ray optics - fatih.sch.idfatih.sch.id/wp-content/uploads/2017/10/12-graders-3.-ray-optics.pdf•...
TRANSCRIPT
RAY OPTICSP H Y S I C S F O R 1 2 T H G R A D E R S
Chapter Overview
Nature of Light
Newton vs Huygens
Sources of Electromagnetic Spectrum
Electromagnetic Spectrum in life
Diffraction of Light (Single Slit Experiment)
Interference Pattern (Youngs Double Slit Experiment)
Polarization
Theory of Light
WAVEPARTICLESir Isaac Newton Christian Huygens
De Broglie
Light have both particle and wave characteristic
Maxwell
Light is known as one form of electromagnetic
wave which is transverse and can propagate in
vacuum environment
Electromagnetic Spectrum
G R U V I Rada Tele RaSho
Electromagnetic Spectrumin our daily life
Gamma Rays (1020 1025 Hz) dimanfaatkan dunia kedokteran untuk terapi kanker dan
membunuh sel kanker
mensterilisasi peralatan rumah sakit atau makanan sehingga
makanan tahan lebih lama
membuat varietas tanaman unggul tahan penyakit dengan
produktivitas tinggi
mengurangi populasi hama tanaman (serangga)
medeteksi keretakan atau cacat pada logam
sistem perunut aliran suatu fluida (misalnya aliran PDAM),
mendeteksi kebocoran
mengontrol ketebalan dua sisi suatu logam
Electromagnetic Spectrumin our daily life
X Rays (1016 1020 Hz) mendiagnosis adanya gejala penyakit dalam tubuh, seperti
kedudukan tulang-tulang dalam tubuh dan penyakit paru-paru dan
memotret organ-organ dalam tubuh (tulang), jantung, paru-paru,
melihat organ dalam tanpa pembedahan (foto Rontgen)
menganalisis struktur atom dari kristal
mengidentifikasi bahan atau alat pendeteksi keamanan
memeriksa barang-barang di bandara udara atau pelabuhan
Electromagnetic Spectrumin our daily life
Ultraviolet Rays (1015 1018 Hz) untuk proses fotosintesis pada tumbuhan
membantu pembentukan vitamin D pada tubuh manusia
dengan peralatan khusus dapat digunakan untuk membunuh
kuman penyakit, menyucihamakan ruangan operasi rumah sakit
berikut instrumen-instrumen pembedahan
memeriksa keaslian tanda tangan di bank-bank, keaslian uang
kertas, dll
banyak digunakan dalam pembuatan integrated circuit (IC)
***Dapat membuat kulit kehitaman dan juga kanker kulit bila terpapar
terlalu lama
Electromagnetic Spectrumin our daily life
Visible Light (1015 Hz) Membantu penglihatan mata manusia
Salah satu aplikasi dari sinar tampak adalah penggunaan sinar laser
dalam serat optik pada bidang telekomunikasi
Electromagnetic Spectrumin our daily life
Infrared (1011 - 1014 Hz) terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok (physical
therapy)
fotografi pemetaan sumber daya alam, mendeteksi tanaman yang
tumbuh di bumi dengan detail
fotografi diagnosa penyakit
remote control berbagai peralatan elektronik
mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif
pada bidang militer,dibuat teleskop inframerah yang digunakan
melihat di tempat yang gelap atau berkabut dan satelit untuk
memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau
awan
sistem alarm maling
Electromagnetic Spectrumin our daily life
Radar and Shortwave pemanas microwave
komunikasi RADAR (Radio Detection and Ranging)
mengukur kedalaman laut
digunakan pada rangkaian televisi
gelombang RADAR diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek,
memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di
kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut,
serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.
Electromagnetic Spectrumin our daily life
Television and Radio alat komunikasi, sebagai pembawa informasi dari satu tempat
ketempat lain
Electromagnetic SpectrumExample 1
Dibawah ini merupakan penerapan gelombang elektromagnetik.
(1) Sebagai remote control
(2) Mengontrol ketebalan kertas
(3) Proses pengeringan dalam pengecatan mobil
(4) Memanaskan makanan dalam oven
(5) Sistem keamanan
Yang merupakan penerapan sinar infrared adalah
A. (1), (2), dan (3)
B. (2), (3), dan (4)
C. (3), (4), dan (5)
D. (1), (3), dan (5)
E. (2), (4), dan (5)
Electromagnetic SpectrumExample 2
Gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk membunuh
bakteri dan virus adalah ....
A. Sinar X
B. Sinar gamma
C. Sinar ultraviolet
D. Gelombang radio
E. Gelombang mikro
Electromagnetic SpectrumExample 3
Berikut ini merupakan manfaat sinar X, ....
A. Analisis struktur bahan
B. Memasak makanan dengan cepat
C. Memotret tulang-tulang dalam tubuh
D. Melihat bagian dalam benda tanpa membukanya
E. Mendeteksi cacat pada logam
Electromagnetic SpectrumExample 4
Gelombang elektromagnetik yang tepat untuk menentukan jejak
pesawat udara di tempat yang jauh adalah ....
A. Gelombang radio
B. Sinar gamma
C. Sinar X
D. Gelombang mikro
E. Inframerah
Electromagnetic SpectrumExample 5
Perhatikan jenis-jenis gelombang di bawah ini:
(1) Sinar X
(2) Ultraviolet
(3) Sinar gamma
(4) Inframerah
(5) Radio
Urutan yang benar dari jenis-jenis gelombang di atas dari energi yang
paling rendah ke energi yang paling tinggi adalah ....
A. (1)-(2)-(3)-(4)-(5)
B. (2)-(4)-(5)-(1)-(3)
C. (5)-(3)-(1)-(4)-(2)
D. (4)-(5)-(1)-(3)-(2)
E. (5)-(4)-(2)-(1)-(3)
Diffraction of Light
(Single Slit Experiment)
Diffraction of Light Single Slit Experiment
An appearance of many colors on the surface of
a compact disc (CD) is one example of diffraction
phenomenon, where each track on the CD is act
as diffraction grating.
The bending of a light around the
edges of an opening or an
obstacle.
Diffraction
d
Diffraction of Light Single Slit Experiment
Dark area on
the screen
Bright area on
the screen
d
Diffraction of Light Single Slit Experiment
Dark area on the screen
Bright area on the screen
sin =
sin =
*where m = 0, 1, 2, 3,
sin =
1
2
sin = 1
2
*where n = 1, 2, 3,
Diffraction of Light Single Slit Experiment
sin = In most cases, the
angle is quite
small, therefore
sin =
First bright order, m = 1
Second bright order, m = 2
Third bright order, m =3
First dark order, m =0.5
Second dark order, m = 1.5
Third dark order, m =2.5
Diffraction of Light Example 1
A monochromatic light passes though a narrow single slit, it generates a fifth
bright order with an elevation angle of 30o. If the wavelength of the light is
6000 , what is the thickness of the slit?
:
= 30
= 6000
= 6 107
= ?
:
= 5
sin =
sin 30 = 5 (6 107 )
=30 107
0.5
= 60 107
= 6 106 = 6
Diffraction of Light Diffraction Grating
Number of Grating (N)
=1
sin =
First-order maxima, m = 1
Second-order maxima, m = 2
Third-order maxima, m =3
Diffraction of Light Example 2
A monochromatic light striking perpendicularly to the diffraction grating
which has 4000 slits per cm. If the second order of the bright spectrum is
forming 30o angle to the normal line, calculate the lights wavelength in
angstrom unit.
:
= 30
= 2
= ?
:
= 4000 /
=1
=
1
4000
sin =
sin 30 = 2 1
4000
=1
4000 2 2
=
=
1
16000
=1 108
16000
Diffraction of Light Example 3
Seberkas cahaya jatuh tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 5.000 goresan
tiap cm. Sudut deviasi orde keempat adalah 30. Panjang gelombang cahaya
yang digunakan adalah ....
:
= 30
= 4
= ?
:
= 5000 /
Diffraction of Light Example 3
A monochromatic ray with wavelength of 5000 ( 1 = 10-10 m) pass
through a single slit and produces first bright order as shown in the figure.
What is the width of the slit?
Diffraction of Light Example 4
Kisi dengan jumlah goresan 1.000 setiap cm dikenai sinar mokromatis
dengan arah tegak lurus. Panjang gelombang sinar yang dipakai sebesar 500
nm. Sudut deviasi pada orde 10 sebesar ....
A. 0
B. 15
C. 30
D. 45
E. 60
Diffraction of Light Example 5
Seberkas cahaya monokromatik dengan panjang gelombang 500 nm tegak
lurus pada kisi difraksi. Jika kisi memiliki 400 garis tiap cm dan sudut deviasi
sinar 30, maka banyaknya garis terang yang terjadi pada layar adalah ....
A. 24
B. 25
C. 26
D. 50
E. 51
Interference Pattern
(Youngs Double Slit Experiment)
Interference PatternDouble Slit Experiment
sin =
First-order bright, m = 1
Second-order bright, m = 2
seventh-order bright, m =7
First-order dark, m = 0.5
Second-order dark, m = 1.5
ninth-order dark, m = 8.5
Interference PatternDouble Slit Experiment
a) When both waves of light travel the same distance, they arrive at the screen
in phase and interfere constructively
b) The waves still interfere constructively.
b) The waves still interfere destructively.
Interference PatternDouble Slit Experiment
sin =
sin =
=
Youngs ExperimentExample 1
Gambar berikut merupakan sketsa lintasan sinar oleh difraksi pada celah ganda:
Jika A adalah titik terang orde ke-3 dan panjang gelombang cahaya yang
digunakan adalah 500 nm, maka jarak A dari terang pusat adalah ....
:
= 2
= 3
= 5 107
= ?
:
= 6 105
=
(6 105 )
(2 )= (3) (5 107 )
= 5 102
Midterm Pointers
PointersMidterm 2017/2018
1. To judge a trend of a quantity in simple harmonic motion related with
another quantity
2. To calculate period of spring-mass pendulum
3. To explain a reason of damped oscillation
4. To identify correct statement about waves
5. To observe node and antinode in standing wave
6. To name correct properties of wave from picture
7. To calculate wavelength from traveling wave equation
8. To observe wavelength in open-end pipe
9. To determine a spectrum that satisfy a statement concerning dispersion of
light
10. To calculate period of simple harmonic motion from position equation
PointersMidterm 2017/2018
11. To calculate the spring constant
12. To predict the stretch of spring
13. To discern electromagnetic wave and mechanical wave
14. To identify two types of mechanical waves according to the motion of
particle and wave
15. To calculate period if frequency is given
16. To calculate wavelength of electromagnetic wave
17. To calculate wavelength of waves
18. To predict the frequency of n harmonic in string
19. To calculate sound intensity level
20. To calculate sound intensity of sound
PointersMidterm 2017/2018
21. To explain Doppler effect
22. To observe harmonic pattern in closed end pipe
23. To calculate fundamental frequency in open pipe
24. To observe change in a quantity in interference of light related with other
quantity
25. To observe change in a quantity in interference of light related with other
quantity
26. To calculate wavelength in interference by diffraction grating
27. To calculate speed of plane by Doppler effect
28. To calculate separation between slits in youngs double slits experiment
29. To calculate sound intensity when the distance is changed
30. To calculate single constant spring from parallel springs