Optika Oleh I Putu Brama Arya Diputra

Apakah itu cahaya?

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.

Sifat CahayaCahaya sebagai gelombang; - Cahaya merupakan gelombang transversal, arah getaran tegak lurus terhadap arah rambat gelombangnya. - Cahaya dihasilkan dari getaran-listrik dan getaran magnet yang merambat sehingga cahaya merupakan gelombang elektromagnetik - Cahaya merambat tanpa memerlukan medium dengan kecepatan 300 000 000 m/s = 3 x 108 m/s.

Cahaya merambat lurusCahaya yang dipancarkan sumber cahaya akan merambat kesegala arah dengan lurus. Karena cahaya merambat lurus, dan mengenai benda, maka dibelakang benda tidak akan terkena cahaya dan gelap. Ruang gelap di belakang benda yang terkena cahaya disebut bayang-bayang. Bayang-bayang ada dua jenis, yaitu bayang-bayang gelap (inti/umbra) dan bayangbayang kabur (penumbra)

Bayang-bayang Inti Bayangan inti terbentuk bila cahaya berasal dari sumber cahaya yang kecil.

Bayang-bayang kaburBayang-bayang kabur terbentuk bila cahaya berasal dari sumber cahaya yang besar.

Benda dan CahayaBerdasarkan daya tembus terhadap cahaya, benda digolongkan menjadi: - benda bening: benda yang meneruskan semua cahaya yang mengenainya, misalkan kaca - Benda tembus cahaya: benda yang meneruskan sebagian cahaya yang mengenainya, misalkan kertas tipis - Benda tidak tembus cahaya: benda yang sama sekali tidak meneruskan cahaya yang mengenainyamisalkan kayu

Benda dan cahaya

Pemantulan cahayaCahaya sebagai gelombang dapat memantul bila mengenai suatu benda. Pemantulan cahaya sesuai dengan hukum pemantulan yang dikemukakan oleh Snellius yaitu: 1. Sinar datang, sinar pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar 2. Sudut datang sama dengan sudut pantuli=r

i

r

Hukum pemantulan (snellius) : 1. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. 2. Sudut datang = sudut pantul

Macam-macam pemantulanPemantulan teratur, yaitu bila cahaya mengenai permukaan yang datar

Pemantulan baur, yaitu bila cahaya mengenai permukaan yang tidak rata

Pembentukan bayangan Pada

Cermin Datar Bayangan terbentuk akibat pemantulan cahaya dari obyek (bunga dan vas) pada cermin datar.

Bayangan pada cermin datar

h S S S S

h

Dari gambar di atas, sifat bayangan pada cermin datar adalah: - tegak - sama besar - sama jarak - terbalik kiri-kanan - maya

Sifat cermin datar

Panjang cermin minimumBerapakah panjang minimum cermin yang diperlukan untuk melihat bayangan seluruh badan kita? Perhatikan gambar! Panjang minimum cermin yang dibutuhkan adalah setengah dari tiggi badan kita.

h

h

Jumlah bayangan Berapakah banyaknya bayangan yang terbentuk bila kita berada di depan dua buah cermin yang membentuk sudut ? Banyaknya bayangan yang terbentuk dapat kita hitung dengan persamaan: 360n=

n = banyaknya bayangan - 1 = besar sudut

Cermin CekungCermin cekung adalah cermin lengkung dengan lapisan mengkilap pada bagian dalam. Cermin cekung memiliki sifat mengumpulkan cahaya

R

f

Tiga sinar utama pada cermin cekung

R

f

R

f

R

f

Pembentukan bayangan pada cermin cekung

R

f

Persamaan Cermin CekungCermin cekung memiliki fokus positif Cermin cekung memiliki persamaan: 1 1 1 = + f s s s hM= s = hKet. f = fokus s = letak benda s = letak bayangan M = perbesaran bayangan h = tinggi benda h = tinggi bayangan

Contoh: Sebuah benda yang tingginya 20 cm diletakkan 10 cm didepan sebuah cermin cekung yang memiliki fokus 15 cm. Hitunglah: a. letak bayangan s = -30 cm (maya, tegak) b. perbesaran bayangan c. tinggi bayangan Dik. h = 20 cm b. M = |s/s| f = 15 cm = 30/10 s = 10 cm = 3 (diperbesar) Dit. a. s = b. M = c. M = h/h c. h = 3 = h/20 Jawab: a. 1/f = 1/s + 1/s 1/15 = 1/10 + 1/s h =20 x 3 1/s = 1/15 1/10 = 60 cm = 2/30 3/30 = -1/30

Penggunaan cermin cekung Kaca rias Cermin cekung dengan fokus yang besar dapat dijadikan kaca rias, karena menghasilkan bayangan yang diperbesar Parabola Cermin cekung banyak digunakan sebagai parabola karena sifatnya yang mengumpulkan gelombang

Teropong Cermin cekung digunakan pada teropong pantul pengganti lensa okuler

Cermin CembungCermin cembung adalah cermin lengkung dengan lapisan cermin di bagian luar. Cermin cembung bersifat menyebarkan cahaya.

f

R

Tiga sinar utama pada cermin cembung

f

R

f

R

f

R

Pembentukan bayangan

f

R

Sifat bayangan: tegak maya diperkecil

Persamaan Cermin CembungCermin cembung memiliki fokus dan jarak bayangan negatif. Cermin cembung memiliki persamaan: 1 =1 +1 s h M= = f s s s hKet. f = fokus (selalu negatif) s = letak benda s = letak bayangan (selalu negatif) M = perbesaran bayangan h = tinggi benda h = tinggi bayangan

Contoh: Sebuah benda yang tingginya 20 cm diletakkan 10 cm didepan sebuah cermin cembung yang memiliki fokus 15 cm. Hitunglah: a. letak bayangan s = -30/5 b. perbesaran bayangan = -6 cm c. tinggi bayangan Dik. h = 20 cm b. M = |s/s| f = -15 cm = 6/10 s = 10 cm = 0,6 Dit. a. s = b. M = c. M = h/h c. h = 0,6 = h/20 Jawab: a. 1/f = 1/s + 1/s h =20 x 0,6 1/-15 = 1/10 + 1/s = 12 cm 1/s = -1/15 1/10 = -2/30 3/30 = -5/30

Cermin Cembung dalam kehidupan sehari-hariCermin cembung memiliki sifat selalu membentuk bayangan yang tegak, maya dan diperkecil, sehingga cermin ini mampu membentuk bayangan benda yang sangat luas. Dengan sifat ini maka cermin cembung banyak digunakan pada: - kaca spion pada kendaraan - kaca pengintai pada supermarket - kaca spion pada tikungan jalan

Latihan1. Sebuah lilin yang tingginya 10 cm diletakkan 24 cm didepan sebuah cermin cembung yang memiliki fokus 12 cm. Hitunglah: a. letak bayangan b. perbesaran bayangan c. tinggi bayangan d. Gambar dan sebutkan sifat-sifat bayangan

2. Husein yang tingginya 160 cm bercermin pada sebuah cermin cekung yang memiliki fokus 20 cm, terlihat bayangannya diperbesar 1,5 kali. Hitunglah: a. tinggi bayangan b. letak benda c. letak bayangan d. gambar dan sebutkan sifat-sifat bayangannya

Pembiasan CahayaPembiasan cahaya adalah pembelokan arah rambat cahaya. Pembiasan cahaya terjadi jika cahaya merambat dari suatu medium menembus ke medium lain yang memiliki kerapatan yang berbeda. Misalkan dari udara ke kaca, dari air ke udara dan dari udara ke air.

N

renggang

rapat

N rapat

renggang

Pemantulan SempurnaBila sinar datang dari Sudut i merupakan sudut medium yaitu sudut kritis, rapat ke medium kurang rapat maka sinar datang yang dibiaskan menjauhi garis menyebabkan sudut normal 90 terhadap garis bias normal Bila sudut datang lebih besar dari sudut kritis, cahaya tidak dibiaskan melainkan dipantulkan dengan sempurna

i

Indeks BiasIndeks bias suatu zat adalah perbandingan cepat rambat cahaya di ruang hampa dengan cepat rambat cahaya dalam zat tersebut

B

c n = cnIndeks bias suatu zat dapat dicari dengan cara metode snellius ( lihat gambar)

A

O

OA n= OB

Pembiasan pada PrismaPrisma adalah benda optik berbentuk segitiga atau piramit

r

r disebut sudut deviasi

Dispersi CahayaDispersi cahaya adalah penguraian warna-warna cahaya. Suatu berkas sinar putih bila melalui prisma akan terurai menjadi warna merah, jingga, kuning, hijau, biru dan ungu (perhatikan gambar)

Penyebab dispersi cahayaDispersi cahaya terjadi karena setiap warna cayaha memiliki panjang gelombang yang berbeda sehingga sudut biasnya berbeda-beda. Cahaya putih terdiri dari gabungan beberapa warna, yaitu merah, hijau dan biru. Putih disebut warna polikromatik, yaitu warna cahaya yang masih bisa diuraikan lagi menjadi warna-warna dasar. Merah, hijau dan biru merupakan warna dasar atau warna monokromatik, yaitu warna cahaya yang tidak dapat diuraikan kembali.

Pembiasan dan Pemantulan sempurna pada kehidupan sehari-hariPembiasan sinar bintang Karena cahaya bintang meranbat dari ruang hampa ke atmosfer yang kerapatannya berbeda-beda, maka cahaya tersebut dibiaskan mendekati garis normal, sehingga bintang yang kita lihat tidak tepat pada posisi aslinya.

Pembiasan dan Pemantulan sempurna pada kehidupan sehari-hariKayu yang bengkok dan kolam yang dangkal. Bila kita memasukkan sebagian kayu kedalam air, maka kita melihat kayu membengkok. Dan bila kita perhatikan dasar kolam, kolam akan tampak lebih dangkal.

Pembiasan dan Pemantulan sempurna pada kehidupan sehari-hariPelangi Pelangi adalah hasil dari pembiasan dan dispersi cahaya oleh titik-titik air yang ada di udara

Fatamorgana Pada siang hari yang panas terik kita sering melihat bayangan air pada jalan. Hal ini disebabkan oleh cahaya matahari yang mengalami pemantulan sempurna karena perbedaan kerapatan udara diatas jalan.

Pembiasan dan Pemantulan sempurna pada kehidupan sehari-hari

Di sana sepertinya ada air?

LensaLensa adalah benda optik yang salah satu atau keduanya merupakan bidang lengkung. Lensa ada dua jenis, yaitu: - lensa cembung - lensa cekung

Lensa CembungLensa cembung biasa disebut juga lensa positif atau lensa konvergen atau lensa konvex Lensa cembung memiliki ciri tebal dibagian tengah. Lensa cembung ada 3 jenis, yaitu: a. lensa cembung-cembung (biconvex) b. lensa cembung-datar (plan convex) c. lensa cembung-cekung (concave convex)

Jenis Lensa Cembung

Biconvex

plan convex

concave convex

Sifat Lensa CembungLensa cembung memiliki sifat mengumpulkan cahaya (perhatikan gambar)

Menggambar lensa cembung+

R1

f1

f2

R2

Tiga Sinar Utama pada Lensa Cembung +R1 f1 f2 R2

+R1 f1 f2 R2

+R1f1

f2

R2

Menggambar bayangan pada lensa cembung

+

R2

f2

f1

R1

Sifat bayangan: nyata,terbalikdiperbesar diperbesar, Sifat bayangan: nyata, terbalik,diperbesar jarak tak terhingga Sifat bayanagn: nyata terbalik,sama besar bayangan: maya, tegak, diperkecil

Persamaan Lensa CembungLensa cembung memiliki persamaan: 1 1 1 = + f s sKet: f = fokus s = letak benda s = letak bayangan M = perbesaran bayangan h = tinggi benda h = tinggi bayangan s positif bayangan nyata s negatif bayangan maya M < 1 bayangan diperkecil M > 1 bayangan diperbesar M = 1 bayangan sama besar

s h M=| |= s h

Contoh.

Gilang mengamati seekor bakotun dengan menggunakan LUP (lensa cembung) yang memiliki titik fokus 24 cm, pada pengamatan tersebut bakotun diletakkan 12 cm didepan LUP. Jika lebar badan bakotun 0,25 cm, maka tentukanlah! a. jarak bayangan bakotun b. perbesaran bayangan bakotun c. lebar bayangan bakotun d. gambar dan sebutkan sifat2nya

Lensa CekungLensa cekung biasa disebut juga lensa negatif atau lensa divergen atau lensa concave Lensa cekung memiliki ciri lebih tipis pada bagian tengah Lensa cekung ada 3 jenis, yaitu: a. lensa cekung-cekung (biconcave) b. lensa cekung-datar (plan-concave) c. lensa cekung-cembung ( convex-concave)

Jenis Lensa Cekung

biconcave

plan-concave

convex-concave

Menggambar Lensa Cekung_

R2

f2

f1

R1

Sifat Lensa CekungLensa cekung memiliki sifat menyebarkan cahaya (lihat gambar)

Tiga Sinar Utama pada Lensa Cekung _R2 f2 f1 R1

_R2 f2

f1

R1

_R2 f2

f1

R1

Menggambar bayangan pada lensa cekung _

R2

f2

f1

R1

Sifat bayangan: tegak, maya, diperkedcil

Persamaan Lensa CekungLensa cekung memiliki persamaan: 1 1 1 = + f s sKet: f = fokus s = letak benda s = letak bayangan M = perbesaran bayangan h = tinggi benda h = tinggi bayangan f selalu negatif s positif bayangan nyata s negatif bayangan maya M < 1 bayangan diperkecil M > 1 bayangan diperbesar M = 1 bayangan sama besar

s h M=| |= s h

Kekuatan LensaKekuatan lensa adalah kemampuan lensa untuk mengumpulkan atau menyebarkan cahaya Kekuatan lensa berbanding terbalik dengan fokus lensa. Lensa dengan fokus kecil memiliki kekuatan lensa yang besar. Kekuatan lensa ( P ) dapat dihitung dengan persamaan:

1 P= f dalam meter f 100 P= f dalam cm fKekuatan lensa dihitung dengan satuan dioptriLensa cembung memiliki kekuatan lensa positif dan lensa cekung memiliki kekuatan lensa negatif