Download - Optika geometri SMA fisika unnes
Optika GeometriDiena Shulhu Asysyifa / 4201412055Dwi Nur Indah Sari / 4201412069
Cahaya (Optika)
Optik Geometri
Pemantulan cahaya
Cermin
Pembiasan Cahaya
Lensa
Kaca planparalel
Prisma
Optik Fisis
Alat-Alat optik
Teori Cahaya1. Sir Isaak Newton “teori emisi”
= kec cahaya 3 x 108 m/s
2. Christian Huygens “teori eter alam” = perambatan cahaya sama dengan bunyi
3. Thomas Young dan Augustine Fresnell “cahaya membelok & interferensi“
4. Jean Leon Foucault “kec cahaya di zat cair < kec cahaya di udara”
5. James Clark Maxwell “cahaya merupakan gel elektromagnetik”
Cahaya selalu merambat lurus seperti yang terlihat manakala cahaya matahari menerobos dedaunan. Sehingga cahaya yang merambat digambarkan sebagai garis lurus berarah yang disebut sinar cahaya, sedangkan berkas cahaya terdiri dari beberapa garis berarah. Berkas cahaya bisa parallel z, divergen (menyebar) atau konvergen (mengumpul).
1. Sifat Gelombang CahayaCahaya merupakan gelombang transversal yang termasuk gelombang elektromagnetik. Cahaya dapat merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan 3 x 108 m/s.
Tidak memerlukan medium. Merambat dalam suatu garis lurus. Kecepatan terbesar di dalam vakum (ruang hampa), yaitu 3 x
108 m/s Kecepatan di dalam medium lain lebih kecil daripada
kecepatan di dalam vakum Kecepatan cahaya didalam vakum adalah absolut, tidak
tergantung pada pengamat.
Sifat – sifat cahaya
Dapat mengalami pemantulan (refleksi) Dapat mengalami pembiasan (refraksi) Dapat mengalami pelenturan (difraksi) Dapat dijumlahkan (interferensi) Dapat diuraikan (dispersi) Dapat diserap arah getarnya (polarisasi) Bersifat sebagai gelombang dan partikel
PEMANTULAN
Hukum pemantulan (snellius) :
1. Sinar datang (sinar jatuh), garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.
2. Sudut sinar datang (sinar jatuh) selalu sama dengan sudut sinar pantul (sudut i = sudut r )
Macam-macam pemantulan
Pemantulan teratur, yaitu bila cahaya mengenai permukaan yang datar
Pemantulan baur, yaitu bila cahaya mengenai permukaan yang tidak rata
Pemantulan Sempurna
mk ni 1sin
Pada sudut kecil boleh dikatakan semua sinar dibiaskan.Ketika sudut bias mencapai 900, seluruh sinar dipantulkan oleh bidang batas.Sudut 900 disebut juga sudut kritis atau sudut batasPemantulan sempurna hanya dapat terjadi jika cahaya datang dari zat yang mempunyai kerapatan lebih besar ke zat yang mempunyai kerapatan lebih kecil.Jika ik menyatakan sudut kritis dan nm menyatakan indeks bias medium, maka :
Pemantulan pada Cermin Datar
Sifat bayangan pada cermin datar : Bayangan yang terjadi sama besar dengan
benda. Bayangan yang terjadi sama tegak. Jarak benda sama dengan jarak bayangan Bayangan cermin tertukar sisinya, artinya
bagian kanan benda menjadi bagian kirinya. Bayangan cermin merupakan bayangan
semu, artinya bayangan tidak dapat ditangkap oleh layar.
Melukis Pembentukan Bayangan Pada Cermin Datar
Menggabung Dua Cermin Datar Dua buah cermin datar yang
digabung dengan cara tertentu dapat memperbanyak jumlah bayangan sebuah benda. Jumlah bayangan yang terjadi bergantung pada besar sudut yang dibentuk oleh kedua cermin itu.
Dua cermin datar A dan B yang dipertemukan kedua ujungnya membentuk sudut 90 satu sama lain dapat memantulkan cahaya dari benda P hingga membentuk tiga buah bayangan A’, B’, dan A”= B”
Dengan mempertemukan dua permukaan sermin A dan B di titik C membentuk sudut apit sebesar 60 menghasilkan jumlah bayangan sebanyak lima buah.
Jika sudut kedua cermin diubah-ubah (0<α<900) jumlah bayangan benda juga akan berubah-ubah sesuai dengan persamaan empiris
dengan :n : Jumlah bayangan α : sudut antara kedua cermin
Pemantulan pada Cermin Sferik (Lengkung) Cermin sferik adalah cermin
lengkung seperti permukaan lengkung sebuah bola dengan jari-jari kelengkungan R. Cemin ini dibedakan atas cermin cekung (konkaf) dan cermin cembung (konveks). Setiap cermin sferik memiliki fokus f yang besarnya setengah jari-jari kelengkungan cermin tersebut. 2
Rf
Bagian-bagian cermin lengkung antara lain adalah sumbu utama (C-O), titik pusat kelengkungan cermin ( C ), titik pusat bidang cermin ( O ), jari-jari kelengkungan cermin ( R ), titik fokus / titik api ( F ) , jarak fokus (f) dan bidang fokus .
Menurut dalil Esbach jarak antara dua titik tertentu pada cermin cekung dapat diberi nomor-nomor ruang. Daerah di depan cermin disebut daerah nyata, dan daerah di belakang cermin disebut daerah maya.
Pemantulan berkas cahaya sejajar sumbu utama pada cermin cekung
Cahaya yang datang sejajar sumbu utama akan difokuskan sesuai dengan sifatnya yaitu mengumpulkan cahaya. Titik berkumpulnya sinar-sinar pantul disebut titik fokus atau titik api yang terletak di sumbu utama.
Pemantulan berkas cahaya yang datangnya tidak sejajar sumbu utama pada cermin cekung
Berkas-berkas sinar pantul akan berpotongan di satu titik yang tidak terletak pada sumbu utama. Oleh cermin sinar-sinar tersebut akan dipantulkan tidak melalui fokus melainkan melewati suatu titik tertentu pada bidang fokus utama
Pembentukan bayangan oleh cermin cekung Untuk menggambarkan bagaimana
terbentuknya bayangan pada cermin cekung dapat menggunakan bantuan sinar-sinar istimewa, berdasarkan hukum pemantulan cahaya.
Sinar yang datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus (F).
Sinar yang datang melalui titik fokus (F) akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
Sinar-sinar yang datang melalui pusat kelengkungan ( C ) akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan tersebut.
Pembentukan Bayangan Oleh Cermin Cembung
Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus (F)
Sinar yang datang menuju titik fokus (F) akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
Sinar-sinar yang menuju titik pusat kelengkungan ( C ) akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik pusat kelengkungan.
Ketentuan Sifat-sifat Bayangan oleh Cermin Sferik
Jumlah nomor ruang benda dan nomor ruang bayangan selalu sama dengan lima
Benda yang terletak di ruang II dan III selalu menghasilkan bayangan yang terbalikterhadap bendanya. Sedangkan benda-benda yang berada di ruang I dan IV akan selalu menghasilkan bayangan yang sama tegak dengan bendanya.
Jika nomor ruang bayangan lebih besar daripada nomor ruang benda, bayangan selalu lebih besar daripada bendanya (diperbesar).
Jika nomor ruang bayangan lebih kecil daripada nomor ruang benda, bayangan selalu lebih kecil daripada bendanya (diperkecil).
Hubungan antara Jarak Benda, Jarak Fokus dan Jarak Bayangan
Pada gambar tampak bahwa segitiga GFO dan A'B'F sebangun sehingga berlaku,
Tampak juga bahwa segitiga ABO dan A'B'O sebangun sehingga diperoleh,
fs'-f
hh'
OAOA'
ABB'A'
ss'
hh'
Substitusi kedua persamaan diatas menghasilkan :
Menggunakan perkalian silang, didapat;
atau
Bila f = ½ R, sehingga persamaan cermin lengkung juga dapat dituliskan :
fs'-f
ss'
s’.f = s.s’ – s.f
'1
f1
s1
s
'1
s1
f1
s
's1
s1
R2
Perhatikan kesepakatan tanda yang telah disepakati bersama yaitu:
Jarak benda s bernilai positif (+) jika benda nyata terletak di depan cermin.
Jarak benda s bernilai negatif (-) jika benda maya terletak di belakang cermin.
Jarak bayangan s’ bernilai positif (+) jika bayangan nyata di depan cermin.
Jarak bayangan s’ bernilai negatif (-) jika bayangan maya di belakang cermin.
R dan f bertanda positif (+) untuk cermin cekung dan bertanda (-) untuk cermin cembung.
Perbesaran linier pada pembentukan bayangan pada cermin lengkung
M >1 artinya bayangan yang dibentuk lebih besar daripada bendanya,
M = 1 maka bayangan sama besar dengan bendanya
0<M<1 maka bayangan yang dibentuk akan lebih kecil dari bendanya.
ss
hhM ''
PEMBIASAN
“Mengapa pensil tersebut terlihat bengkok??”
Karena….Ketika cahaya mengenai bidang batas antara dua medium yang berbeda kerapatan (misalnya, udara dengan air) maka cahaya akan dibelokkan. Peristiwa pembelokan cahaya inilah yang disebut pembiasan cahaya.
Terdapat dua hukum pembiasan (Hukum Snellius) :
Hukum I Snellius : Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
Hukum II Snellius : Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (misalnya dari udara ke kaca), maka sinar dibelokkan mendekati garis normal. Jika sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat (misalnya dari kaca ke udara), maka sinar dibelokkan menjauhi garis normal.
Indeks Bias• Ketika seberkas cahaya dibiaskan dengan sudut
datang I dan sudut bias r ketika, dari percobaan ternyata diketahui bahwa sin i berbanding lurus dengan sin r, atau secara matematis :
• Tetapan tersebut merupakan sifat khas suatu
medium yang disebut indeks bias (lambang : n)
Persamaan Snellius
Secara umum, untuk dua medium (medium 1 dan medium 2) persamaan Snellius berbentuk :
dengan,n1 = indeks bias mutlak medium 1,n2 = indeks bias mutlak medium 2,θ1 = sudut datang dalam medium 1,θ2 = sudut datang dalam medium 2,n21= indeks bias medium 2 relatif terhadap medium 1.
Hubungan indeks bias dengan cepat rambat dan panjang gelombang cahaya :
Maka,
Pemantulan Sempurna
“Pada saat cahaya merambat dari medium optik lebih rapat ke kurang rapat dengan sudut datang tertentu, cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal. Artinya sudut bias akan selalu lebih besar dibandingkan sudut datang.”
Lalu, apa yang terjadi bila sudut datang terus diperbesar?
Bila sudut datang terus diperbesar, maka suatu saat sinar bias akan sejajar dengan bidang yang berarti besar sudut biasnya (r) 90°. Tidak ada lagi cahaya yang dibiaskan, seluruhnya akan dipantulkan. Sudut datang pada saat sudut biasnya mencapai 90° ini disebut sudut kritis. Pemantulan yang terjadi disebut
pemantulan total atau pemantulan sempurna.
Besarnya sudut kritis dapat dirumuskan sebagai berikut:
n1 sin θ1 = n2 sin θ2
n1 sin ik = n2 sin 90o
n1 sin ik = n2
sin ik = n2/n1
Kedalaman Semu
Lalu, bagaimana penjelasan tentang koin yang berada di
dasar air terlihat lebih dangkal dari yang
sebenarnya?
Ketika sinar-sinar dari koin logam mengenai bidang batas air-udara, sinar-sinar ini dibiaskan menjauhi garis normal sehingga kita seolah-olah melihat koin di P bukan di tempat sesungguhnya (A). Oleh karena itu, dasar kolam tampak oleh mata terlihat lebih dangkal dari kedalaman sebenarnya.
• Perhatikan ∆BP1P siku-siku. Untuk sudut r kecil,
• Persamaan Snellius :
• Karena AB1 =PP1, maka• Perhatikan ∆AB1B siku-siku.
Untuk sudut i kecil,
Bila kebalikan, yaitu pengamat di air melihat benda di udara, maka tinggi semu benda dari permukaan air yang dilihat pengamat :
Pembiasan Kaca Plan Paralel
Pada pembiasan oleh kaca plan paralel sinar akan terjadi pergeseran sinar, yaitu antara sinar yang datang dengan sinar yang keluar pada kaca seperti tampak pada gambar di samping. Besarnya pergeseran tersebut dapat dirumuskan dengan :
Pembiasan pada Prisma
Gambar di samping menggambarkan seberkas cahaya monokromatis yang melewati sebuah prisma. Sudut yang dibentuk antara arah sinar datang dengan arah sinar yang meninggalkan prisma disebut sudut deviasi diberi lambang D.
D = i1 + r2 – β
Sudut deviasi minimum (δm) terjadi ketika i1 =r2.
• Untuk sudut lebih dari 15o
• Untuk sudut kurang dari 15o
Jika sinar polikromatis, misalnya sinar putih, yang digunakan maka di dalam prisma tersebut maka sinar putih diuraikan menjadi komponen warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu (me ji ku hi bi ni u) seperti pada gambar di samping. Peristiwa penguraian sinar polikromatis ini dinamakan sebagai peristiwa dispersi.
Pembiasan pada Permukaan Lengkung
Pembiasan pada Lensa
Lensa
Lensa Cembung
Lensa Cekung
Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung :
Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung :
Contoh pembentukan bayangan pada lensa cembung
Contoh pembentukan bayangan pada lensa cekung
Rumus yang berlaku untuk lensa tipis :
jarak benda jarak bayangan fokus
perbesaran tinggi benda
tinggi bayangan
Kekuatan lensa(P) didefinisikan sebagai kemampuan lensa untuk membelokkan sinar.
di mana,P = kekuatan lensa (dioptri)f = jarak fokus lensa (meter)
Dua lensa dengan kekuatan berbeda
Persamaan pembuat lensa :
Terima Kasih