optik geometri

OPTIK GEOMETRI

Apakah cahaya itu?

• Cahaya menurut Newton (1642 - 1727) terdiri dari partikel-partikel ringan berukuran sangat kecil yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi.

• Sementara menurut Huygens ( 1629 - 1695), cahaya adalah gelombang seperti halnya bunyi. Perbedaan antara keduanya hanya pada frekuensi dan panjang gelombangnya saja.

Eksperimen yang dilakukan oleh para ilmuwan :

Thomas Young (1773 - 1829) dan Agustin Fresnell (1788 - 1827) :

berhasil membuktikan bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan berinterferensi merupakan sifat dasar gelombang bukan partikel.

Maxwell (1831 - 1874) :

Cahaya gejala kelistrikan dan kemagnetansehingga tergolong gelombang elektromagnetik.

Dua fisikawan pemenang hadiah Nobel :

Max Planck (1858 - 1947) danAlbert Enstein (1879 – 1955) : teori foton

Planck cahaya dipancarkan dalam bentuk paket-paket kecil yang disebut kuanta (teori Kuantum)

Einstein menjelaskan peristiwa yang dikenal dengan nama efek foto listrik, yakni pemancaran elektron dari permukaan logam karena logam tersebut disinari cahaya.Disimpulkan : Cahaya menunjukkan sifat sebagai gelombang dan dalam kondisi lain menunjukkan sifat sebagai partikel. Hal ini disebut dualisme cahaya

Pemantulan cahaya• Jika sebuah batu

dijatuhkan ditengah kolam, maka akan muncul gelombang lingkaran dari titik dimana batu dijatuhkan.

• Sinar gelombang tegak lurus terhadap muka gelombang, menyatakan arah kemana gelombang menyebar/merambat.

Pemantulan Gelombang DatarPemantulan Gelombang Datar

Gelombang tali merupakan gelombang yang paling sederhana (1 dimensi) , selanjutnya kita akan membahas gelombang yang kompleks, yaitu gelombang datar (2 dimensi). Contoh gelombang datar adalah gelombang air. Sifat-sifat gelombang air dapat diamati dengan alat yang disebut tangki riak atau tangki gelombang.

Perhatikan animasi berikut ini! Klik disini

Jika benda dijatuhkan, maka akan terbentuk gelombang transversal pada permukaan air. Hal ini terlihat dengan adanya bukit dan lembah air. Bukit ditunjukkan oleh bagian yang cembung, sedangkan lembah ditunjukkan oleh bagian yang cekung.

Perhatikan animasi berikut ini! Klik disini

bukit / cembunglembah / cekung

Pemantulan Gelombang DatarPemantulan Gelombang Datar

Jika gelombang disinari dengan lampu, akan tampak bayang gelang dan terang secara silih berganti. Bagian yang cembung menghasilkan bayangan terang sedangkan bagian cekung menghasilkan bayangan gelap. Jarak antara garis terang dengan garis terang berikutnya merupakan panjang gelombang ().

Perhatikan animasi berikut ini! Klik disiniPerhatikan animasi berikut ini! Klik disini

cembungan

cekungan

sumber gelombang

arah rambatan

play

Semakin jauh dari titik sumber gelombang, muka gelombang menjadi lebih datar.

Pemantulan dari bidang rata disebut pemantulan specular (biasa) ;

Jika permukaan bidang kasar disebut pemantulan diffuse (baur)

• Hukum pemantulan (snellius) :1. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul

terletak pada satu bidang datar.2. Sudut datang = sudut pantul

Cermin datar• Hukum Pemantulan cahaya:1.Sinar datang garis normal dan sinar pantul terletak

pada satu bidang datar.2.Besar sudut datang (i) sama dengan sudut pBayangan yang dihasilkan oleh cermin datar akan

bersifat maya, tegak dan sama besar antul (r)

Cermin Datar : bentuk permukaannya datar

• Pemantulan cahaya dari obyek (bunga dan vas) pada cermin datar.

• Sifat bayangan yang dibentuk cermin datar :a. mayab. jarak benda-cermin =

jarak bayangan-cerminc. tegak

Cermin Cekung dan Cermin Cembung

Rumus Cermin Cekung dan Cermin Cembung

Karakteristik Cermin * cekung : -jari jari kelengkungan positif -Jika jarak oby > fokus→ bay nyata ,terbalik - jika oby terletak antara fokus dan cermin→ bay maya, tegak, diperbesar

* cembung:- jari2 kelengkungan negatif -jika oby didepan cermin →terbentuk bay maya, tegak, diperkecil

* datar : - jari2 kelengkungan tak berhingga - Bay maya, sama besar, tegak

• Contoh * Di mana seseorang harus berdiri di depan cermin cekung berjari-jari 120 cm agar dapat melihat bay wajahnya yang tegak dan 4 kali lebih besar Penyel: bay tegak dan maya→ s’ neg→ s’ = -4s 1/s + 1/s’ = 2/R → s = 45 cm

• Cermin apakah yang harus digunakan , dan berapa pula jari-jarinya agar dapat membentuk bay tegak , 1/5 kali besar oby yang ditempatkan 15 cm di depan nya

• Penyel : bay tegak , s’ neg→ s’ = -s/5 bay < oby → cermin cembung 1/15 - 1/3 = 2/R → R = -7,5 cm

Lensa

Lensa Cembung

Lensa Cembung

PEMBENTUKAN BAYANGAN

Lensa cembung dapat digunakanuntuk memproyeksikan bayangan nyata

Pada Lensa Cembung, bayangan nyata terbentuk pada titik pertemuan semua berkas sinar yang melewati lensa

Lensa Cekung

• Lensa cekung

PEMBENTUKAN BAYANGAN PADA LENSA

Sinar datang paralel dibiaskan menjauhi titik fokus dan seolah-olah berasal dari titik fokus lensa (F)

Jarak antara titik fokus ke pusat lensa disebut panjang fokus (f)

Lensa yang kuat memiliki f yang kecil

Kekuatan Lensa: P = 1/ f

Panjang fokus dan kekuatan lensa cekung berharga negatif

Pembentukan Bayangan

Rumus Lensa

Kuat lensa P= 1/F satuan Dioptri dan F ber satuan meter

• Contoh ;• Lensa konfergen ( f=20 cm) ditempatkan 37 cm

dari depan layar. Dimanakah oby harus diletakkan agar tampil pada layar?

Penyel: 1/s + 1/37 = 1/20

*Sebuah lensa kaca ( n=1,5) , jarak fokusnya 10 cm dalam udara. Berapakah jarak fokus lensa dalam air (n=1,33)

Penyel : di udara : 1/10 = (1,5-1) ( 1/r₁ + 1/r₂) dalam air : 1/f = (1,5-1,33) ( 1/r₁ + 1/r₂) • Suatu lensa terdiri dari 2 lensa tipis yang

bersentuhan, masing-masing berkekuatan + 10 diopteri dan – 6 diopteri. Berapakah kekuatan dan jarak fokus susunan lensa itu?

• Penyel : Kuat susunan lensa P = +10 -6 = + 4• Jarak fokus gab f = 0.25 m = 25 cm.

• Pembiasan adalah peristiwa pembelokan arah rambatan cahaya yaitu ketika cahaya melewati batas dua medium yang berbeda kerapatannya.

Hukum Pebiasan Cahaya dari Snellius :1.Sinar datang garis normal dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.2.Hasil perbandingan antara sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan sebuah bilangn konstan (indek bias).

Pembiasan

Pembiasan

Pembiasan oleh kaca Planparalel

• Sinar istimewa : n2 > n1

• sinar 3 : i = ic → ic = sudut

kritis , θ = 90o

sinar 4 : i > ic maka sinar

dipantulkan sempurna Sudut kritis : Sin ic = n₂ /n₁

Peristiwa pemantulan sempurna merupakan dasar bekerjanya serat optis dan serat berongga

Serat berongga berfungsi sebagai jalan cahaya bagi cahaya laser dengan daya sangat besar

n1

n2

1 2

3

4ic i>ic

• Contoh soal• 1. Sekeping kaca ( indeks bias 1,55) tebalnya 0,6 cm.

Berapa waktu diperlukan suatu pulsa cahaya untuk melintasi keping

Penyelesaian t = x / v → t = x / ( c/n)

2. indeks bias intan 2,42. Berapa sudut kritis agar cahaya yang berasal dari dalam intan bisa keluar

Penyelesaian n₁ sinѲ₁ = n₂ sinѲ₂ → 2,42 sin Ѳ͵ = 1 sin 90

Pembiasan oleh kaca Prisma

Pembiasan permukaan lengkung

PENERANGAN DAN FOTOMETRI

• Intensitas cahaya ( I ) : ukuran kekuatan sumber menurut mata kita, satuan “lilin” atau Candela (cd)

1 lilin = 0,981 cd

• Fluks cahaya ( F ) : jumlah cahaya yang terlihat dan dipancarkan oleh suatu sumbar , satuan lumen (lm)

F = 4 ∏ I

• Intensitas Penerangan atau Iluminasi ( E ) : banyaknya cahaya yang tiba pada satu luas satuan lm/m² (luks)

E = F/A = 4∏ I / 4∏r² = I / r²

Azas fotometri I1 / I2 = r1 /r2 ²

• Suatu lampu sorot intensitas rata-ratanya 1000 cd. Seluruh cahayanya oleh reflektor dan lensa dipusatkan pada permukaan suatu dinding seluas 200 cm2. Berapa intensitas penerangan daerah itu?

E = F/A = 4 ∏ I /A

• Sebuah lampyu yang tidak diketahui intensitasnya , apabila terletak 90 cm dari alat ukur cahayamenghasilkan intensitas penerangan yang sama seperti lampu standart 32 cdpada jarak 60 cm. Berapa intensitas lampu itu?

I1 / I2 = r₁ ² /r₂²

Sistem Indra Mata

Sistem Fokus Pada Mata

G

G

G

G

GGFokus normal

Fokus Depan (Myopi) (-) Fokus Belakang (+)

* Lensa mata dapat memfokuskan cahaya yang berasal dari benda yang jaraknya berbeda sehingga jatuh di retina mata → caranya dengan mengubah jarak fokus lensa mata→ disebut proses akomodasi

* Orang dewasa normal tak dapat berakomodasi untuk jarak benda lebih kecil dari 25 cm→titik dekat

* Mata anak normal dapat berokomodasi untuk jarak benda sampai sedekat 10 cm

* Mata orang yang berusia diatas 40 tahun tak dapat berokomodasi untuk benda yang berjarak 25 cm

Cacat mata * Hipermetrop: terdapat titik dekat, tak dapat

berakomodasi untuk benda-benda yang lebih dekat dari titik dekat→dibantu dengan kaca mata berlensa positif

* Miopi : Terdapat titik jauh , tak dapat berakomodasi untuk benda-benda yang berada lebih besar dari titik jauh → dibantu dengan kaca mata berlensa negatif

* Presbiopi : karena usia, tak dapat melihat benda yang lebih dekat titik dekat , dibantu kaca mata

berlensa positif

Lup {Kaca Pembesar}

Pembesaran oleh lensa yang memungkinkan objek lebih dekat ke mata dengan tetap jelas. Hal ini menghasilkan pembesaran. F : titik fokus, 250 mm adalah jarak pandang terdekat.

• Kaca pembesar ( Lup): * Lensa konvergen * membentuk bayangan tegak, diperbesar, maya jika obyek ditempatkan di titik fokus

Perbesaran M =(d / f ) + 1 , jika bayangan dibuat di titik dekat ( d )

M = d/f , jika bayangan di ∞

Teleskop [1]

Prinsip kerja teleskop, lensa objektif membentuk bayangan nyata (image) yang kemudian di perbesar oleh lensa dekat mata

Teleskop [2]

Gunakan layar transparans, gambar akan muncul secara transparans dan dapat diamati dengan menggunakan lensa pembesaran. Saat melakukan observasi angkat dan pindahkan layar. Apa yang terjadi ? Gambar tetap ada. “it floats in space !!”

Mikroskop [1]

Skematik susunan lensa dalam mikroskop, perhatikan tempat obyek yang akan diamati, bentuk bayangan yang diperoleh. Apa bedanya dengan teleskop ?

Lensa okuler

Lensa obyektif

Obyek yang diamati

Cermin

Berkas cahaya

Mikroskop [2]

contoh hasil pengamatan hasil mikroskop dari sebuah sel. Dengan mikroskop dapat diamati inti sel dan badan sel dengan jelas. Pembesaran 40x.

• Mikroskop : * Terdiri dari 2 lensa konvergen: obyektif ( f₀ )dan okuler ( fe ) * Perbesaran : M = [ ( d/ fe) + 1] [ ( s₀ / f₀) – 1 ] s₀ = jarak dari lensa obyektif ke bayangan yang dibentuk d= titik dekat

Teleskop : * terdiri dari lensa obyektif ( f₀ ) dan lensa okuler ( fe ) * Perbesaran : M = f₀ / fe

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)

Ketika foton atau paket energi cahaya diasbsorbsi, atom akan meningkatkan energi foton dan elektron dapat berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi [Eksitasi]. Elektron tersebut akan jatuh kembali tingkat energi yang lebih rendah dengan menghasilkan sinar emisi

Berkas Sinar Laser dalam fiber optik

Karakteristik Laser• Koheren, yang memungkinkan dapat

ditransmisikan dalam jarak jauh. Sifat ini dimanfaatkan dalam proses pengiriman data digital dengan memanfaatkan kabel-kabel fiber optik

• Monokromatik, hanya memiliki frekuensi cahaya yang tunggal. Sifat ini dimanfaatkan dalam proses penyimpanan data elektronik seperti CD, VCD, DVD

• Dapat terpolarisasi

Holografi Dengan Sinar Laser

mirror

PENGERTIAN CAHAYA * Cahaya merambat memindahkan energi tanpa perambatan massa* Terdiri atas partikel-partikel tak bermassa ( foton)

Sifat Cahaya :* gelombang electromagnetik * memenuhi asas superposisi * panjang gelombang cahaya tampak: 4.(10) ⁻⁷ sd 7.10⁻⁷m

Indeks bias (n) : n = C/V C= cepat rambat cahaya di udara/ di hampa = 3x108m/sv = cepat rambat cahaya dlm medium

Nilai (n) bergantung pada panjang gelombang

• Cahaya untuk terapi - Infra merah ( λ = 700 – 104 nm )

untuk terapi jaringan ( 103 -2 103nm) untuk fotografi ( 700 – 900 nm )

- cahaya tampak ( λ = 400 -700 nm)endoscopes :

cytoscopes : k kemihprotoscopes : rectum

brochoscope : paru colonscopes : usus

ultra violet (λ = 100 – 400 nm)uv (A) : λ = 320 -400 nmuv (B) : λ = 290 – 320 nmuv (C) : λ = 100 – 290 nm

uv ( λ = 290 nm ) : untuk sterilisasi

LASER (light amplification by stimulated emission of radiation )

sifat : monokromatis dan koheren (terpancar dalam satu fase)

jenis: He Ne , Nd YAG, diode, nitrogen

– Kegunaan Laser Dalam medis

*Memperoleh citra 3 dimensi organ tubuh dengan teknik holografi * untuk penyinaran beberapa jenis kanker * Untuk koagulasi darah dan memblokir pembuluh darah vena pada beberapa penyakit mata