CAHAYA

Oleh:Bhekti kumorowatiTri wahyuniWindy setyoriniMaria Magdalena titisaning rohani

CAHAYAPETA KONSEPDualisme CahayaPemodelan Dualisme Cahaya

EBKelajuan CahayaKelajuan cahaya dalam ruangvakum (kecepatan cahaya) adalah sebuahkonstantafisikayang disimbolkan dengan hurufc (celeritasdaribahasa Latin) yang berarti "kecepatanc = 299.792.458 m/s 3 x 108 m/sPEMANTULAN CAHAYAHUKUM PEMANTULAN CAHAYABunyi:Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datarSudut datang ( i ) sama dengan sudut pantul ( r )NSinar DatangSinar PantulBidang Datariri = rPEMBIASAN CAHAYAPENGERTIAN:Peristiwa pembelokkan cahaya saat mengenai bidang batas antara dua medium

Hukum Snellius tentang PembiasanHukum I Snellius Sinar datang, Garis normal, dan Sinar bias terletak pada satu bidang datar

Hukum II Snellius Jika Sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, maka sinar dibelokkan mendekati garis normal;

Jika Sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat, maka sinar dibelokkan menjauhi garis normalPemodelan Hukum I dan II SnelliusKurang Rapat Lebih RapatLebih Rapat Kurang RapatNNSinar DatangSinar DatangSinar BiasSinar Biasiirrn2n1n2n1Persamaan Snellius : n1 sin i = n2 sin rIndeks Bias Relatifkudaraairkacaauunu sin u = nk sin knk sin k = nu sin unk sin k = na sin aSubtitusinka = sin a /sin k Hubungan Cepat Rambat (v), Frekuensi (f), Panjang Gelombang Cahaya () dengan Indeks Bias (n)(v) dengan (n)v1 / v2 = n2 / n1..1)

(f) dengan (n)cahaya mencapai kecepatan maksimum dalam vakum, yaitu sebesar c = 3 x 108 m/sindeks bias mutlak sebagai indeks bias medium relatif terhadap udara (n=1), maka persamaan 1 menjadi:n = c/v2)() dengan (n)v = f , dari persamaan 1) diperoleh: 1 n1 = 2 n2..................3)

OPTIK GEOMETRISPRINSIP HUYGENS

Prinsip Huygens dapat dinyatakan sebagai berikut:Setiap titik pada muka gelombang dapat dianggap sebagai sumber gelombang-gelombang kecil yang menyebar maju dengan laju yang sama dengan gelombang itu sendiri. Muka gelombang yang baru merupakan sampul dari semua gelombang-gelombang kecil tersebut-yaitu, tangen(garis singgung) dari semua gelombang tersebut

OPTIK GEOMETRISPRINSIP HUYGENS DAN HUKUM PEMANTULAN

Dari segi tiga ACG, diperoleh persamaan 1:Dari segi tiga GCE, diperoleh persamaan 2 :Kita ketahui pemantulan yang terjadi pada medium yang sama maka v1 = v2 substitusikan persamaan (1) dan (2):

Persamaan di atas yang kita kenal sebagai Hukum Pemantulan.

OPTIK GEOMETRISPRINSIP HUYGENS DAN HUKUM PEMBIASAN

Dari segi tiga BAD, diperoleh persamaan 1:

Dari segi tiga ADC, diperoleh persamaan 2 :

Karena indeks bias absolut merupakan perbandingan antara kecepatan cahaya di udara atau ruang hampa dengan kecepatan di medium, maka:

OPTIK GEOMETRISPRINSIP HUYGENS DAN HUKUM PEMBIASAN

Sehingga apabila kita substitusi pers (1) dan (2):

Persamaan di atas yang kita kenal sebagai Hukum Snellius yang mendasari Hukum Pembiasan.

OPTIK GEOMETRISPEMANTULAN SEMPURNA

OPTIK GEOMETRISPEMANTULAN SEMPURNASinar yang datang dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal. Sinar B dengan sudut datang i memiliki sinar bias B dengan sudut bias r, dan selalu berlaku r > i. Tentu saja sinar B juga mengalami pemantulan dalam air dan bagian sinar pantul adalah B. Sinar C dengan sudut datang ik dibiaskan sejajar dengan permukaan air. Ini berarti sudut datang ik (disebut sudut kritis atau sudut batas) menghasilkan sudut bias sama dengan 90.

OPTIK GEOMETRISPEMANTULAN SEMPURNADefinisi Sudut Kritis (Sudut Batas)Sudut Kritis (ik) di antara dua medium adalah sudut datang sinar dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat yang menghasilkan sudut bias sama dengan 90.Hukum Snelliusn1 sin i = n2 sin rn1 sin ik = n2 sin 90n1 sin ik = n2 1

Sudut Kritis ; dengan n2 < n1

OPTIK GEOMETRISPEMANTULAN SEMPURNAJika sinar D dengan sudut datang lebih besar daripada sudut kritis (i>ik), tidak mungkin dihasilkan sinar bias dengan sudut bias > 90. Jadi, sinar D tidak dapat meninggalkan air. Dengan kata lain sinar D akan dipantulkan seluruhnya oleh permukaan air kembali ke dalam air. Di sini, bidang batas air-udara (permukaan air) bertindak seperti cermin datar sempurna. Peristiwa inilah yang disebut pemantulan sempurna.

OPTIK GEOMETRISPEMANTULAN SEMPURNASyarat Terjadinya Pemantulan SempurnaDua syarat terjadinya pemantulan sempurna pada bidang batas antara dua medium.Sinar harus datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat.Sudut datang lebih besar daripada sudut kritis.

OPTIK GEOMETRISCONTOH SOAL PEMANTULAN SEMPURNASebuah bak air mempunyai kedalaman 1 m. Sebuah benda titik terletak di dasar bak. Agar benda tidak terlihat, tentukan jejari bidang lingkaran penghalang.

cahaya yang harus diletakkan tepat di permukaan air sedemikian hingga benda tidak tampak dari permukaan. Anggap indeks bias air

windy setyorini

OPTIK GEOMETRISCONTOH SOAL PEMANTULAN SEMPURNA. Penyelesaian:Agar benda tidak tampak dari udara, sinar yang akan mengalami pembiasan harus dihalangi. Untuk itu diperlukan bidang lingkaran berjejari R seperti pada gambar. Untuk menentukan R, harus dihitung dulu sudut kritis sebagai berikut.

Sekarang perhatikan segitiga

windy setyorini

EMBOPTIK GEOMETRISPEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALEL

Untuk

Untuk

OPTIK GEOMETRIS

PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALEL Untuk

Untuk

OPTIK GEOMETRISCONTOH SOAL PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALELSeberkas cahaya datang pada kaca plan paralel yang terbuat dari kerona dengan indeks bias 1,52 dan ketebalan 4 cm. Jika sudut datang , tentukan besar pergeseran sinar uang masuk terhadap sinar yang keluar dari kaca plan paralel!

OPTIK GEOMETRISCONTOH SOAL PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALELPenyelesaian:Pertama, kita tentukan sudut bias dengan menggunakan hukum snellius :

Kemudian pergeseran t dihitung dengan menggunakan persamaan:

OPTIK GEOMETRISPEMBIASAN PADA PRISMADISPERSI CAHAYA PADA PRISMA

OPTIK GEOMETRISPEMBIASAN PADA PRISMASUDUT DEVIASI

Perhatikan segi empat

Perhatikan segi tiga ABC

Sehingga diperoleh :

1

Sehingga diperoleh sudut deviasinya adalah:

OPTIK GEOMETRISPEMBIASAN PADA PRISMASUDUT DEVIASI MINIMUM

Dengan demikian persamaan (1) dapat ditulis lagi menjadi:

Dari persamaan (3) diperoleh:

Dari persamaan (1) diperoleh:

Jika indeks bias prisma ( dan indeks bias medium ( ) , dengan hukum Sneliius maka persamaan untuk mencari sudut deviasi minimum:

OPTIK GEOMETRISPEMBIASAN PADA PRISMASUDUT DEVIASI MINIMUM

(Untuk sudut pembias prisma yang kecil ( , maka persamaan (3) dapat ditulis menjadi:

PEMBIASAN PADA PRISMACONTOH SOAL PEMBIASAN PADA PRISMA OPTIK GEOMETRIS

Sebuah prisma yang mempunyai sudut pembias terbuat dari sejenis kaca yang tidak diketahui indeks biasnya. Sinar datang pada salah satu sisi prisma. Dengan memutar sisi prisma, diperoleh deviasi minimum sebesar Berapakah indeks bias prisma?Jika prisma diletakkan di dalam air dengan indeks bias , berapakah besar deviasi minimum yang terjadi?windy setyorini

PEMBIASAN PADA PRISMACONTOH SOAL PEMBIASAN PADA PRISMA OPTIK GEOMETRISPenyelesaian:a. Selanjutnya mencari indeks bias prisma menggunakan persamaan:

windy setyorini

PEMBIASAN PADA PRISMACONTOH SOAL PEMBIASAN PADA PRISMA OPTIK GEOMETRISPenyelesaian:b. Jika prisma berada di dalam air ( ), besar sudut deviasi minimum dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

windy setyoriniPembentukan Bayangan Pada Cermin DatarUntuk melukis bayangan pada cermin datar dapat dilakukan dengan menggunakan hukum pemantulan cahaya.Contoh: melukis bayangan sebuah pensil di depan cermin datar.

Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar:Maya, tegak, sama besarJarak benda = jarak bayanganPerbesaran bayangan:

Jumlah bayangan yang terbentuk oleh dua cermin yang membentuk sudut :

Keterangan:n= jumlah bayangan = sudut apit kedua cerminm= 0 jika 3600/ bernilai ganjilm= 1 jika 3600/ bernilai genap

Pemantulan pada Cermin LengkungJenis: cermin cekung dan cermin cembung.Garis yang melewati O: sumbu utama cermin.Titik R : jari-jari kelengkungan cermin.Jarak OF: panjang fokus

Hubungan radius cermin dengan panjang fokus:Pemantulan pada Cermin CekungPermukaan yang memantulkan cahaya adalah permukaan bagian dalam.Bersifat mengumpulkan cahaya (konvergen).Pembentukan bayangan pada cermin cekung dapat dilakukan dengan melukis sinar-sinar istimewa yang melewati cermin cekung.Pembentukan bayangan cermin cekungRSinar DatangFSinar PantulSifat :Mengumpulkan sinar (konvergen)

IIIIIIIIV

IIIIIIIIV

IIIIIIIIV

IIIIIIIIVKesimpulan:Jika benda di ruang III (lebih besar dari jarak fokus), bayangan yang di bentuk bersifat nyata, diperkecil, dan terbalik.Jika benda berada di ruang I (jaraknya lebih kecil dari jarak fokus), bayangan yang terbentuk bersifat maya, diperbesar, dan sama tegak.Bila benda berada di jauh tak hingga, bayangan terletak di titik fokus, dengan sifat nyata, diperkecil dan terbalik.Bayangan nyata terletak di depan cermin, dan bayangan maya terletak di belajang cermin.Jarak bayangan benda:

Keterangan:s = jarak bendas= jarak bayanganf = panjang fokusR= jari-jari cerminPerbesaran bayangan:

Keterangan:M = perbesaran bayanganh= tinggi bayanganh = tinggi bendaContoh soal:Sebuah cermin cekung mempunyai panjang fokus 2 cm. sebuah benda setinggi 1 cm berada di depan cerin tersebut. Lukiskan bayangan yang terbentuk da hitung perbesaran bayangan jika benda berada pada jarak:1 cm dari cermin3 cm dari cermin6 cm dari cerminPenyelesaian:Diketahui: f = 2 cmh=1cmDitanyakan: lukisan bayangan dam h jika:s = 1 cms = 3 cms = 6 cmJawab:Untuk s = 1 cm bayangan benda dapat dilukis sebagai berikut.

Jarak bayangan dapat dicari dengan persamaan:

Tanda (-) menunjukkan bayangan berada dibelakang cermin (maya) sejauh 2 cm.

Penyelesaian:Perbesaran bayangan:

Jadi perbesaran bayangan adalah 2kali tinggi semula atau 2 cm.

Jarak bayangan dapat dicari dengan persamaan:

Jadi, jarak bayangan 6 cm di depan cermin setingggi 3 cm

Penyelesaian:

Untuk s = 2 cm, bayangannya dapat digambarkan sebagai berikut:

Jarak bayangan dapat dicari dengan persamaan:

Jadi, jarak bayangan 3 cm di depan cermin setingggi 1,5 cm

Penyelesaian:

Untuk s = 6 cm, bayangannya dapat digambarkan sebagai berikut:

Pemantulan pada Cermin CembungCermin cembung (konveks) banyak digunakan pada spion mobil atau motor, memonitor pembeli beberapa toko besar.Permukaan yang memantulkan cahaya adalah permukaan bagian luar yang cembung.Bersifat menyebarkan cahaya disebut divergen.Titik fokus dan titik pusat kelengkungan cermin berda di belakang cermin.Pembentukan bayangan pada cermin cembungFCobjekbayanganSifat bayangan: maya, diperkecil, tegakJarak bayangan benda:

Keterangan:s = jarak bendas= jarak bayanganf = panjang fokus(negatif karena berada di belakang cermin)R= jari-jari cerminPembentukan Bayangan pada Bidang Bias LengkungBidang lengkung sferis biasanya mempunyai ketebalan tertentu.Bidang lengkung yang sangat tipis (ketebalannya diabaikan) disebut lensa.Lensa adalah benda bening tembus cahaya yang terdiri dari dua bidang lengkung atau satu bidang lengkung dan satu bidang datar.Pembentukan Bayangan pada Bidang Bias LengkungSuatu bidang lengkung yang terbuat dari benda tembus cahaya dapat membiaskan cahaya yang jatuh padanya. Pembiasaan cahaya selalu memenuhi hukum Snellius, termasuk juga pembiasan cahaya pada bidang lengkung. Jalannya sinar ketika melewati permukaan cembung ditunjukan gambar berikut ini :

Sesuai hukum Snellius:

Jika kecil, maka sudut , , i, r juga kecil, sehingga sinus sudut tersebut dapat digantikan dengan sudut itu sendiri. Dengan mengetahui:

diperoleh:

Jika dinyatakan dalam radian maka:

Karena hanya persamaan yang bernilai eksak, maka diperoleh persamaan:

Keterangan: n1 = indeks bias medium 1n2 = indeks bias medium 2s = jarak benda dari permukaan lengkungs = jarak bayanganR = jejari kelengkungan

Jalannya sinar ketika melewati permukaan lengkung cekung ditunjukkan seperti gambar:

Dua sinar dari O menyebar setelah direfraksikan oleh permukaan lengkung sferis dan membentuk bayangan maya di I.

Dengan demikian, s bernilai positif tetapi s dan R bernilai negatif.

Perbesaran bayangan akibat pembiasan pada bidang lengkung diberikan dengan persamaan berikut:

MacamLensaPembentukan Bayangan pada Lensa CembungLensa cembung merupakan lensa yang permukaan lengkungnya menghadap ke luar.Bersifat konvergen.

Bagian-bagian Lensa cembungTitik F : fokusTitik P : titik kelengkungan lensaJarak OP : jari-jari kelengkungan lensaTitik O : titik pusat lensaPembentukan bayangan pada lensa cembung

Persamaan yang berlaku pada lensa cembung

Keterangan:s = jarak bendas= jarak bayanganf = panjang fokusR= jari-jari cerminPerbesaran bayangan:

Keterangan:M = perbesaran bayanganh= tinggi bayanganh = tinggi bendaUntuk menentukan sifat benda dan bayangan, kita dapat mengikuti perjanjian berikut:Jika benda di depan lensa, jarak benda (s) bernilai positif dan bersifat nyata. Sebaliknya, jika benda berada di belakang lensa, jarak benda bernilai negatif (-s) dan bersifat maya.Jika bayangan di belakang lensa, jarak bayangan (s) bernilai positif dan bersifat nyata. Namun, jika bayangan di depan lensa, jarak bayangan bernilai negatif (-s) dan bersifat maya.Pembiasan Cahaya pada Lensa CekungLensa cekung merupakan lensa yang permukaan lengkungnya menghadap ke dalam.Ciri utama: bagian tengah lebih tipis daripada bagian pinggirnya.Disebut juga lensa negatif karena titik fokus utamanya bernilai negatif (terletak di depan lensa).Bersifat divergen (memancarkan sinar)

Pembentukan bayangan pada lensa cekungPersamaan yang berlaku pada lensa cekung

Keterangan:s = jarak bendas= jarak bayanganf = panjang fokusR= jari-jari cerminPerjanjian:Jika benda di depan lensa, benda bersifat nyata dan jarak benda (s) bernilai positif. Sebaliknya, jika di belakang lensa, benda bersifat maya dan jarak benda (s) bernilai negatif (-s). jika bayangan di depan lensa, bayangan bersifat maya dan jarak bayangan (s) bernilai negatif. Sebaliknya, jika bayangan di belakang lensa, bayangan bersifat nyata dan jark bayangan (s) bernilai positif (s).Perbesaran bayangan:

Lensa TipisPermukaan sebuah lensa dapat berupa bola, parabola atau silinder. Namun uraian materi modul ini hanya membicarakan lensa tipis dengan permukaan-permukaannya merupakan permukaan bola.Lensa dibedakan atas lensa positif atau lensa cembung dan lensa negatif atau lensa cekung

Pembiasan pada lengkung I:Pembiasan pada lengkung II:

Benda di tak berhingga bayangan jatuh di titik fokus (f) di dapat:

Besaran untuk menyatakan kuat lensa ( P ) didefinisikan sebagai kebalikan jarak fokus ( F ).P = 1/fDimana P = kuat lensa ( dioptri )f = jarak fokus ( meter ).KUAT LENSAAlat-alat optik terdiri dari susunan beberapa buah lensa berjarak tertentu dengan sumbu utama berimpit.Pembentukan lensa pada susunan lensa dapat dilakukan dengan ketentuan sebagai berikut :Bayangan yang dibentuk oleh lensa pertama dianggap sebagai benda untuk lensa kedua. Bayangan lensa kedua dianggap sebagai benda untuk lensa ketiga, dst.Susunan lensa denganSumbu utama berhimpitJika bayangan dari lensa pertama terletak didepan lensa kedua, bayangan dianggap nyata bagi lensa kedua, dan jarak benda s bertanda positif.Jika bayangan dari lensa pertama terletak di belakang lensa kedua, bayangan dianggap maya bagi lensa kedua, dan jarak benda s bertanda negatif.Jarak kedua lensa :d = S1 + SnDengan d = jarak kedua lensaS1 = jarak bayangan lensa pertamaSn = jarak benda lensa keduaPerbesaran total yang dihasilkan oleh dua buah lensa :Mtot = M1 x M2DenganMtot = perbesaran total oleh kedua lensa.M1 = perbesaran oleh lensa pertamaM2 = perbesaran oleh lensa keduaS1 = jarak benda lensa pertamaS1 = jarak bayangan lensa pertamaS2 = jarak benda lensa keduaS2 = jarak bayangan lensa kedua

Jika lensa-lensa berada dalam keadaan kontak atau berimpit (d=0), lensa tersebut dapat digantikan oleh sebuah lensa ekuivalen dengan nilai fokus gabungan :1/fgab = 1/f1 + 1/f2 + .......Denganfgab = fokus gabunganf1,f2, ..... = fokus masing-masing lensaSehingga,Pgab = P1 + P2 + .......DenganPgab = kuat lensa gabungan (dioptri)P1,P2, ...... = kuat setiap lensa (dioptri)Aberasi SferisPenyimpangan pembentukan bayangan dari suatu bendayang terletak di sumbuutama karena bentuklengkung dari lensa.Berkas sejajar sumbuutama lensa tidak semuadibiaskan melalui titikfokus.Penyimpangan pembentukanBayangan pada lensa

Hanya sinar paraksial yang dibiaskan melalui titik fokus.Sinar-sinar sejajar yang semakin jauh dari sumbu utama akan dibiaskan melalui titik yang semakin dekat pada lensa.Penyimpangan ini dapat diatasi dengan memakai lensa gabungan aplanatis atau diafragma.Lensa gabungan aplanatis rediri dari 2 buah lensa yang terbuat dari jenis kaca yang berlainan.Diafragma berfungsi untuk membelokkan sinar-sinar tepi, sehingga sinar yang melalui lensa hanya sinar paraksial.AstigmatisKelainan pembentukan bayangan dari suatu benda titik yang jauh dari sumbu utama.Hal ini terjadi karena garis-garis vertikal dan horisontal dikumpulkan pada jarak yang berbeda.

DistorsiSuatu aberasi yang disebabkan oleh perbesaran bayangan yang tidak merata.Perbesaran pada bagian-bagian yang paling luar tidak sama.Benda yang berupa garis-garis sejajar akan melengkung.

Aberasi kromatisCahaya matahari terdiri dari bermacam-macam warna yang disebut polikromatis.Setiap warna memiliki panjang gelombang yang berbeda.

Ini yang menyebabkan berkas sinar polikromatis setelah dibiaskan lensa akan terurai menjadi beberapa warna dan dan setiap warna memiliki fokus yang berbeda.Titik fokus warna merah lebih jauh daripada titik fokus warna ungu.Gejala ini yang disebut aberasi kromatis.

Gejala ini dpat dihilangkan dengan menggunakan lensa akromatis, yaitu lensa gabungan yang terdiri dari 2 buah lensa yang jenis kacanya berlainan, misalnya kerona dan flinta.Syarat lensa akromatis :(ftot)merah = (ftot)ungu1/f(tot)merah = 1/f(tot)ungu1/m1 + 1/m2 = 1/u1 + 1/u2

Denganfm1 = fokus lensa 1 untuk cahaya merahfm2 = fokus lensa 2 untuk cahaya merahfu1 = fokus lensa 1 untuk cahaya ungufu2 = fokus lensa 2 untuk cahaya ungu