Contoh Soal

Alat Optik – Fisika SMA

Sampel materi untuk guru yang ingin cari soal latihan. Temukan bank soal lengkap dan update dengan cara mendaftar gratis. Kirim soal-soal ini ke murid di kelas Bapak/Ibu Guru lewat Google Classroom, dalam bentuk kuis online, tautan kuis, file kuis, atau cetak langsung!

    1.

    Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut.

    (1) Bayangan yang terbentuk di ruang IV bersifat maya, tegak, diperbesar.

    (2) Bayangan yang terbentuk di ruang III dihasilkan oleh benda di ruang II.

    (3) Benda yang diletakkan di ruang II akan menghasilkan bayangan nyata, terbalik, diperkecil.

    (4) Bayangan yang terbentuk di ruang II bersifat nyata, tegak, diperkecil.

    Pernyataan yang benar tentang sifat bayangan di cermin cekung adalah ....

    A

    (1), (2), dan (3)

    B

    (1), (2), dan (4)

    C

    (1), (3), dan (4)

    D

    (2), (3), dan (4)

    E

    (2) dan (3)

    Pembahasan:

    Letak benda dan letak bayangan di cermin cekung dibagi atas 4 ruang, yaitu ruang I, II, III, dan IV seperti pada gambar.

    Mengikuti tiga sinar istimewa dan pembagian ruang tersebut, diperoleh 4 ciri sifat bayangan di cermin cekung yaitu:

    1. Jumlah ruang letak benda dan letak bayangan selalu 5.
    2. Jika ruang bayangan lebih besar dari ruang benda, maka sifat bayangannya adalah di perbesar.
    3. Jika ruang bayangan lebih kecil dari ruang benda, maka sifat bayangannya di perkecil.
    4. Hanya bayangan di ruang IV yang bersifat maya dan tegak, selain itu bersifat nyata dan terbalik.

    Sehingga:

    • Ketika benda di ruang I, maka bayangan benda akan ada di ruang IV dan bersifat maya, tegak, diperbesar.
    • Ketika benda di ruang II, maka bayangan benda akan ada di ruang III dan bersifat nyata, terbalik diperbesar.
    • Ketika benda di ruang III atau di tempat jauh tak hingga, maka bayangan benda akan ada di ruang II dan bersifat nyata, terbalik, diperkecil.

    Hal yang perlu diingat adalah bayangan nyata terbentuk oleh perpotongan sinar-sinar pantul (terletak di depan cermin). Sedangkan bayangan maya terbentuk oleh perpanjangan sinar-sinar pantul (terletak di belakang cermin).

    Jadi, pernyataan yang benar tentang sifat bayangan di cermin cekung adalah (1), (2), dan (4).

    2.

    Perhatikan pernyataan-pernyataan di bawah ini!

    (1) Nyata

    (2) Perbesarannya adalah 1

    (3) Tegak dan menghadap berlawan arah

    (4) Jarak benda dan jarak bayangan ke cermin sama

    Pernyataan yang benar tentang sifat bayangan pada cermin datar adalah ....

    A

    (1), (2), (3), dan (4)

    B

    (1), (2), dan (3)

    C

    (1), (3), dan (4)

    D

    (1), (2), dan (4)

    E

    (2), (3), dan (4)

    Pembahasan:

    Cermin datar merupakan cermin yang memiliki permukaan datar. Pada permukaan cermin yang rata (tidak retak) pemantulan akan terjadi secara teratur. Pada cermin datar juga berlaku hukum pemantulan cahaya oleh Snellius. Berdasarkan hasil pemantulan cahaya pada cermin datar, terdapat empat sifat bayangan pada cermin datar antara lain:

    1. Bayangan bersifat maya, artinya bayangan tidak dapat ditangkap oleh layar.
    2. Ukuran bayangan sama besar dengan bendanya, sehingga perbesarannya adalah 1.
    3. Tegak dan menghadap berlawanan arah terhadap bendanya.
    4. Jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan dari cermin.

    Jadi, pernyataan yang benar tentang sifat bayangan pada cermin datar adalah (2), (3), dan (4).

    Ingin coba latihan soal dengan kuis online?

    Kejar Kuis
    3.

    Pernyataan berikut berhubungan dengan kerja mata:

    (1) Pupil dan iris mata mengatur intensitas cahaya yang masuk ke mata.

    (2) Sifat bayangan yang terbentuk di retina dipengaruhi oleh banyak sedikitnya cahaya.

    (3) Bayangan yang terbentuk di retina mata bersifat nyata dan terbalik.

    (4) Kelengkungan lensa mata berubah-ubah sesuai dengan banyak sedikitnya cahaya.

    Pernyataan yang benar adalah ....

    A

    (1) dan (2)

    B

    (1) dan (3)

    C

    (2) dan (3)

    D

    (2) dan (4)

    E

    (3) dan (4)

    Pembahasan:

    Mata merupakan alat optik alami. Bagian-bagian mata antara lain sebagai berikut.

    1. Kornea mata. Kornea mata berfungsi untuk melindungi bagian dalam mata.
    2. Pupil mata. Pupil mata berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya ke dalam mata. Ditempat gelap, pupil akan membesar, sedangkan di tempat terang pupil akan mengecil.
    3. Iris mata. Iris mata berfungsi untuk mengatur besar kecilnya pupil dan memberi warna pada mata. Kerja sama antara pupil dan iris mata mengatur intensitas cahaya yang masuk ke dalam mata.
    4. Otot mata. Otot mata berfungsi untuk mencembungkan dan memipihkan lensa mata.
    5. Lensa mata. Lensa mata berfungsi untuk membiaskan cahaya dan membentuk bayangan dari benda yang dilihat ke retina. Kelengkungan lensa mata berubah-ubah jarak fokusnya sesuai dengan jarak benda yang dilihat. Kemampuan berubahnya kelengkungan lensa mata ini disebut dengan daya akomodasi.
    6. Retina. Retina berfungsi sebagai tempat bayangan terbentuk. Bayangan yang terbentuk di retina mata selalu bersifat sama yaitu nyata, terbalik, dan diperkecil. Sifat bayangan tidak dipengaruhi oleh jumlah cahaya, besar kecilnya hanya dipengaruhi oleh jarak benda.
    7. Saraf Mata. Saraf mata berfungsi untuk meneruskan bayangan dari retina ke otak.

    Jadi, pernyataan yang benar adalah (1) dan (3).

    4.

    Dilla mengendarai mobil dan melihat bayangan mobil yang ada di belakangnya melalui kaca spion seperti pada gambar.


    Jenis cermin yang digunakan pada spion mobil Dilla dan sifat bayangan yang terbentuk pada kaca spion tersebut berturut-turut adalah ....

    A

    cermin cekung dan nyata, tegak, diperkecil

    B

    cermin cembung dan nyata, tegak, sama besar

    C

    cermin cekung dan maya, tegak, diperkecil

    D

    cermin cembung dan maya, tegak, diperkecil

    E

    cermin datar dan maya, tegak, sama besar

    Pembahasan:

    Kaca spion merupakan aplikasi dari cermin cembung dalam kehidupan sehari-hari. Cermin cembung merupakan cermin lengkung yang mana permukaannya melengkung ke luar. Titik fokus cermin cembung terletak di belakang cermin, sehingga bernilai negatif. Untuk ukuran yang sama, cermin cembung memberikan medan penglihatan yang lebih luas dari cermin datar. Oleh karena itu, cermin cembung digunakan pada kaca spion mobil agar pengemudi dapat melihat dengan pandangan yang lebih luas keadaan jalan di belakangnya. Meskipun demikian, bayangan yang dihasilkan pada cermin cembung lebih kecil dari benda sesungguhnya. Hal ini disebabkan karena cermin cembung menyebarkan cahaya, dan mengikuti tiga sinar istimewa sifat bayangan yang dihasilkan oleh cermin cembung adalah selalu maya, tegak, diperkecil.

    Jadi, jenis cermin yang digunakan pada spion mobil Dilla dan sifat bayangan yang terbentuk pada kaca spion tersebut berturut-turut adalah cermin cembung dan maya, tegak, diperkecil.

    Ingin cari soal-soal HOTS?

    Soal HOTS
    5.

    Kageyama berdiri di tepi kolam ikan sambil melihat seekor ikan koi di dalam kolam yang tepat di bawahnya. Indeks bias air 1,33 dan indeks bias udara 1. Jika tinggi Kageyama adalah 188 cm, maka tinggi Kageyana menurut ikan koi adalah ....

    A

    200 cm

    B

    212 cm

    C

    235 cm

    D

    250 cm

    E

    270 cm

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Tinggi Kageyama hh = 188 cm

    Indeks bias udara nu=1n_{\text{u}}=1

    Indeks bias air na=1,33n_{\text{a}}=1,33

    Sudut pengamat θi=θr=0\theta_i=\theta_r=0

    Ditanya:

    Tinggi Kageyama menurut ikan h=h'=?

    Dijawab:

    Ketika kita melihat dasar kolam, maka cahaya dari kolam menuju mata kita. Namun jika dilihat dari sudut pandang ikan yang ada di dalam air kolam, maka cahaya dari udara menuju ke mata ikan tersebut. Sehingga cahaya yang ditangkap oleh mata adalah cahaya bias. Perpanjangan sinar bias ini akan membentuk kedalaman bayangan yang lebih dangkal dari kedalaman sebenarnya. Karena cahaya merambat dari dua medium yang berbeda, maka sesuai persamaan hukum Snellius, didapatkan persamaan kedalaman benda di dalam air adalah sebagai berikut.

    hh=n2n1×cosθrcosθi\frac{h'}{h}=\frac{n_2}{n_1}\times\frac{\cos\theta_r}{\cos\theta_i}

    Dengan hh' adalah kedalaman yang tampak (bayangan), hh adalah kedalaman sesungguhnya, n1n_1 adalah indeks bias medium tempat benda berada, n2n_2 adalah indeks bias medium tempat pengamat berada, θr\theta_r adalah sudut bias, dan θi\theta_i adalah sudut datang.

    Persamaan tersebut berlaku secara umum, ketika pengamat melihat benda di kolah dari sudut tertentu. Namun jika pengamat melihat kolam tegak lurus permukaan kolam (θi=θr=0\theta_i=\theta_r=0), maka persamaannya menjadi:

    hh=n2n1\frac{h'}{h}=\frac{n_2}{n_1}

    Ketika ikan koi melihat Kageyama, sinar datang dari udara menuju ke air, maka medium tempat pengamat adalah air dan medium tempat benda di udara.

    hh=n2n1\frac{h'}{h}=\frac{n_2}{n_1}

    hh=nanu\frac{h'}{h}=\frac{n_{\text{a}}}{n_{\text{u}}}

    h=nanuhh'=\frac{n_{\text{a}}}{n_{\text{u}}}h

    h=1,331(188)h=\frac{1,33}{1}\left(188\right)

    h=250h=250 cm

    Jadi, tinggi Kageyana menurut ikan koi adalah 250 cm.

    6.

    Tita mengamati bintang Sirius dengan mata tak berakomodasi menggunakan teropong bintang. Teropong bintang yang digunakan Tita memiliki perbesaran 8 kali. Jika panjang teropong bintang Tita 0,9 m, maka panjang fokus lensa objektif teropongnya adalah ....

    A

    5 cm

    B

    10 cm

    C

    12 cm

    D

    15 cm

    E

    16 cm

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Perbesaran teropong MM = 8 kali

    Panjang teropong dd = 0,9 m = 90 cm

    Mata tidak berakomodasi

    Ditanya:

    Panjang fokus lensa objektif teropong fob=f_{\text{ob}}=?

    Dijawab:

    Ketika pengamat mengamati dengan mata tak berakomodasi pada teropong bintang, jarak benda dianggap berada pada posisi tak hingga sob=s_{\text{ob}}=\infty, sehingga bayangan dari lensa objektif jatuh tepat pada panjang fokus lensa objektif sob=fobs'_{\text{ob}}=f_{\text{ob}}. Selain itu, jarak benda pada lensa okuler juga sama dengan panjang fokusnya sok=foks_{\text{ok}}=f_{\text{ok}} , sehingga perbesaran teropong bintang saat mata tak berakomodasi dirumuskan dengan persamaan berikut.

    M=fobfokM=\frac{f_{\text{ob}}}{f_{\text{ok}}}

    Berdasarkan persamaan perbesaran teropong bintang tersebut dapat diperoleh persamaan yaitu:

    M=fobfokM=\frac{f_{\text{ob}}}{f_{\text{ok}}}

    fob=M fokf_{\text{ob}}=M\ f_{\text{ok}}

    fob=8fokf_{\text{ob}}=8f_{\text{ok}} .......(1)

    Sehingga, dengan mensubstitusikan persamaan (1) dapat diperoleh panjang fokus lensa okuler dari persamaan panjang teropong bintang saat mata tak berakomodasi sebagai berikut.

    d=fob+fokd=f_{\text{ob}}+f_{\text{ok}}

    90=8fok+fok90=8f_{\text{ok}}+f_{\text{ok}}

    90=9fok90=9f_{\text{ok}}

    fok=909f_{\text{ok}}=\frac{90}{9}

    fok=10f_{\text{ok}}=10 cm

    Jadi, panjang fokus lensa objektif teropongnya adalah 10 cm.

    Ingin cari soal-soal AKM?

    Hubungi Kami
    7.

    Para ilmuan sedang meneliti karakteristik virus Covid-19 dengan menggunakan mikroskop elektron yang memiliki perbesaran 1.200 kali. Jika perbesaran pada lensa okuler adalah 50 kali, maka perbesaran lensa objektif adalah ....

    A

    12 kali

    B

    24 kali

    C

    36 kali

    D

    60 kali

    E

    72 kali

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Perbesaran total mikroskop MM = 1.200 kali

    Perbesaran lensa okuler MokM_{\text{ok}} = 50 kali

    Ditanya:

    Perbesaran lensa objektif Mob=M_{\text{ob}}=?

    Dijawab:

    Mikroskop merupakan alat optik untuk melihat benda-benda yang sangat kecil (benda renik) seperti virus dan bakteri. Mikroskop terdiri atas susunan dua lensa cembung. Lensa cembung yang terletak dekat mata disebut dengan lensa okuler, sedangkan lensa cembung yang terletak dekat benda disebut lensa objektif. Pada mikroskop, jarak fokus lensa okuler lebih besar daripada jarak fokus lensa objektif (fok>fobf_{\text{ok}}>f_{\text{ob}}). Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar. Bayangan dari lensa objektif akan menjadi benda bagi lensa okuler, sehingga bayangan akhir yang terbentuk bersifat maya, terbalik, dan diperbesar terhadap objek semula. Perbesaran total mikroskop MM adalah hasil kali antara perbesaran lensa objektif dan lensa okuler. Perbesaran total mikroskop dirumuskan melalui persamaan berikut.

    M=MobMokM=M_{\text{ob}}M_{\text{ok}}

    Sehingga

    Mob=MMokM_{\text{ob}}=\frac{M}{M_{\text{ok}}}

    Mob=1.20050M_{\text{ob}}=\frac{1.200}{50}

    Mob=24M_{\text{ob}}=24 kali

    Jadi, perbesaran lensa objektif adalah 24 kali.

    8.

    Nanda menyinari kaca tebal yang berindeks bias 1,5 dengan seberkas cahaya senter. Jika Nanda mengarahkan seberkas cahaya senter 5353^{\circ} terhadap garis normal, maka besar sudut bias seberkas cahaya senter di kaca adalah .... (nudara=1n_{\text{udara}}=1)

    Catatan:

    A

    3232^{\circ} mendekati garis normal

    B

    3232^{\circ} menjauhi garis normal

    C

    3737^{\circ} mendekati garis normal

    D

    3737^{\circ} menjauhi garis normal

    E

    4242^{\circ} mendekati garis normal

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Sudut datang θ1\theta_1 = 5353^{\circ}

    Indeks bias kaca n2n_2 = 1,5

    Indeks bias udara n1n_1= 1

    Ditanya:

    Sudut bias θ2=\theta_2=?

    Dijawab:

    Hukum Snellius menyatakan hukum-hukum pembiasan sebagai berikut.

    1) Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak dalam satu bidang datar.

    2) Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias pada dua medium berbeda merupakan bilangan tetap yang disebut indeks bias. Pernyataan ini dituliskan dalam bentuk persamaan yaitu:

    n1sinθ1=n2sinθ2n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2

    atau

    sinθ1sinθ2=n2n1\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}=\frac{n_2}{n_1}

    Dengan n1n_1 adalah indeks bias medium 1, n2n_2 adalah indeks bias medium 2, θ1\theta_1 adalah sudut datang sinar, dan θ2\theta_2 adalah sudut bias sinar.

    Hal-hal yang berlaku pada peristiwa pembiasan antara lain:

    1) Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (n2>n1n_2>n_1), maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. Artinya sudut bias akan lebih kecil dari sudut datang (θ2<θ1\theta_2<\theta_1)

    2) Jika sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat (n2<n1n_2<n_1), maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. Artinya sudut bias akan lebih besar dari sudut datang (θ2>θ1\theta_2>\theta_1).

    3) Jika sinar datang tegak lurus batas dua medium, sinar tidak dibiaskan tetapi diteruskan.

    Sehingga, untuk menghitung sudut bias seberkas cahaya senter dapat menggunakan persamaan Hukum Snellius.

    sinθ1sinθ2=n2n1\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}=\frac{n_2}{n_1}

    sin53sinθ2=1,51\frac{\sin53^{\circ}}{\sin\theta_2}=\frac{1,5}{1}

    sinθ2=sin53 (11,5)\sin\theta_2=\sin53^{\circ}\ \left(\frac{1}{1,5}\right)

    sinθ2=(0,8)(11,5)\sin\theta_2=\left(0,8\right)\left(\frac{1}{1,5}\right)

    sinθ2=0,53\sin\theta_2=0,53

    θ2=sin1(0,53)\theta_2=\sin^{-1}\left(0,53\right)

    θ2=sin1(0,53)\theta_2=\sin^{-1}\left(0,53\right)

    θ2=32\theta_2=32^{\circ}

    Karena sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (n2>n1n_2>n_1) maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal.

    Jadi, besar sudut bias seberkas cahaya senter di kaca adalah 3232^{\circ} mendekati garis normal.

    Ingin tanya tutor?

    Tanya Tutor
    9.

    Sebuah sinar diarahkan pada kaca plan paralel dengan sudut 3737^{\circ} terhadap garis normal. Jika kaca plan paralel memiliki ketebalan 6 cm dan indeks bias 3, maka pergeseran sinar pada kaca plan paralel mendekati .... (nudara=1n_{\text{udara}}=1)

    Catatan:

    A

    2,23 cm

    B

    2,36 cm

    C

    2,63 cm

    D

    3,26 cm

    E

    6,23 cm

    Pembahasan:

    Diketahui:

    Sudut datang θudara=37\theta_{\text{udara}}=37^{\circ}

    Ketebalan kaca plan paralel dd = 6 cm

    Indeks bias kaca plan paralel nkacan_{\text{kaca}} = 3

    Indeks bias udara nudaran_{\text{udara}}= 1

    sin37=0,6\sin37^{\circ}=0,6

    cos37=0,8\cos37^{\circ}=0,8

    Ditanya:

    Pergeseran sinar d=d=?

    Dijawab:

    Jika sebuah berkas sinar menuju permukaan kaca plan paralel atau keping kaca sejajarseperti pada kaca jendela, maka sinar tersebut akan mengalami pembiasan sebanyak dua kali. Pembiasa pertama terjadi ketika cahaya masuk ke kaca dan pembiasan kedua terjadi ketika cahaya keluar dari kaca ke udara. Sinar yang keluar dari permukaan kaca lainnya adalah sejajar terhadap sinar datang, tetapi mengalami pergeseran seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

    Besar pergeseran sinar yang melewati kaca plan paralel dapat dihitung melalui persamaan berikut.

    t=dsin(θudaraθkaca)cosθkacat=\frac{d\sin\left(\theta_{\text{udara}}-\theta_{\text{kaca}}\right)}{\cos\theta_{\text{kaca}}}

    Dengan tt adalah pergeseran sinar, dd adalah tebal kaca, θudara\theta_{\text{udara}} adalah sudut datang dari udara, dan θkaca\theta_{\text{kaca}} adalah sudut bias di kaca.

    Menghitung sudut bias kaca.

    Untuk menghitung pergeseran sinar, terlebih dahulu kita menentukan sudut bias sinar di kaca plan paralel sesuai dengan Hukum Pembiasan cahaya.

    sinθ1sinθ2=n2n1\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}=\frac{n_2}{n_1}

    sinθudarasinθkaca=nkacanudara\frac{\sin\theta_{\text{udara}}}{\sin\theta_{\text{kaca}}}=\frac{n_{\text{kaca}}}{n_{\text{udara}}}

    sin37sinθkaca=31\frac{\sin37^{\circ}}{\sin\theta_{\text{kaca}}}=\frac{3}{1}

    sinθkaca=sin373\sin\theta_{\text{kaca}}=\frac{\sin37^{\circ}}{3}

    sinθkaca=0,63\sin\theta_{\text{kaca}}=\frac{0,6}{3}

    sinθkaca=0,2\sin\theta_{\text{kaca}}=0,2

    θkaca=sin1(0,2)\theta_{\text{kaca}}=\sin^{-1}\left(0,2\right)

    θkaca=11,5\theta_{\text{kaca}}=11,5^{\circ}

    Menghitung pergeseran sinar.

    t=dsin(θudaraθkaca)cosθkacat=\frac{d\sin\left(\theta_{\text{udara}}-\theta_{\text{kaca}}\right)}{\cos\theta_{\text{kaca}}}

    t=(6)sin(3711,5)cos11,5t=\frac{\left(6\right)\sin\left(37^{\circ}-11,5^{\circ}\right)}{\cos11,5^{\circ}}

    t=(6)sin25,5cos11,5t=\frac{\left(6\right)\sin25,5^{\circ}}{\cos11,5^{\circ}}

    t=(6)(0,43)(0,98)t=\frac{\left(6\right)\left(0,43\right)}{\left(0,98\right)}

    t=2,63t=2,63 cm

    Jadi, pergeseran sinar pada kaca plan paralel mendekati 2,63 cm.

    10.

    Dua cermin datar A dan B disusun berhadapan dan membentuk sudut 6060^{\circ} seperti pada gambar.