Materi 12 : Konsep Optik
"OPTIK GEOMETRI"
PENDAHULUAN OPTIK Optika yang merupakan ilmu yang mempelajari tentang cahaya. Terdapat dua golongan, yaitu optika geometris dan optika fisis. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat merambat dalam ruang hampa. Dalam berbagai hal cahaya lebih mudah ditinjau berdasarkan garis perambatannya, yaitu garis yang tegak lurus muka gelombang. Garis rambatan gelombang cahaya disebut sinar cahaya atau secara singkat disebut sinar. Setiap hari kita tak lepas dari cahaya. Oleh karena itu, dalam pembahasan ini menjelaskan tentang cahaya terutama sifat-sifat cahaya, hakikat, dan pemanfaatannya.
SEJARAH OPTIK · Periode I ( zaman prasejarah sampai 1500 M) Optik dimulai pada tahun 300 SM. Pada zaman prasejarah dikenal dengan zaman yang hanya mengemukakan teori-teori para ahli tanpa dilakukan pembuktian dengan eksperimen sehingga ada beberapa teori tentang optik yang bermunculan, misalnya Teori Tactile dan Teori Emisi. Para ilmuwan yang hidup di zaman prasejarah mengemukakan pendapat bahwa kita dapat melihat suatu benda karena terdapat cahaya dari mata kita yang dipancarkan ke benda tersebut. Teori ini dipelopori oleh Aristoteles dan Ptolomeus. Di masa sebelum masehi ini, Euclides (275 SM-330 SM) menemukan bahwa cahaya bergerak dalam garis lurus.dan dia mempelajari juga tentang pemantulan cahaya.
Pada abad ke-10 M, muncul teori yang menentang Teori Tactile yaitu Teori Emisi. Teori Emisi ini dikatakan merubah drastis cara pandang terhadap konsep cahaya. Pada Teori Emisi dikatakan bahwa kita dapat melihat benda bukan karena mata kita yang memancarkan cahaya ke benda tersebut (Teori Tactile), tetapi karena terdapat cahaya yang dipantulkan oleh beda yang kita lihat menuju mata kita. Teori ini pertama kali dicetuskan olehIbnu Al-Haitsam (965 M - 1040 M) seorang Ilmuwan muslim yang sangat populer dan dikenal juga sebagai “Bapak optik dunia‟. Akhirnya, teori emisi ini benar -benar menggugurkan Teori Tactile dan dipercaya kebenarannya sampai sekarang.
Kemudian pada abad ke-13, pembiasan cahaya mulai disadari. Hal ini terbukti dengan adanya tulisan di buku yang berjudul “Perspectiva” karya Bacon yaitu bila tulisan sebuah buku, atau suatu benda kecil dilihat melalui bagian lengkung sebuah kaca atau kristal akan nampak lebih jelas dan lebih besar.Pada akhir abad ke 15 atau sekitar awal abad ke 16 seorang ilmuwan Italia yaitu Leonardo Da Vinci mengemukakan tentang optik fisiologis mata manusia yang mengakibatkan penemuan di bidang medis di masa depan mulai terbuka jalannya.
· Periode II (1550 M- 1800 M) Abad ke-16 ini sudah mulai dibuat mikroskop yang menggunakan lensa gabungan yaitu lensa objektif dan lensa okuler oleh Antony van Leuwenhoek (1632-1723) dari Belanda. Tahun 1608 M untuk pertama kalinya seseorang mengklaim bahwa dia adalah orang yang pertama menemukan teleskop. Orang tersebut adalah Hans Lippershey. Namun, Galileo Galilei tahun 1609 M, mendengar bahwa seseorang telah menemukan teleskop di Belanda.
Namun, berita itu masih samar-samar ditelinganya. Akhirnya, berkat kecerdasannya, ia mampu mempelajari perangkat teleskop Lippershey dan berhasil membuat teleskopnya sendiri yang lebih canggih pada masa itu karena Dapat melakukan perbesaran hingga 20 kali lipat. Kemudian pada tahun 1611, Kepler menyempurnakan desain teleskop Galileo yaitu dengan menggunakan dua buah lensa cembung sehingga gambar yang dihasilkan terbalik. Galileo menyatakan bahwa kecepatan cahaya sangat cepat bahkan nyaris tak berhingga.
Pada tahun 1670-an, Ole Romer (1644-1710), mengamati bulan-bulan planet Jupiter. Romer pun mengambil kesimpulan bahwa kecepatan cahaya mempunyai batas. Itu mengacu dari posisi bumi saat dia melakukan pengamatan. Dan jeda waktu tadi ditemukan sebesar 16,7 menit. Romer menganggap bahwa jarak Bumi-Jupiter sebesar 2 AU. Dapat disimpulkan bahwa teori Galileo belum terbukti.
Pada tahun 1675, Sir Isaac Newton dalam Hypothesis of Light menyatakan bahwa cahaya terdiri dari partikel halus yang memancarkan ke segala arah dari sumbernya. Jika partikel dianggap tidak bermasa, maka suatu benda bersinar tidak akan kehilangan massanya hanya karena memancarkan cahaya, dan itu sendiri tidak dipengaruhi oleh gravitasi. Teori Newton ini dikenal dengan nama Teori Emisi.
Pada tahun 1678 Christian Huygens mengatakan teori bahwa cahaya dipancarkan ke segala arah sebagai gelombang seperti bumi.
Sehingga jika demikian cahaya akan memiliki frekuensi dan panjang gelombang. Newton bersikukuh menolak ide Huygens bahwa cahaya bersifat gelombang. Menurut newton gelombang akan melebar dan mengisi seluruh ruang seperti gelombang air mengisi ceruk kolam, padahal dalam praktik cahaya mengikuti garis lurus dan tidak dan tidak mengisi ruang bayangan.
· Periode III (1800 M – 1890 M)
Periode III dimulai ketika sekitar tahun 1801, Thomas Young dan Agustin Fresnell membuktikan bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan dapat mengalami interferensi ketika dilewatkan pada dua celah sempit.
Selanjutnya Maxwell (1831 – 1874) mengemukakan pendapatan bahwa cahaya dibangkitkan oleh gejala kelistrikan dan kemagnetan sehingga tergolong gelombang elektromagnetik.
Dua prediksi Maxwell diuji secara terpisah oleh Heinrich Rudolf Hertz (1857 -1894) dan Hendrik Antoon Lorentz (1853 – 1928), Maxwell meramalkan bahwa gangguan di dalam medan magnetic dan litrik harus merambat secepat cahaya. Pada tahun 1887, Heartz menguji prediksi itu sampai dengan memercikkan bunga api listrik diantara dua kutub. Ia mengamati bahwa diantara dua kutub di tempat lain di dalam laboratoriumnya terjadi juga percikan bunga api yang sama. Tak pelak lagi, pengaruh bunga api yang pertama harus dibawa sebagai gelombang melalui udara sehingga menimbulkan bunga api yang kedua. Ia membuktikan secara eksprimental bahwa gelombang cahaya, karena menunjukkan gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, dan polarisasi.
· Periode IV (1887 M-1925 M)
Optika moderen di tandai dengan perkembangan ilmu dan rekayasa optik yang menjadi sangat populer pada abad 20. Bidang optik ini meliputi elektromagnetik atau sifat kuantum cahaya. Pada era modern di tandai dengan permukaan besar yaitu mengenai efek fotolistrik dan serat optik.
CONTOH SOAL
1. Jika diagram pemantulan cahaya oleh suatu bidang pantul ditunjukkan seperti gambar di bawah ini, maka tentukanlah besar sudut pantulnya.
Pembahasan : Jika sinar datang membentuk sudut 60 derajat terhadap bidang pantul,
maka : i = 90 derajat - 60 derajat ⇒ i = 30 derajat
Karena i = r, maka besar sudut pantulnya adalah 30 derajat.
2. Tentukan besar sudut datang dari diagram sinar di bawah ini.
Pembahasan :
Pada gambar di atas diperoleh : i + r = 120 derajat
Karena i = r,
maka : ⇒ r + r = 120 derajat
2r = 120 derajat ⇒ r = 60 derajat.
CERMIN CEKUNG DAN CERMIN CEMBUNG
CERMIN CEKUNG
A. PEMANTULAN CAHAYA
Cermin cekung merupakan cermin yang permukaannya melengkung ke dalam
Pantulan cahaya pada cermin cekung bersifat mengumpulkan
B. SINAR ISTIMEWA
1.
2.
C. PEMBENTUKAN BAYANGAN
Jarak antara pusat optis dan titik fokus disebut jarak fokus (f), jarak benda ke cermin adalah S, jarak antara bayangan dan cermin adalah S’.
D. PENYELESAIAN PERHITUNGAN
CERMIN CEMBUNG
A. PEMANTULAN CAHAYA
Cermin cembung merupakan cermin yang permukaannya melengkung keluar
Pantulan cahaya pada cermin cembung bersifat menyebarkan
B. SINAR ISTIMEWA
C. PEMBENTUKAN BAYANGAN
Ø
Sinar sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan seolah- olah melalui titik fokus
Ø Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan sejajar sumbu utama
Bayangan akan maya, tegak, diperkecil
PENDAHULUAN OPTIK Optika yang merupakan ilmu yang mempelajari tentang cahaya. Terdapat dua golongan, yaitu optika geometris dan optika fisis. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat merambat dalam ruang hampa. Dalam berbagai hal cahaya lebih mudah ditinjau berdasarkan garis perambatannya, yaitu garis yang tegak lurus muka gelombang. Garis rambatan gelombang cahaya disebut sinar cahaya atau secara singkat disebut sinar. Setiap hari kita tak lepas dari cahaya. Oleh karena itu, dalam pembahasan ini menjelaskan tentang cahaya terutama sifat-sifat cahaya, hakikat, dan pemanfaatannya.
SEJARAH OPTIK · Periode I ( zaman prasejarah sampai 1500 M) Optik dimulai pada tahun 300 SM. Pada zaman prasejarah dikenal dengan zaman yang hanya mengemukakan teori-teori para ahli tanpa dilakukan pembuktian dengan eksperimen sehingga ada beberapa teori tentang optik yang bermunculan, misalnya Teori Tactile dan Teori Emisi. Para ilmuwan yang hidup di zaman prasejarah mengemukakan pendapat bahwa kita dapat melihat suatu benda karena terdapat cahaya dari mata kita yang dipancarkan ke benda tersebut. Teori ini dipelopori oleh Aristoteles dan Ptolomeus. Di masa sebelum masehi ini, Euclides (275 SM-330 SM) menemukan bahwa cahaya bergerak dalam garis lurus.dan dia mempelajari juga tentang pemantulan cahaya.
Pada abad ke-10 M, muncul teori yang menentang Teori Tactile yaitu Teori Emisi. Teori Emisi ini dikatakan merubah drastis cara pandang terhadap konsep cahaya. Pada Teori Emisi dikatakan bahwa kita dapat melihat benda bukan karena mata kita yang memancarkan cahaya ke benda tersebut (Teori Tactile), tetapi karena terdapat cahaya yang dipantulkan oleh beda yang kita lihat menuju mata kita. Teori ini pertama kali dicetuskan olehIbnu Al-Haitsam (965 M - 1040 M) seorang Ilmuwan muslim yang sangat populer dan dikenal juga sebagai “Bapak optik dunia‟. Akhirnya, teori emisi ini benar -benar menggugurkan Teori Tactile dan dipercaya kebenarannya sampai sekarang.
 |
| teori Ibnu Al-Haitsam |
Kemudian pada abad ke-13, pembiasan cahaya mulai disadari. Hal ini terbukti dengan adanya tulisan di buku yang berjudul “Perspectiva” karya Bacon yaitu bila tulisan sebuah buku, atau suatu benda kecil dilihat melalui bagian lengkung sebuah kaca atau kristal akan nampak lebih jelas dan lebih besar.Pada akhir abad ke 15 atau sekitar awal abad ke 16 seorang ilmuwan Italia yaitu Leonardo Da Vinci mengemukakan tentang optik fisiologis mata manusia yang mengakibatkan penemuan di bidang medis di masa depan mulai terbuka jalannya. · Periode II (1550 M- 1800 M) Abad ke-16 ini sudah mulai dibuat mikroskop yang menggunakan lensa gabungan yaitu lensa objektif dan lensa okuler oleh Antony van Leuwenhoek (1632-1723) dari Belanda. Tahun 1608 M untuk pertama kalinya seseorang mengklaim bahwa dia adalah orang yang pertama menemukan teleskop. Orang tersebut adalah Hans Lippershey. Namun, Galileo Galilei tahun 1609 M, mendengar bahwa seseorang telah menemukan teleskop di Belanda.
Namun, berita itu masih samar-samar ditelinganya. Akhirnya, berkat kecerdasannya, ia mampu mempelajari perangkat teleskop Lippershey dan berhasil membuat teleskopnya sendiri yang lebih canggih pada masa itu karena Dapat melakukan perbesaran hingga 20 kali lipat. Kemudian pada tahun 1611, Kepler menyempurnakan desain teleskop Galileo yaitu dengan menggunakan dua buah lensa cembung sehingga gambar yang dihasilkan terbalik. Galileo menyatakan bahwa kecepatan cahaya sangat cepat bahkan nyaris tak berhingga.
Pada tahun 1670-an, Ole Romer (1644-1710), mengamati bulan-bulan planet Jupiter. Romer pun mengambil kesimpulan bahwa kecepatan cahaya mempunyai batas. Itu mengacu dari posisi bumi saat dia melakukan pengamatan. Dan jeda waktu tadi ditemukan sebesar 16,7 menit. Romer menganggap bahwa jarak Bumi-Jupiter sebesar 2 AU. Dapat disimpulkan bahwa teori Galileo belum terbukti.
Pada tahun 1675, Sir Isaac Newton dalam Hypothesis of Light menyatakan bahwa cahaya terdiri dari partikel halus yang memancarkan ke segala arah dari sumbernya. Jika partikel dianggap tidak bermasa, maka suatu benda bersinar tidak akan kehilangan massanya hanya karena memancarkan cahaya, dan itu sendiri tidak dipengaruhi oleh gravitasi. Teori Newton ini dikenal dengan nama Teori Emisi.
Pada tahun 1678 Christian Huygens mengatakan teori bahwa cahaya dipancarkan ke segala arah sebagai gelombang seperti bumi.
Sehingga jika demikian cahaya akan memiliki frekuensi dan panjang gelombang. Newton bersikukuh menolak ide Huygens bahwa cahaya bersifat gelombang. Menurut newton gelombang akan melebar dan mengisi seluruh ruang seperti gelombang air mengisi ceruk kolam, padahal dalam praktik cahaya mengikuti garis lurus dan tidak dan tidak mengisi ruang bayangan.
· Periode III (1800 M – 1890 M)
Periode III dimulai ketika sekitar tahun 1801, Thomas Young dan Agustin Fresnell membuktikan bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan dapat mengalami interferensi ketika dilewatkan pada dua celah sempit.
Selanjutnya Maxwell (1831 – 1874) mengemukakan pendapatan bahwa cahaya dibangkitkan oleh gejala kelistrikan dan kemagnetan sehingga tergolong gelombang elektromagnetik.
Dua prediksi Maxwell diuji secara terpisah oleh Heinrich Rudolf Hertz (1857 -1894) dan Hendrik Antoon Lorentz (1853 – 1928), Maxwell meramalkan bahwa gangguan di dalam medan magnetic dan litrik harus merambat secepat cahaya. Pada tahun 1887, Heartz menguji prediksi itu sampai dengan memercikkan bunga api listrik diantara dua kutub. Ia mengamati bahwa diantara dua kutub di tempat lain di dalam laboratoriumnya terjadi juga percikan bunga api yang sama. Tak pelak lagi, pengaruh bunga api yang pertama harus dibawa sebagai gelombang melalui udara sehingga menimbulkan bunga api yang kedua. Ia membuktikan secara eksprimental bahwa gelombang cahaya, karena menunjukkan gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, dan polarisasi.
· Periode IV (1887 M-1925 M)
Optika moderen di tandai dengan perkembangan ilmu dan rekayasa optik yang menjadi sangat populer pada abad 20. Bidang optik ini meliputi elektromagnetik atau sifat kuantum cahaya. Pada era modern di tandai dengan permukaan besar yaitu mengenai efek fotolistrik dan serat optik.
 |
 |
PENGERTIAN OPTIK
Kata optik berasal dari bahasa Latin, yang artinya tampilan. Optika adalah cabang fisika yang menggambarkan perilaku atau sifat-sifat cahaya dan interaksi cahaya dngan materi. Intinya optika membahas tentang gejala - gejala optik.
KLASIFIKASI OPTIK
Bidang optika terbagi menjadi dua, yaitu optik geometri dan optik fisis. Optik geometris atau optik sinar, menjabarkan perambatan cahaya sebagaivektor yang disebut sinar melalui gambar-gambar geometri dari berkas sinar tersebut. Sedangkan optik fisis menjelaskan gejala-gejala yang terjadi pada optik geometri dengan penjabaran matematis, sehingga komponen optik dan sistem kerja cahaya seperti ukuran, posisi, dan pembesaran objek menjadi lebih besar.
SIFAT – SIFAT CAHAYA
§ Dapat mengalami pemantulan(refleksi)
§ Dapat mengalami pembiasan (refraksi)
§ Dapat mengalami pelenteran (difraksi)
§ Dapat dijumlah (interferensi)
§ Dapat diuraikan (disperse)
§ Dapat diserap arah getarnya(polarisasi)
§ Bersifat sebagai gelombang dan partikel
§ Cahaya merambut lurus
§ Cahaya menembus benda bening
PEMANTULAN CAHAYA
Pemantulan artinya proses memantulkan. Memantul artinya bergerak balik karena membentur sesuatu. Jadi pemantulkan dapat diartikan sebagai peristiwa di mana arah gerak suatu benda berubah karena cahaya mengenai suatu penghalang.
Pemantulan pada bidang datar Pemantulan pada bidang kasar
Dalam pemantulan, berlaku hukum- hukum sebagai berikut:
-Sudut datang sama dengan sudut pantul
-Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada sebuah bidang datar.
CERMIN
Bentuk cermin yang biasa kita jumpai setiap hari, sangatlah beragam.
Secara garis besar terbagi menjadi dua kelompok besar, yaitu:
1) Cermin datar, dan
2) Cermin lengkung : Cermin cekung, dan Cermin cembung
Sifat – sifat cermin, yaitu:
Cermin datar adalah cermin yang mempunyai permukaan pantul berbentuk bidang datar. Bayangan yang dibentuk oleh cermin datar sama persis dengan ukuran bendanya. Berikut adalah sifat cermin datar secara umum
Ø Bayangan sama besar dengan bendanya
Ø Bayangan tegak
Ø Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin
Ø Bayangan bertukar sisinya
Ø Bayangan bersifat maya atau semu
|
1. Jika diagram pemantulan cahaya oleh suatu bidang pantul ditunjukkan seperti gambar di bawah ini, maka tentukanlah besar sudut pantulnya.
Pembahasan : Jika sinar datang membentuk sudut 60 derajat terhadap bidang pantul, maka : i = 90 derajat - 60 derajat ⇒ i = 30 derajat
Karena i = r, maka besar sudut pantulnya adalah 30 derajat.
2. Tentukan besar sudut datang dari diagram sinar di bawah ini.
Pembahasan :
Pada gambar di atas diperoleh : i + r = 120 derajat
Karena i = r,
maka : ⇒ r + r = 120 derajat
2r = 120 derajat ⇒ r = 60 derajat.
CERMIN CEKUNG DAN CERMIN CEMBUNG
CERMIN CEKUNG
A. PEMANTULAN CAHAYA
Cermin cekung merupakan cermin yang permukaannya melengkung ke dalam
Pantulan cahaya pada cermin cekung bersifat mengumpulkan
B. SINAR ISTIMEWA
1.
 |
Sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan
melalui titik fokus.
|
 |
Sinar datang melalui titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu
utama.
3.
|
 |
Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan
dipantulkan ke titik itu juga
|
C. PEMBENTUKAN BAYANGAN
Jarak antara pusat optis dan titik fokus disebut jarak fokus (f), jarak benda ke cermin adalah S, jarak antara bayangan dan cermin adalah S’.
 |
Bayangan benda yang diletakkan antara >2f atau dibelakang P memiliki sifat nyata, terbalik dan diperbesar.
|
 |
Bayangan benda yang diletakkan antara M dan F memiliki sifat nyata, terbalik dan diperbesar.
|
 |
Bayangan benda yang diletakkan diantara >2f, memiliki sifat maya, sama tegak dan diperbesar.
|
CERMIN CEMBUNG
A. PEMANTULAN CAHAYA
Cermin cembung merupakan cermin yang permukaannya melengkung keluar
Pantulan cahaya pada cermin cembung bersifat menyebarkan
B. SINAR ISTIMEWA
 | ||
Sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah dari titik fokus.
Sinar datang menuju titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
|
 |
Sinar datang menuju titik M (titik pusat kelengkungan) akan dipantulkan seolah-olah dari titik itu juga
|
C. PEMBENTUKAN BAYANGAN
Ø
Ø Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan sejajar sumbu utama
Bayangan akan maya, tegak, diperkecil
Note: Ingat selalu aturan benda cermin cembung, ketika menggunakan persamaan ini untuk menyelesaikan soal cermin cembung bernilai negatif (-) pada fokus karena fokus bersifat maya.
CONTOH SOAL
 1. Cermin cekung mempunyai panjang fokus 5 cm. Gambarkan pembentukan bayangan lalu tentukan jarak bayangan dan perbesaran bayangan jika jarak benda dari cermin cekung adalah 10 cm.Diketahui : Panjang fokus cermin cekung (f) = 5 cm Fokus cermin cekung positif karena titik fokus cermin cekung dilalui cahaya atau bersifat nyata. Jarak benda (s) = 10 cm Jawab : Jarak bayangan : 1/s’ = 1/f – 1/s = 1/5 – 1/10 = 2/10 – 1/10 = 1/10 s’ = 10/1 = 10 cm Jarak bayangan adalah 10 cm. Perbesaran bayangan : M = -s’/s = -10/10 = -1 kali Perbesaran bayangan 1 artinya ukuran bayangan sama dengan ukuran benda. Perbesaran bayangan negatif artinya bayangan terbalik. Bayangan tegak jika perbesaran bayangan positif. 2. Bayangan maya yang terbentuk oleh sebuah cermin cekung empat kali lebih besar dari bendanya. Jika jari-jari cermin adalah 20 cm maka jarak benda di depan cermin adalah…
Pembahasan
Diketahui : Perbesaran bayangan (M) = 4 Jari-jari kelengkungan cermin (R) = 20 cm Jarak fokus (f) = R/2 = 20/2 = 10 cm Ditanya : Jarak benda (s) Jawab : M = – s’ / s 4 = – s’ / s – s’ = 4 s s’ = – 4 s
1/f = 1/s + 1/s’
1/10 = 1/s + 1/4s 4/40 = 4/4s + 1/4s 4/40 = 5/4s (4)(4s) = (5)(40) 16 s = 200 s = 12,5 cm Jarak benda di depan cermin adalah 12,5 cm.
PEMBIASAN CAHAYA
1. PEMBIASAN CAHAYA
Berkas cahaya dari udara yang masuk ke dalam kaca akan mengalami pembelokan. Peristiwa tersebut disebut pembiasan cahaya. Hal ini disebabkan medium udara dan medium kaca memiliki kerapatan optik yang berbeda. Jadi, dapat disimpulkan bahwa pembiasan cahaya terjadi akibat cahaya melewati dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Sinar bias akan mendekati garis normal ketika sinar datang dari medium kurang rapat (udara) ke medium lebih rapat (kaca).
1. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
2. Jika sinar datang dari medium yang kurang rapat menuju medium yang lebih rapat, sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. Jika sinar datang dari medium yang lebih rapat menuju medium yang kurang rapat, sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal.
INDEKS BIAS
Indeks bias bahan adalah rasio dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam bahan itu.
2. PEMBIASAN CAHAYA PADA KACA PLAN PARALEL (PERGESERAN SINAR)
Kaca plan paralel atau yang biasa disebut balok kaca merupakan keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar. cahaya yang mengenai kaca plan paralel akan dibiaskan dua kali , yaitu pembiasan ketika memasuki kaca planparalel dan pembiasan ketika keluar dari kaca plan paralel.
Apabila seberkas sinar datang dari suatu medium dengan indeks bias n1 ke suatu kaca plan-paralel dengan indeks bias n2, maka sinar yang keluar dari kaca plan-paralel akan sejajar dengan sinar yang masuk, namun mengalami pergeseran dari arah semula seperti pada gambar disamping ini. Untuk kaca plan pararel dengan ketebalan d, maka sinar akan mengalami pergeseran sebesar t yang dapat diturunkan sebagai berikut :
 
3. PEMBIASAN CAHAYA PADA PRISMA
Prisma adalah zat bening yang dibatasi oleh dua bidang datar. Apabila seberkas sinar datang pada salah satu bidang prisma yang kemudian disebut sebagai bidang pembias I, akan dibiaskan mendekati garis normal. Sampai pada bidang pembias II, berkas sinar tersebut akan dibiaskan menjauhi garis normal. Pada bidang pembias I, sinar dibiaskan mendekati garis normal, sebab sinar datang dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat yaitu dari udara ke kaca. Sebaliknya pada bidang pembias II, sinar dibiaskan menjahui garis normal, sebab sinar datang dari zat optik rapat ke zat optik kurang rapat yaitu dari kaca ke udara. Sehingga seberkas sinar yang melewati sebuah prisma akan mengalami pembelokan arah dari arah semula. Proses pembiasan cahaya pada prisma ditunjukkan oleh gambar di bawah:
Sudut antara kedua permukaan yang membentuk sudut disebut sudut pembias prisma (β). Sifat prisma selalu membelokkan sinar menuju ke bagian prisma yang lebih tebal. Sinar yang keluar dari prisma membelok sebesar sudut terhadap arah sinar yang mula-mula mengenai prisma. Sudut σ disebut sudut deviasi atau sudut penyimpangan sinar. Persamaan sudut puncak prisma atau biasa disebut sudut pembias prisma, dapat dihitung menggunakan rumus :
     
Keterangan:
i1 = sudut datang yang masuk prisma
r1 = sudut bias prisma
r2 = sudut yang meninggalkan prisma
i2 = sudut datang pada permukaan prisma
σ = sudut deviasi
β = sudut pembias prisma
4. PEMBIASAN PADA BIDANG DATAR
Pembiasan adalah pembelokan arah rambat cahaya, yang terjadi karena perubahan kerapatan medium yang dilalui cahaya tersebut. Contohnya:
1) Pembiasan dari udara ke air
2) Pembiasan dari udara ke kaca
3) Pembiasan dari air ke udara
Akibat pembiasan:
· Cahaya mengalami perubahan kecepatan,
· Cahaya mengalami perubahan panjang gelombang,
· Dapat mengalami perubahan arah rambat.
Bila cahaya merambat dari medium optik lebih rapat menuju ke medium optik kurang rapat (contohnya dari air menuju ke udara), maka berkas cahaya dibiaskan menjauhi garis normal (sudut datang lebih kecil dari sudut bias).
Hukum pembiasan diungkapkan oleh Snell dikenal dengan hukum Snell atau hukum Snellius yakni: sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar (rata) Jika sinar datang dari medium 1 menuju medium 2, maka:
 
Sinar datang dari medium kurang rapat n1 menuju medium lebih rapat n2dibiaskan mendekati garis normal. Sinus sudut datang terhadap sinus sudut bias selalu tetap atau n2/n1.
Yang perlu dicermati hukum Snellius di atas adalah pasangan indeks bias medium n dan sin i harus berada pada medium yang sama.
Jika notasi indeks bias medium ditukar n1 untuk indeks bias air n2 untuk indeks bias udara dan sinar datang tetap dari udara maka sudut datang i tetap dari udara dan ingat pasangan medium maka hukum snellius menjadi: n2 sin i = n1 sin r
5. PEMBIASAN CAHAYA PADA LENSA
Pada dasarnya pembiasan dapat terjadi pada beberapa benda bening, seperti air, kaca, lensa, prisma, dan sejenisnya. Akan tetapi yang akan dibicarakan disini adalah pembiasan pada lensa, baik lensa cembung (konveks) maupun lensacekung (konkaf).
Lensa cembung merupakan lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dibandingkan bagian tepinya. Ada tiga jenis lensa cembung, yaitu :
1) lensa cembung ganda (bikonveks)
2) lensa cembung-datar (plankonveks), dan
3) lensa cembung-cekung (konveks-konkaf).
Lensa cekung merupakan lensa yang bagian tengahnya lebih tipis dibandingkan bagian tepinya. Ada tiga jenis lensa cekung, yaitu :
1) lensa cekung ganda (bikonkaf)
2) lensa cekung datar (plankonkaf), dan
3) lensa cekung-cembung (konkaf-konveks).
6. PEMBIASAN PADA LENSA CEMBUNG
Lensa cembung dinamakan pula lensa konvergen karena lensa cembung memfokuskan (mengumpulkan) berkas sinar sejajar yang diterimanya. Disini kita hanya akan membahas lensa yang kedua permukaannya cembung (bikonveks). Karena lensa cembung seperti ini memiliki dua buah permukaan lengkung, maka lensa cembung memiliki dua jari-jari kelengkungan dandua titik fokus. Seperti halnya pada cermin, jari-jari kelengkungan lensa adalah dua kali jarak fokusnya (R=2F). Untuk lensa cembung, jari-jari kelengkungan (R) dan titik fokus (f) bertanda positif (+), sehingga lensa cembung sering dinamakan lensa positif.
Ø Berkas sinar yang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus utama (F).
Ø Berkas sinar yang datang/melalui titik fokus dibiaskan sejajar sumbu utama.
Ø Berkas sinar yang melalui titik pusat optik (O) diteruskan tanpa dibiaskan.
Dari gambar terlihat bahwa panjang fokus lensa cembung bergantung pada ketebalan lensa itu sendiri. Jika lensanya lebih tebal, maka panjang fokusnya menjadi lebih pendek. Pada pembiasan cahaya oleh lensa cembung dikenal tiga sinar istimewa yaitu:
7. PEMBENTUKAN BAYANGAN PADA LENSA CEMBUNG
Untuk menentukan bayangan oleh lensa cembung diperlukan sekurang- kurangnya dua berkas sinar utama. Bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung merupakan perpotongan dari sinar-sinar bias atau perpanjangan dari sinar-sinar bias. Apabila bayangannya merupakan perpotongan dari sinar-sinar bias maka bayangannya bersifat nyata, sedangkan apabila bayangannya merupakan perpotongan dari perpanjangan sinar-sinar bias, maka bayangannya bersifat maya. Dengan menggunakan sinar-sinar istimewa diatas maka salah satu contoh pembentukkan bayangan pada lensa cembung dapat dilukiskan sebagai berikut :
Benda AB terletak diruang benda satu (R1) sehingga terbentuk bayangan A’B’ diruang bayangan empat (R4). Sifat bayangan adalah maya, tegak dan perbesar. Hal inilah yang menyebabkan lensa cembung dapat digunakan sebagai lup, yaitu alat yang digunakan untuk melihat benda yang relatif kecil menjadi tampak lebih besar.
Sifat bayangan yang dibentuk oleh pembiasan lensa cembung mempunyai beberapa kemungkinan, yaitu:
ØBenda terletak di ruang I, yaitu antara O dan F, maka bayangan bersifat maya, tegak, diperbesar 30
ØBenda terletak di ruang II, yaitu antara F dan 2F, maka bayangan bersifat nyata, terbalik, diperbesar.
ØBenda terletak di ruang III, yaitu di sebelah kiri 2F, maka bayangan bersifat nyata, terbalik diperkecil.
Ø Benda terletak di titik fokus utama (F), maka tidak terbentuk bayangan karena sinar-sinar bias dan perpanjangannya tidak berpotongan (sejajar).
ØBenda terletak di pusat kelengkungan lensa (di R; dimana R = 2F), maka bayangan bersifat nyata, terbalik, sama besar.
Perbedaan antara bayangan nyata dan bayangan maya pada lensa dapat dilihat pada Tabel berikut :
CONTOH SOAL
1. Perhatikan gambar berikut! Sinar melintasi dua buah medium yang memiliki indeks bias berbeda.
Jika sudut datang sinar adalah 53° dan sudut bias sebesar 37° tentukan nilai indeks bias medium yang kedua jika medium yang pertama adalah udara!
Pembahasan
Soal diatas termasuk tipe mudah, penggunaan dari persamaan : n1 sin i = n2 sin r Dimana : n1 = indeks bias medium 1 (tempat sinar datang) n2 = indeks bias medium 2(tempat sinar bias) i = besar sudut datang r = besar sudut bias
Sehingga:
n1 sin i = n2 sin r (1) sin 53° = n2 sin 37° 4/5 = n2 3/5 n2 = 4/3
2. Cahaya datang dari udara menuju medium yang berindeks bias 3/2. Tentukan kecepatan cahaya dalam medium tersebut!
PembahasanLebih dulu diingat bahwa kecepatan gelombang cahaya di udara (atau di vakum) adalah
3 x 10 8 m/s, di beberapa soal data ini tidak diberikan dengan asumsi sudah diketahui oleh siswa.
Gunakan persamaan berikut: n1 v1 = n2 v2 dimana n1 dan n2 adalah indeks bias masing masing medium dan v1 dan v1 adalah kecepatan gelombang di masing-masing medium. Sehingga: n1 v1 = n2 v2 (1)(3 x 108) = (3/2) v2 v2 = 2 x 108
Sumber : http://belajaroptikbersama25b.blogspot.co.id/2016/01/materi-3-pembiasan-cahaya.html
|
Komentar
Posting Komentar