

1v2 v12Indeks bias relative antara dua medium dapat didefinisikan yaitu perbandingan kecepatan gelombang cahaya dalam medium-medium tersebut.

n21

v1 v2

v1v21 f2fN21 adalah indeks bias untuk sinar cahaya datang dari medium 1 ke medium 2

n21

1 2

Indeks bias absolutJika kecepatan cahaya udara atau ruang hampa (c) digunakan sebagai acuan maka indeks bias suatu medium atau indeks ,bias absolute suatu medium a,dalahperbandingan anatara kecepatan cahaya diudara atau vakum dan kecepatan cahayadimedium tersebut .

nc .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......( 5)vN21 adalah indeks bias relatf jika cahaya datang dari medium 1 ke medium 2

n21

n21

v1 v2n2n1

c / n2 c / n1.......... .......... .......... .......... .......... .........( 6)

sehingga

sinsin11 v1v2 n1n2

ataun1 sin 1

n2 sint

Persamaan no 7 dikenal sebagai hokum snellius untuk pembiasanDari persamaan no 7 dpat terjadi beberapa kemungkinan hubungan antara

idan 2

dengan asumsi gelombang datang dari medium 1 ke medium 2 sebagai berikut :1. Bila v21 ,atau n2>n1,akan diperoleh dengan kata kata sebagai berikut:

irJika gelombang datang dari medium renggang ke medium yang lebih padat maka akan dibiaskan mendekati garis normal .

2. Bila v2 > v1 atau n21>1 atau n21 v1 atau n2v1 atau n2n1

11

Gambar 2.3.

2. Sinar datang dari n1 ke n2 dimana n1>n2

n2n1

Gambar 2.4.

3. 12Untuk 1>2 untuk sinar datang dari n1ke n2 ,dimana n1>n2 &

n1 sin1

n2 sin/ 2

dim ana 12n1 sincn2

sinc

n2 / n1

cinv sin(n2 / n1 )4. Untuk 1>2 untuk sinar datang dari n1 ke n2 & n1>n2 terjadi refleksi total

1 2Gambar 2.5

III. 1 Prinsip Fermat

Dalam tahun 1650 PIERE Fermat mengungkapkan suatu prinsip tentang perjalanan cahaya sebagai berikut : Sinar cahaya yang menjalar dari suatu titik ke titik lain akan melalui lintasan dengan waktu tempuh terpendek

Prinsip fermat untuk menurunkan titik pematulanJika cahaya datang dari suatu medium ke medium lain yang berwarna mengkilat maka cahaya mengalami pemantulan, jika kita gunakan prinsip fermat dapat di tunjukkan pada gambar sbb :

Gambar 3.1 Sinar dari titik A dipantulkan di P sampai di B

Menurut fermat dari APB akan melalui lintasan dengan waktu tempuh terpendek.L = AP + PBt = tAB + tPB

2x2dx21 / 2b2vvtLetak titik P harus sedemikian rupa sehingga

waktu tempuh dari APB adalah minimum dengan syarat dt/dx = 0

dxdt01 (a22

x2 ) 1 / 2 (2x)

1 (b2(d2

x)2 ) 1 / 2 (2)(d

x)( 1)

Sehingga didapat

a2xx2 1 / 2 dxb2(dx)2 1 / 2

Dilihat dari gambar secara geometri dapat ditafsirkan :

sin

isin r

maka sin i

r , terbukti

Ini tidak lain adalah hukum pemantulan : Dimana :

ri=sudut datang yakni sudut yang dibentuk antara sinar datang dan garis normal= sudut pantul yakni sudut yang dibentuk antara sinar datang dan garis normal

III.2 Prinsip Fermat untuk menurunkan titik pembiasan

Sinar datang dari sudut medium ke medium lain yang diteruskan dengan mengalami pembelokan karena terjadi perubahan kecepatan misalkan sinar cahaya datang dari kemedium 2.

NormalGambar 3.2

Sinar datang dari A ke P lalu dibiaskan sehingga mencapai titik B Waktu yang ditempuh sinar APB adalah :t = tAP + tPB

I1I2v1v2t

I1I2cIn1cIn1n1I1n2 I2cct

Sesuai dengan prinsip fermat

dx0

n1 (1)2x a 2

1 / 2x

1 n2 .2(d

x)(

1)(b2(d

x)2 ) 1 / 2

dtc2

22 c

0n1 X

n2(d x)

atau

c (a2

x2 )1 / 2

c (b2(d

x)2 )1 / 2

nx

n(d x)

1 (a2

x2 )1 / 2

2 (b2(d

x)2 )1 / 2

tJika diperhatikan gambar 2.8 diatas terlihat secara geometri

n1 sin

tn2 sin

Spektrum gelombang electromagnet

Gelombang elektromagnet terjadi akibat medan magnet atau medan listrik yang berubah terhadap waktu gelombang elektromagnet yang dipancarkan oleh sumber akan merambat ke segala arah oleh karenanya akan membentuk muka gelombang berbentuk tertutup

Gambar 4.1 Tempat kedudukan dengan fase yang sama

Muka gelombang merupakan tempat kedudukan titik-titik dengan fase yang sama seperti terlihat pada gambar diatas.Dari peburunan persamaan Maxwell dapat diketahui cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat kemagnetan dan kelistrikan median

1C =

C = Cepat rambat gelombang = Pemerbilitas ruang magnet medium = Pemerbilitas listrik medium

Gelombang electromagnet mempunyai spektrum yang sangat luas dengan penggunaan yang sangat banyak seperti terlihat pada table 4.1

Panjang gel. (m) Frekuensi (Hz)KlasifikasiPenggunaan

10-15

10-12

1024

1021

Ultraviolet

Iradiasi Makanan, terapi kanker

E 1018 exaP 1015 petaT1012 teraG 109 gigaM 106 megaK 103 kilo*h 102 hecto

*da 101 deca

( ) 10-10

(nm) 10-9

1018 (EHz)

Sinar - X Ultraviolet

Diagnosa medis

Sterilisasi

*d 10-1 deci*c 10-2 centim 10-3 milli10-6 micron 10-9 nanoP 10-12 picoF10-15 femtoA 10-18 atto

( m) 10-6

1015 (PHz) Cahaya tampak

Infra merah

1012 (THz)

7.889 x 10144.164 x 1014

Penginderaan/ penglihatan malam hari

(*)

Untuk panjang, luas dan isi

(mm) 10-3

(cm) 10-2

10-1

(m) 1 10 102(km) 103

104

105

(Mnt) 106

107

108

109 (GHz)

106 (MHz)

103 (KHz)

50 (Hz)

1 (Hz)

Gelombang mmEHF (30 300 GHz)

SHF (3 30 GHz)

UHF (300 3000 MHz)

VHF (30 300 MHz)

HF (3 30 MHz)

MF (300 3000 KHz)

LF (30 300 KHz)

VLF (3 30 KHz)

ULF (300 3000 Hz)

SLF (30 300 Hz)

ELF (3 30 Hz)

Radar, explorasi luar angkasa Radar, komunikasi satelit Radar, TV, navigasi

TV, FM, Polisi, radio mobil, air traffic controlFacsimilie, radio gel. Pendek (SW),citizens bandAM, radio maritim, pencari arah (DF)

Navigasi, beacon radioNavigasi, sonar Telepon daerah audio

Komunikasi dengan kapal selam, listrik daya (PLN)Deteksi bahan bahan metal terkubur

Daerah panjang gelombang tampak bagi manusia : 750 (nm)380 (nm)

(Deep red)(Violet)

4.2 Spektrum warna

Seperti terlihat pada table 4.1 cahaya tampak adalah bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat ditangkap oleh mata normal manusia disebut cahaya tampak dan mempunyai penjang gelombang diantara 4000 A sampai dengan 7000 A singkatan dari Angstrom yakni 1010 m mata manusia mempunyai sensitivitas tertentu terhadap gelombang cahaya seperti ditunjukkan pada gambar 4.2.

UnguBiruHijauKuningOrangeMerah100

Sensitifitas relatif80

60

40

20

04000A4500A5000A5500A6000A6500A7000A

Gambar 4.2 sensitivitas mata manusia

Dari gambar tersebut sensitivitas mata relative dari seorang pengamat standard memperhatikan pusat daerah tampak kira-kira 5550 A (sensai kuning dan hijau). Secara garis besar spektrum warna dapat dibagi seperti gambar 4.3

Spektrum AbsorbsiSpektrum KontinuSpektrumSpektrum EmisiSpektrum Diskontinu

Spektrum garis Spektrum pita

Spektrum Emisi

Gambar 4.3

Adalah cahaya yang dipancarkan oleh benda-benda (cair, padat, gas) dalam keadaan menyalaContoh :Spektrum emisi terjadi misalnya besi dipanaskan sampai pada temperatur tertentu dan pada tekanan tertentu berpijar merah.

Spektrum Emisi kontinuAdalah spektrum emisi yang dapat memancarkan cahayanya tidak terdapat garis-garis hitanm. Spektrum demikian tidak usah mengandung warna yang lengkap merah sampai dengan ungu cukup beberapa warna saja

Spektrum Emisi DiskontinuSpektrum emisi diskontinu adalah spektrum emisi yang pada saat menyalanya terdapat garis atau pita hitam yang bukan pada penyerapan

Spektrum absopsiApabila cahaya putih masuk melalui zat terjadi penyerapan salah satu atau beberapa warnanya.

gelas Mer a hContoh :

merah

Cahaya Putih

Gambar 4.4

LarutanKMnO4Cahaya putih adalah cahaya polikromatis terdiri beberapa warna setelah melewati gelas semua warnanya diserap kecuali warna merah dan warna merah diteruskan.

Cahaya

Kehilangan warna hijau

putihPrismaLayar

Gambar 4.5Cahaya putih yang dilewatkan melalui larutan setelah melalui prisma ternyata warna yang ditangkap layer tidak lengkap yakni kehilangan warna hijaunya.

Cahaya

Kehilangan warna Kuning

Larutan NaputihPrismaLayarGambar 4.6

4.3 Hukum Kirchoff dan Bunsen

berikut :

Dari hasil pengamatan Kirchoff dan Bunsen didapat suatu hasil sebagai

Bila berkas cahaya melalui sesuatu gas atau uap maka gas atau uap akan menyerap warna-warna sesuai dengan warna yang dipancarkannya ketika gas atau uap tersebut menyalaContoh :1. Na ketika menyala menghasilkan warna kuning,Maka jika cahaya putih melalui gas Na akan kehilangan warna kuningnya karena diserap oleh gas Na tersebut2. Gas H2 ketika menyala menghasil warna merah, hijau dan ungu maka jika cahaya putih dilewatkan melalui gas H2 akan kehilangan warna merah, hijau, dan ungu karena diserap oleh gas H2Garis FraunhoferMatahari terdiri dari gas-gas yang bersuhu tinggi gas tersebut memancarkan spektrum kontinu bagian luar matahari suhunya lebuh rendah dan gas yang ada di bagian luar menyerap warna-warna sehingga terjadi garis- garis hitam yang disebut garis Fraunhofer spektrum matahari terhadap sekitar 18000 Fraunhofer.

Warna bendaWarna yang terlihat pada benda 2 dibedakan dalam 2 jenis yaitu:1. Warna benda tembus cahayaWarna yang tampak tergantung dari warna cahaya yang diteruskan2. Warna benda tak tembus cahaya.3. Warna yang tampak bergantung dari warna yang dipantulkannya.