Minggu, 08 Mei 2016

cahaya dan alat optik

Pemantulan cahaya pada cermin

Pemantulan cahaya pada cermin cekung

 Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar (konvergen). Sinar-sinar yang sejajar sumbu utama dipantulkan oleh cermin cekung menuju satu titik yang disebut titik fokus. Titik fokus berada di sumbu utama cermin. Titik fokus cermin cekung bernilai positif karena berada di depan cermin.
Tiga sinar istimewa berguna untuk melukis pembentukan bayangan pada cermin cekung. Tiga sinar istimewa tersebut adalah:
Ø  Sinar datang yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus cermin
Ø  Sinar datang yang melalui titik fokus cermin akan dipantulkan sejajar sumbu utama cermin
Ø  Sinar datang yang melalui titik pusat kelengkungan cermin, akan dipantulkan kembali melalui titik yang sama



Pemantulan cahaya pada cermin cembung
Cermin cembung bersifat menyebarkan sinar (divergen). Sinar-sinar yang sejajar sumbu utama dipantulkan oleh cermin seolah-olah berasal dari satu titik di belakang cermin yang disebut titik fokus maya. Titik fokus cermin cembung terletak di belakang cermin dan berada di sumbu utama cermin. Dengan demikian, titik fokus cermin cembung bernilai negatif karena berada di belakang cermin.
Tiga sinar istimewa cermin cembung:
  1. Sinar datang yang sejajar sumbu utama cermin akan dipantulkan seolah-olah dari titik fokus maya cermin. 
    2.    Sinar datang yang menuju titik fokus maya cermin akan dipantulkan sejajar sumbu utama cermin. 
    3.  Sinar datang yang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan kembali seolah-olah dari titik yang sama.

    Rumus-rumus cermin lengkung

    Hubungan jarak benda, jarak fokus cermin, dan jarak bayangan yang terbentuk dinyatakan oleh rumus berikut:
     



    Keterangan:
    f : jarak fokus cermin
    s : jarak benda ke cermin
    s’ : jarak bayangan ke cermin 
    Antara jarak fokus f dan jari-jari kelengkungan cermin R terdapat hubungan sebagai berikut. 
    R = 2f
    ·       Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah sebagai berikut: sama besar, tegak, berkebalikan, maya dan jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan kecermin. Bagaimana jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua cermin datar?
    Jika terdapat dua buah cermin datar yang membentuk sudut α, maka banyaknya bayangan yang dibentuk dirumuskan oleh persamaan sebagai berikut.
    Keterangan:
    n = banyaknya bayangan yang dibentuk
    α = sudut antara dua cermin

    Contoh Soal Tentang Pemantulan Cahaya Pada Cermin Datar:
    Ø  Seberkas sinar datang mengenai cermin dan dipantulkan. Jika sudut antara sinar datang dan cermin membentuk sudut 50°, hitunglah sudut datangnya!
    Jawab:
    Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh sudut datang dan garis normal. Sudut datang = 90° – 50° = 40°. Jadi, sudut datangnya adalah 40°. 
    Ø  Dua cermin diatur sehingga membentuk sudut 40°. Berapa jumlah bayangan yang terbentuk jika di antara dua cermin diletakkan satu buah benda?

    Jawab:
    α = 40°
    n = 360°/ α − 1 = 4 − 1 = 3
    Jadi, ada 3 bayangan yang terbentuk

    Pembiasan Cahaya
    Ø  Pembiasan cahaya berarti pembelokan arah rambat cahaya saat melewati bidang batas dua medium tembus cahaya yang berbeda indeks biasnya. Pembiasan cahaya mempengaruhi penglihatan pengamat. Contoh yang jelas adalah bila sebatang tongkat yang sebagiannya tercelup di dalam kolam berisi air dan bening akan terlihat patah.
    Ø  v2 = 2 x 108 m/s
    Ø  Ditanya : n2 = ?
    Ø  Jawab :







    2.
    Seberkas cahaya datang dari udara (nu = 1) ke dalam air (na = 1,33) dengan sudut datang 30°. Tentukan besar sudut bias!
    Ø Ketika kamu sedang minum es pernahkah kamu memperhatikan sedotan yang ada pada gelas es ? Sedotan tersebut akan terlihat patah setelah melalui batas antara udara dan air. Hal ini terjadi karena adanya peristiwa pembiasan atau refraksi cahaya. Bagaimana sebenarnya peristiwa ini terjadi?
    Ø  Kecepatan merambat cahaya pada tiap-tiap medium berbeda-beda tergantung pada kerapatan medium tersebut. Perbandingan perbedaan kecepatan rambat cahaya ini selanjutnya disebut sebagai indeks bias. Dalam dunia optik dikenal ada dua macam indeks bias yaitu indeks bias mutlak dan indeks bias relatif. Indeks bias mutlak adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di medium tersebut



    nmedium : indeks bias mutlak medium
    c : cepat rambat cahaya di ruang hampa
    v : cepat rambat cahaya di suatu medium
    Indeks bias mutlak medium yaitu indeks bias medium saat berkas cahaya dari ruang hampa melewati medium tersebut. Indek bias mutlak suatu medium dituliskan nmedium. Indeks bias mutlak kaca dituliskan nkaca, indeks bias mutlak air dituliskan nair dan seterusnya. Oleh karena c selalu lebih besar dari pada v maka indeks bias suatu medium selalu lebih dari satu nmedium >1.
    Contoh indeks bias mutlak beberapa zat.
    Medium
    Indeks bias mutlak
    Udara (1 atm, 0° C)
    Udara (1 atm, 0° C)
    Udara (1 atm, 0° C)
    Air
    Alkohol
    Gliserin
    Kaca kuarsa
    Kaca kerona
    Kaca flinta
    Intan
    1,00029
    1,00028
    1,00026
    1,33
    1,36
    1,47
    1,46
    1,52
    1,65
    2,42

    Rumus indeks:








    Keterangan:
    n = Indeks Bias
    c = laju cahaya dalam ruang hampa ( 3 x 108 m/s)
    v = kecepatan laju cahaya dalam medium

    rumus persamaan ke dua:






    Ø Indeks bias relatif adalah perbandingan indeks bias suatu medium terhadap indeks bias medium yang lain.
    atau 

    dengan
    n12 : indeks bias relatif medium 1 terhadap medium 2
    n21 : indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1
    n1 : indeks bias mutlak medium 1
    n2 : indeks bias mutlak medium 2
    Ø Setiap medium memiliki indeks bias yang berbeda-beda, karena perbedaan indeks bias inilah maka jika ada seberkas sinar yang melalui dua medium yang berbeda kerapatannya maka berkas sinar tersebut akan dibiaskan. Pada tahun 1621 Snellius, seorang fisikawan berkebangsaan Belanda melakukan serangkaian percobaan untuk menyelidiki hubungan antara sudut datang (i) dan sudut bias (r). Hukum pembiasan Snellius berbunyi:
    1. Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
    2. Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias dari suatu cahaya yang melewati dua medium yang berbeda merupakan suatu konstanta.

    Cahaya datang dengan sudut i dan dibiaskan dengan sudut r. Cepat rambat cahaya di medium 1 adalah v1 dan di medium 2 adalah v2. Waktu yang diperlukan cahaya untuk merambat dari B ke D sama dengan waktu yang dibutuhkan dari A ke E sehingga DE menjadi muka gelombang pada medium 2.
    Ø Menurut teori muka gelombang rambatan cahaya dapat digambarkan sebagai muka gelombang yang tegak lurus arah rambatan dan muka gelombang itu membelok saat menembus bidang batas medium 1 dan medium 2 seperti diperlihatkan gambar 18.

    Gambar 18. Muka gelombang pada pembiasan cahaya dari medium1 ke medium 2.
    Pada segitiga ABD berlaku persamaan trigonometri sebagai berikut
    Sin i =, 
    sedangkan pada segitiga AED berlaku persamaan trigonometri sebagai 
    berikut, Sin r =Bila kedua persamaan dibandingkan akan diperoleh
    Pada peristiwa pembelokan cahaya dari medium 1 ke medium 2 ini besaran frekuensi cahaya tetap atau tidak mengalami perubahan. Karena v = l.f maka berlaku pula,
    Sehingga berlaku persamaan pembiasan

    Dengan keterangan,

    n1 : indeks bias medium 1
    n2 : indeks bias medium 2
    v1 : cepat rambat cahaya di medium 1
    v2 : cepat rambat cahaya di medium 2
    λ1 : panjang gelombang cahaya di medium 1
    λ2 : panjang gelombang cahaya di medium 2
    Di samping menunjukkan perbandingan cepat rambat cahaya di dalam suatu medium, indeks bias juga menunjukkan kerapatan optik suatu medium. Semakin besar indeks bias suatu medium berarti semakin besar kerapatan optik medium tersebut. Bila cahaya merambat dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat, cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal, sebaliknya bila cahaya merambat dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal.
    Gambar 19. sinar merambat dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal, sudut r < i
    Contoh Soal Pembiasan Cahaya
    1. Cepat rambat cahaya di medium X besarnya 2,4 x 108 m/s. Bila cepat rambat cahaya di ruang hampa 3 x 108 m/s, berapakah indeks bias mutlak medium itu?
    Jawab
    Indeks Bias (n) = c/v = 3 x 108 m/s / 2,4 x 108
    m/ = 1,25

    2. Cepat rambat cahaya di dalam Intan 2,42 x 108 m/s dan cepat rambat cahaya di dalam air 2,25 x 108 m/s.
    Tentukan:
    a) indeks bias relatif intan terhadap kaca
    b) indeks bias relatif kaca terhadap air
    Jawab
    indeks bias relatif intan terhadap kaca =2,42 x 108/2,25 x 108 = 1,078
    indeks bias relatif kaca terhadap intan = 2,25 x 10 / 2,42 x 108 = 0,93

    puncak prisma,
    β = sudut puncak atau sudut pembias prisma

    r1 = sudut bias saat berkas sinar memasuki




    b. 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.
    Kita dapatkan persamaan sudut bidang batas udara-prisma
    i2 = sudut datang saat berkas sinar memasuki bidang batas prisma-udara
    Secara otomatis persamaan di atas dapat digunakan untuk mencari besarnya i2 bila besar sudut pembias prisma diketahui….
    Persamaan sudut deviasi prisma 
    Keterangan :
    D = sudut deviasi ;
     i1 = sudut datang pada bidang batas pertama ;
    r2 = sudut bias pada bidang batas kedua berkas sinar keluar dari prisma ; 
    β = sudut puncak atau sudut pembias prisma
    Hasilnya disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara sudut deviasi (D) dan sudut datang

    pertama i1 : 
    dalam grafik terlihat devisiasi minimum terjadi saat:

     i1 = r2

    Persamaan deviasi minimum :
    a.  Bila sudut pembias lebih dari 15° 


    Keterangan :
    n1 = indeks bias medium ; 
    n2 = indeks bias prisma ; 
    Dm = deviasi minimum ; 
    β = sudut pembias prisma

    b.  Bila sudut pembias kurang dari 15°
    Keterangan
    δ = deviasi minimum untuk b = 15° ; 
    n2-1 = indeks bias relatif prisma terhadap medium ; 
    β = sudut pembias prisma

    c. Pembiasan Cahaya Pada Lensa
    Apabila lensa tebal hanya memiliki sebuah permukaan, maka lensa tipis mempunyai dua buah permukaan dan tebal lensa dianggap nol. Lensa tipis merupakan benda tembus cahaya yang terdiri dari dua bidang lengkung atau satu bidang lengkung dan satu bidang datar.
    Ø Lensa cembung (lensa positif)
    Tiga sinar istimewa pada lensa Cembung
    Sinar datang sejajar sumbu utama lensa dibiaskan melalui titik fokus aktif F1
    Sinar datang melalui titik fokus pasif F2 dibiaskan sejajar sumbu utama
    Sinar datang melalui titik pusat optik O diteruskan tanpa pembiasan
    Ø  Lensa cekung (lensa negatif)
    Tiga sinar istimewa pada lensa cekung

    Sinar datang sejajar sumbu utama lensa dibiaskan seakan-akan berasal dari titik fokus aktif F1
    Sinar datang seakan-akan menuju titik fokus pasif F2 dibiaskan sejajar sumbu utama
    Sinar datang melalui titik pusat optik O diteruskan tanpa pembiasan
    Ø Rumus Lensa Tipis
    1/f = 1/So + 1/Si
    M = Si / So
    P = 1 / f
    Keterangan:
    So = jarak benda (m)
    Si = jarak bayangan (m)
    f = jarak fokus (m)
    M = Perbesaran linier bayangan
    P = Kuat lensa (dioptri)
    Rumus-rumus di atas dipergunakan dengan perjanjian sebagai berikut.
    1). Jarak fokus lensa bernilai:
    a). positif untuk lensa cembung, karena lensa cembung bersifat mengumpulkan cahaya.
    b). negatif untuk lensa cekung. karena lensa cekung bersifat menyebarkan cahaya.
    2). Untuk benda dan bayangan nyata, nilai So, Si, ho dan hi bernilai positif.
    3). Untuk benda dan bayangan maya, nilai So, Si, ho dan hi bernilai negatif.
    4). Untuk perbesaran bayangan maya dan tegak, nilai M positif
    5). Untuk perbesaran bayangan nyata dan terbalik, nilai M negatif.
    Persamaan Lensa Tipis
    Keterangan:
    f = jarak fokus (m)
    n1 = indeks bias medium disekitar lensa
    n2 = indeks bias lensa
    R1 = jari-jari kelengkungan permukaan 1
    R2 = jari-jari kelengkungan permukaan 2
    R1 dan R2 bertanda positif jika cembung
    R1 dan R2 bertanda negatif jika cekung
    Ø Pembiasan cahaya pada prisma dan kaca plan paralel
    a. kaca plan paralel
    Kaca plan paralel atau balok kaca adalah keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar


    Ø Persamaan pergeseran sinar pada balok kaca :

    Keterangan :
    d = tebal balok kaca, (cm)
    i = sudut datang, (°)
    r = sudut bias, (°)
    t = pergeseran cahaya, (cm)

    Alat-alat optik

    Ø Alat optik adalah alat-alat yang salah satu atau lebih komponennya menggunakan benda optik, seperti: cermin, lensa, serat optik atau prisma.
    Ø MATA
    Ø Mata merupakan salah satu contoh alat optik, karena dalam pemakaiannya mata membutuhkan berbagai benda-benda optik seperti lensa.
    Ø Kornea adalah bagian mata yang melindungi permukaan mata dari kontak dengan udara luar.
    Ø Iris adalah selaput tipis yang berfungsi untuk mengatur kebutuhan cahaya dalam pembentukan bayangan.
    Ø Lensa adalah bagian mata yang berfungsi untuk memfokuskan bayangan pada retina.
    Ø Retina berfungsi sebagai layar dalam menangkap bayangan benda, di tempat ini terdapat simpul-simpul syaraf optik.
    Ø Otot siliar berfungsi untuk mengatur daya akomodasi mata.
                                                                     
    1) Kamera
    Kamera merupakan alat optik yang dapat memindahkan/mengambil gambar dan menyimpannya dalam bentuk file, film maupun print-out. Kamera menggunakan lensa positif dalam membentuk bayangan. Sifat bayangan yang dibentuk kamera adalah nyata, terbalik, dan diperkecil.
    Ø Bagian-bagian dari kamera secara sederhana terdiri dari:
    1.  Lensa cembung
    2.  Film
    3.  Diafragman
    4.  Aperture  

    2)  Lup
    Lup  adalah alat optik yang memiliki fungsi untuk memperbesar bayangan benda. Lensa yang digunakan adalah lensa cembung. Bayangan yang dibentuk oleh lup memiliki sifat: maya, tegak, dan diperbesar.
    Ada dua cara bagaimana menggunakan lup yaitu:
    1. Dengan cara mata berakomodasi maksimum
    2. Dengan cara mata tidak berakomodasi
    Pada mata berakomodasi maksimum
    Ø  Perbesaran sudut atau perbesaran angular
    Teropong
    Teropong atau teleskop adalah sebuah alat yang digunakan untuk melihat benda-benda yang jauh sehingga tampak lebih jelas dan lebih dekat. Secara umum teropong terdiri atas dua buah lensa positif. Satu lensa mengarah ke obyek dan disebut lensa obyektif dan satu lensa mengarah ke mata dan disebut lensa okuler.
    Prinsip utama pembentukan bayangan pada teropong adalah: lensa obyektif membentuk bayangan nyata dari sebuah obyek jauh dan lensa okuler berfungsi sebagai lup. Panjang teropong adalah jarak antara lensa obyektif dan lensa okulernya.
    Ø  Teropong Bintang
    Teropong bintang digunakan untuk mengamati obyek-obyek yang ada di langit (bintang). Teropong bintang terdiri dari sebuah lensa cembung yang berfungsi sebagai lensa obyektif dengan diameter dan jarak fokus besar, sedangkan okulernya adalah sebuah lensa cembung dengan jarak fokus pendek.
    Ø  Teropong Bumi
    Teropong bumi digunakan untuk mengamati obyek-obyek yang jauh dipermukaan bumi. Teropong ini akan menghasilkan bayangan yang nampak lebih jelas, lebih dekat dan tidak terbalik. Teropong bumi terdiri dari tiga lensa positif dan salah satunya berfungsi sebagai pembalik bayangan.
    Ø  Teropong Panggung
    Teropong panggung adalah teropong yang mengkombinasikan antara lensa positif dan lensa negatif. Lensa negatif digunakan sebagai pembalik dan sekaligus sebagai okuler. Sifat bayangan yang terbentuk adalah maya,tegak, dan diperkecil.

    Mikroskop
    Mikroskop adalah alat yang digunakan untuk mengamati benda-benda kecil. Mikroskop yang paling sederhana menggunakan kombinasi dua buah lensa positif, dengan panjang titik fokus obyektif lebih kecil daripada jarak titik fokus lensa okuler.
    Pengamatan menggunakan mikroskop dengan mata berakomodasi maksimum.
    Perbesaran mikroskop pada pengamatan ini adalah:
    dan
    Keterangan:
    S(Ob) = Jarak benda lensa obyektif dalam meter
    S’(Ob) = Jarak bayangan lensa obyektif dalam meter
    PP = titik dekat pengamat dalam meter
    f(Ok) = panjang fokus lensa okuler dalam meter

    Pengamatan menggunakan mikroskop dengan mata tidak berakomodasi.
    Perbesaran mikroskop pada pengamatan ini adalah:
    keterangan:
    S(Ob) = Jarak benda lensa obyektif dalam meter

    S’(Ob) = Jarak bayangan lensa obyektif dalam meter
    PP = titik dekat pengamat dalam meter
    f(Ok) = panjang fokus lensa okuler dalam meter


    Panjang Mikroskop
    Panjang mikroskop diukur dari jarak antara lensa obyektif dan lensa okuler. Untuk masing-masing jenis pengamatan, panjang mikroskop dapat dihitung dengan cara yang berbeda.
    A.   Mata berakomodasi maksimum
    d = Si(Ob) + So(Ok)
    B.    Mata tak berakomodasi
    d = Si(Ob) + f(Ok)
    Keterangan:
    d = panjang mikroskop dalam meter
    Si(Ob) = jarak bayangan lensa obyektif dalam meter
    So(Ok) = jarak benda lensa okulerdalam meter
    f(Ok) = jarak fokus lensa okuler dalam meter

    PENERAPAN ALAT OPTIK

    Penerapan alat optik dalam kehidupan sehari-hari di antaranya kamera untuk memotret gambar, lup untuk melihat benda-benda agar terlihat lebih jelas/besar, mikroskop untuk mengamati sel atau jaringan yang tidak dapat teramati dengan mata telanjang..


    Thank you
Diposting oleh di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)