Social Icons

Sabtu, 19 Januari 2013

Optik Geometri dan Alat-alat Optik



Kalau kita membahas Optic berarti membahas tentang konsep cahaya. Teori Cahaya ada dua konsep fisika yang dipakai, yaitu Cahaya dianggap sebagai partikel dan Cahaya sebagai Gelombang. Optika adalah ilmu yang membahas tentang konsep cahaya sebagai gelombang. Optika dibagi menjadi Optika Geometri (pemantulan dan Pembiasan) dan Optika Fisis (Difraksi, interferensi atau polarisasi).

Terdapat tiga prinsip dalam Optika Geometri yaitu bentuk lintasan cahaya, Hukum Pemantulan dan Hukum Pmbiasan.

PEMANTULAN CAHAYA

Pada medium Homogen Cahaya merambat lurus. Pemantulan adalah pengembalian dari suatu berkas cahaya ketika bertemu dengan bidang batas antara dua medium.
Hukum Pemantulan.
Hukum Pemantulan menyatakan sebagai berikut :
  1. Sinar datang, sinar pantul, dan garsi Normal terletak dalam satu bidang datar.
  2. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)

  1. PEMANTULAN PADA CERMIN
  • Pemantulan PadaCermin datar
Cermin Lengkung
Alat-alat optik
Cermin dan lensa serta prinsip kerjanya memberikan sarana pemahaman bagi pemanfaatannya untuk mempermudah dan membantu kehidupan manusia. Alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip optik (cermin dan lensa) digolongkan sebagai alat optik.
Mata
Salah satu alat optik alamiah yang merupakan salah satu anugerah dari Sang Pencipta adalah mata. Di dalam mata terdapat lensa kristalin yang terbuat dari bahan bening, berserat, dan kenyal. Lensa kristalin atau lensa mata berfungsi mengatur pembiasan yang disebabkan oleh cairan di depan lensa. Cairan ini dinamakanaqueous humor. Intensitas cahaya yang masuk ke mata diatur oleh pupil.
Daya Akomodasi Mata.
Perlu diketahui bahwa jarak antara lensa mata dan retina selalu tetap. Sehingga dalam melihat benda-benda pada jarak tertentu perlu mengubah kelengkungan lensa mata. Untuk mengubah kelengkungan lensa mata, yang berarti mengubah jarak titik fokus lensa merupakan tugas otot siliar. Hal ini dimaksudkan agar bayangan yang dibentuk oleh lensa mata selalu jatuh di retina. Pada saat mata melihat dekat lensa mata harus lebih cembung (otot-otot siliar menegang) dan pada saat melihat jauh lensa harus lebih pipih (otot-otot siliar mengendor). Peristiwa perubahan-perubahan ini disebut daya akomodasi.
Daya akomodasi (daya suai) adalah kemampuan otot siliar untuk menebalkan atau memipihkan kecembungan lensa mata yang disesuaikan dengan dekat atau jauhnya jarak benda yang dilihat.
Manusia memiliki dua batas daya akomodasi (jangkauan penglihatan) yaitu :
1. titik dekat mata (punctum proximum) adalah jarak benda terdekat di depan mata yang masih dapat dilihat dengan jelas. Untuk mata normal (emetropi) titik dekatnya berjarak 10cm s/d 20cm (untuk anak-anak) dan berjarak 20cm s/d 30cm (untuk dewasa). Titik dekat disebut juga jarak baca normal.
2. titik jauh mata (punctum remotum) adalah jarak benda terjauh di depan mata yang masih dapat dilihat dengan jelas. Untuk mata normal titik jauhnya adalah “tak terhingga”.
Cacat Mata
Berkurangnya daya akomodasi mata seseorang dapat menyebabkan berkurangnya kemampuan mata untuk melihat benda pada jarak tertentu dengan jelas. Cacat mata yang disebabkan berkurangnya daya akomodasi, antara lain rabun jauh, rabun dekat dan rabun dekat dan jauh. Selain tiga jenis itu, masih ada jenis cacat mata lain yang disebut astigmatisma.
Cacat mata dapat dibantu dengan kacamata. Kacamata hanya berfungsi membantu penderita cacat mata agar bayangan benda yang diamati tepat pada retina. Kacamata tidak dapat menyembuhkan cacat mata. Ukuran yang diberikan pada kacamata adalah kekuatan lensa yang digunakan. Kacamata berukuran -1,5, artinya kacamata itu berlensa negatif dengan kuat lensa -1,5 dioptri.
Rabun jauh (miopi)

Rabun jauh yaitu mata tidak dapat melihat benda-benda jauh dengan jelas, disebut juga mata perpenglihatan dekat (terang dekat/mata dekat).
Rabun dekat (hipermetropi)
Rabun dekat tidak dapat melihat jelas benda dekat, disebut juga mata perpenglihatan jauh (terang jauh/mata jauh).
Mata tua (presbiopi)
Mata tua tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang sangat jauh dan benda-benda pada jarak baca normal, disebabkan daya akomodasi telah berkurang akibat lanjut usia (tua). Pada mata tua titik dekat dan titik jauh keduanya telah bergeser.
Astigmatisma (mata silindris)
Astigmatisma disebabkan karena kornea mata tidak berbentuk sferik (irisan bola), melainkan lebih melengkung pada satu bidang dari pada bidang lainnya. Akibatnya benda yang berupa titik difokuskan sebagai garis.
Kamera

Kamera digunakan manusia untuk merekam kejadian penting atau kejadian yang menarik.
Bagian-bagian kamera mekanik (bukan otomatis) menurut kegunaan fisis :
  • lensa cembung berfungsi untuk membentuk bayangan dari benda yang difoto
  • diafragma berfungsi untuk membuat sebuah celah/lubang yang dapat diatur luasnya
  • aperture yaitu lubang yang dibentuk diafragma untuk mengatur banyak cahaya
  • shutter pembuka/penutup “dengan cepat” jalan cahaya yang menuju ke pelat film
  • pelat film berfungsi sebagai layar penangkap/perekam bayangan.Setiap benda yang di foto, terletak pada jarak yang lebih besar dari dua kali jarak fokus di depan lensa kamera, sehingga bayangan yang jatuh pada pelat film memiliki sifat nyata, terbalik dan diperkecil. Untuk memperoleh bayangan yang tajam dari benda-benda pada jarak yang berbeda-beda, lensa cembung kamera dapat digeser ke depan atau ke belakang.
Lup (kaca pembesar)
Lup (kaca pembesar) dipakai untuk melihat benda-benda kecil agar tampak lebih besar dan jelas. Oleh tukang arloji, lup dipakai agar bagian jam yang diperbaikinya kelihatan lebih besar dan jelas.
Melihat dengan mata tak berakomodasi
Untuk melihat tanpa berakomodasi maka lup harus membentuk bayangan di jauh tak berhingga. Benda yang dilihat harus diletakkan tepat pada titik fokus lup. 

Keuntunganya adalah untuk pengamatan lama mata tidak cepat lelah, sedangkan kelemahannya dari segi perbesaran berkurang. Sifat bayangan yang dihasilkan maya, tegak dan diperbesar.
Perbesaran anguler yang didapatkan adalah :
M = PP/f
Keterangan :
M = perbesaran lup
PP= titik dekat mata
f = jarak titik fokus lensa
Melihat dengan mata berakomodasi
Agar mata dapat melihat dengan berakomodasi maksimum, maka bayangan yang dibentuk oleh lensa harus berada di titik dekat mata (PP). Benda yang dilihat harus terletak antara titik fokus dan titik pusat sumbu lensa.

Kelemahannya untuk pengamatan lama mata cepat lelah, sedangkan keuntungannya dari segi perbesaran bertambah.
Sifat bayangan yang dihasilkan maya, tegak dan diperbesar.
Perbesaran anguler yang didapatkan adalah :
M = PP/f + 1
Keterangan :
M = perbesaran lup
PP= titik dekat mata
f = jarak titik fokus lensa
Mikroskop
Penggunaan lup untuk mengamati benda-benda kecil ada batasnya. Jika kita menggunakan lup yang berjarak fokus kecil untuk mendapatkan perbesaran yang lebih besar, bayangan yang diperoleh tidak sempurna.
Dalam subbab ini akan dipelajari mikroskop cahaya yang proses kerjanya memanfaatkan lensa cembung dengan menerapkan pembiasan cahaya.
Dasar kerja mikroskopObyek atau benda yang diamati harus diletakkan di antara Fob dan 2Fob, sehingga lensa obyektif membentuk bayangan nyata, terbalik dan diperbesar. Bayangan yang dibentuk lensa obyektif merupakan benda bagi lensa okuler. Lensa okuler berperan seperti lup yang dapat diatur/digeser-geser sehingga mata dapat mengamati dengan cara berakomodasi atau tidak berakomodasi.Pengamatan dengan akomodasi maksimum
Untuk pengamatan dengan akomodasi maksimum, maka bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler harus jatuh pada titik dekat mata (PP)Perbesaran yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa obyektif dan lensa okuler yaitu:
M = Moby x Mok
M = (Si/So) x (PP/f okuler + 1)
Pengamatan dengan mata tidak berakomodasi
Untuk pengamatan dengan mata tidak berakomodasi, maka bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler harus berada pada titik jauh mata.Perbesaran yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa obyektif dan lensa okuler yaitu:
M = Moby x Mok
M = (Si/So) x (PP/f okuler)
Panjang Mikroskop
Panjang mikroskop adalah jarak lensa obyektif terhadap lensa okuler dirumuskan :
Untuk mata berakomodasi
d = Si (ob) + So (ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif
So (ok) = jarak benda lensa okuler
Untuk mata tidak berakomodasi
d = Si (ob) + f (ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif
f (ok) = jarak fokus lensa okuler
Teropong (Teleskop)
A. Teropong bintang
Teropong bintang disebut juga teropong astronomi.
- terdiri dari 2 buah lensa cembung.
- jarak fokus lensa obyektif lebih besar dari jarak fokus lensa okuler.
Penggunaan dengan mata tidak berkomodasi
Untuk penggunaan dengan mata tidak berkomodasi, bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh di titik fokus lensa okuler.
Perbesaran anguler yang diperoleh adalah :
M = f (ob) / f (ok)
Panjang teropong adalah :
M = f (ob) + f (ok)
Penggunaan dengan mata berkomodasi maksimal
Untuk penggunaan dengan mata berkomodasi maksimal bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh diantara titik pusat bidang lensa dan titik fokus lensa okuler.
Perbesaran anguler dapat diturunkan sama dengan penalaran pada pengamatan tanpa berakomodasi dan didapatkan :
M = f (ob) / So (ok)
Panjang teropong adalah :
M = f (ob) + So (ok)
B.  Teropong Bumi
Teropong bumi disebut juga teropong medan.
Terdiri dari 3 buah lensa cembung yaitu lensa obyektif, lensa okuler dan lensa pembalik.
Dengan adanya lensa pembalik panjang teropong dirumuskan menjadi :
d = f (ob) + 4f (pembalik) + f (ok)
Lensa pembalik berfungsi untuk membalikkan arah cahaya sebelum melewati lensa okuler, lensa okuler berfungsi seperti lup membentuk bayangan bersifat maya, tegak, dan diperbesar.Adanya lensa pembalik tidak mempengaruhi perbesaran akhir, bayangan akhir bersifat maya, tegak dan diperbesar dengan perbesaran :
M = d = f (ob) / f (ok)
C. Teropong prisma (binokuler)
Teropong prisma terdiri atas dua pasang lensa cembung (sebagai lensa objektif dan lensa okuler) dan dua pasang prisma kaca siku-siku samakaki. Sepasang prisma yang diletakkan berhadapan, berfungsi untuk membelokkan arah cahaya dan membalikkan bayangan.
Beberapa keuntungan praktis dari teropong prisma dibandingkan teropong yang lain :
1. Menghasilkan bayangan yang terang, karena berkas cahaya dipantulkan sempurna oleh bidang-bidang prisma.
2. Dapat dibuat pendek sekali, karena sinarnya bolak-balik 3 kali melalui jarak yang sama (dipantulkan 4 kali oleh dua prisma).
3. Daya stereoskopis diperbesar, dua mata melihat secara bersamaan
4. Dengan adanya prisma arah cahaya telah dibalikkan sehingg terlihat bayangan akhir bersifat maya, diperbesar dan tegak.
D. Teropong pantul astronomi .
Teropong pantul terdiri dari sebuah cermin cekung berjarak fokus besar sebagai cermin objektif, sebuah lensa cembung sebgai lensa okuler dan sebuah cermin datar sebagai pembelok arah cahaya dari cermin objektif ke lensa okuler.
E. Teropong panggung
Teropong panggung terdiri dari dua lensa, yaitu :
- lensa obyektif berup lensa cembung
- lensa okuler berupa lensa cekung
maka panjang teropong adalah :
d = f (ob) – f (ok)Perbesaran anguler yang didapatkan adalah sama dengan perbesaran pada teropong bintang ataupun juga teropong bumi.
M = f (ob) / f

1. Optika Geometri (membahas fenomena pemantulan dan pembiasan)
2. Optika Fisis (membahas fenomena polarisasi, difraksi dan interferensi)

Seperti telah diketahui cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang bergerak dengan kecepatan tiga ratus ribu kilometer tiap detik dalam ruang hampa udara ( tanpa medium ).  Kita dapat melihat benda-benda disekitar karena pantulan cahaya dari benda itu.
Yang dibahas :
1.                   cermin (datar, cekung,cembung)
2.                   lensa (tebal,tipis)
3.                   prisma.









Maya artinya :  tidak bisa ditangkap layar, dibelakang cermin
Nyata artinya : bisa ditangkap layar, di depan cermin

Persamaan umum cermin :









  f = ½ R

s    = jarak benda ke cermin
s’   = jarak bayangan ke cermin
f     = jarak titik fokus
R    = jari-jari kelengkungan
M = perbesaran bayangan = magnify
h    = tinggi benda
h’ = tinggi bayangan

3 sinar istimewa pada cermin cekung :
  1. sinar // sbut dipantulkan ke fokus
  2. sinar dari fokus dipantulkan // sbut
  3. sinar melewati R dipantulkan kembali ke R.

Langkah2 menggambar ;
1 Sumbu utama,
2 Cermin,
3 tentukan titik R pada sumbu utama
4 tentukan titik F,
5 tentukan tinggi dan posisi benda s,
6 gambarkan dua Sinar Istimewa,
7 temukan ketemu s’

LKS :  dikerjakan dan ditulisk

Sebuah benda tingginya 2 cm terletak 4 cm didepan cermin datar.
a. tentukan letak bayangan dengan menggunakan gambar (hk pemantulan)
b. tentukan letak bayangan dengan menggunakan metode rumus
c.  sifat bayangan.

Sebuah benda tingginya 1 cm terletak 2 cm didepan cermin cekung yang mempunyai jari-jari kelengkungan 6.
d.  tentukan letak bayangan dengan menggunakan gambar (hk pemantulan)
e.  tentukan letak bayangan dengan menggunakan metode rumus
f.   sifat bayangan.

 
Sebuah benda tingginya 2 cm terletak 4 cm didepan cermin cembung
g. tentukan letak bayangan dengan menggunakan gambar (hk pemantulan)
h. tentukan letak bayangan dengan menggunakan metode rumus
i.  sifat bayangan.


Cermin Cembung
Disebut pula cermin negatif
Bersifat divergen (menyebarkan cahaya)
Sifat bayangan yang dibentuk :
- selalu maya
- selalu diperkecil
- selalu dibelakang cermin

”sinar-sinar sejajar sumbu utama cermin cembung dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus di belakang cermin”
”sinar-sinar menuju pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali berimpit dengan sinar datang”

Contoh soal.
Sinar-sinar sejajar sumbu utama pada cermin cembung dipantulkan seolah-olah berasal dari sebuah titik yang teletak 1 meter di belakang cermin, jika benda yang tingginya 2 meter terletak 4 meter di depan cermin, tentukanlah
- letak bayangan
- tinggi bayangan
- perbesaran

PEMBIASAN ;

Proses perubahan arah cahaya karena melewati dua medium yang berbeda kerapatan optiknya.

Kerapatan optik dinyatakan dengan indeks bias.  Indeks bias terbagi menjadi dua indeks bias mutlak dan indeks bias relatif.

Indeks bias mutlak :





.nx  = indek bias mutlak medium
.c   = cepat rambat cahaya di ruang hampa
.c   = 3 x 108 m/s
.vx  = kecepatan cahaya dalam medium

Indeks bias relatif :




n  = indek bias mutlak medium
c  = kecepatan cahaya di ruang hampa 3x108  m/s
v  = kecepatan cahaya dalam medium
n1-2 =  indek bias relatif med 1 thd med 2
n2-1 =  indek bias relatif med 2 thd med 1

Hukum pembiasan (Willebrord Snellius)  1621
I.   sinardatang, sinar bias, garisnormal, bidang batas terletak pada satu bidang datar
II.  dua poin yaitu :               
Ø  sinar dari medium rapat ke renggang dibiaskan menjauhi garis normal
Ø  dari renggang ke rapat dibiaskan mendekati garis normal












n1 = indek bias mutlak medium pertama
n2 = indek bias mutlak medium kedua
q1  = sudut datang
q2 = sudut bias
Contoh soal : (pr)
1.    Kecepatan cahaya di dalam kaca 2 x  108 m/s berapakah indek bias mutlak kaca?
2.    Berapa indeks bias relatif kaca terhadap air ?
3.    Berapa indeks bias relatif air terhadap kaca ?
4.    Sudut seberkas sinar datang dari udara ke air sebesar 45° terhadap garis normal, tentukan besar sudut biasnya jika indek bias mutlak air 4/3 .
5.    Kecepatan cahaya di dalam kaca 1,5 x  108 m/s berapakah indeks bias mutlak kaca?

Pemantulan sempurna ;
Syarat terjadi pemantulan sempurna adalah :
1.sinar datang dari medium rapat ke renggang
2.sudut datang lebih besar sudut batas, yang dimaksud sudut batas adalah sudut datang yang menyebabkan sinar tidak dibiaskan atau tidak dipantulkan.
3.Sudut kritis atau sudut batas yaitu, sudut datang yang menghasilkan sinar tidak dibiaskan atau tidak dipantulkan (teta 2 = 90 derajat)

LENSA TEBAL

Yaitu medium dengan indeks bias tertentu dan jari-jari tertentu.
Persamaan pembentukan bayangan pada lensa tebal sebagai berikut :











.nm    = indeks bias medium
.nL      = indeks bias lensa
.s      = letak benda
.s’     = letak bayangan
.R     = jari-jari
.f      = jarak fokus
 LENSA TIPIS

Lensa tipis mempunyai bagian-bagian tertentu yaitu pusat lensa (vertex), terdapat dua jari-jari kelengkungan dan dua titik fokus. Harga jari-jari tergantung jenis lensanya.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  
Persamaan pembuatan lensa tipis sebagai berikut ;








Sedangkan persamaan pembentukan bayangan pada lensa tipis sama dengan cermin.
jika letak bayangan dan benda sepihak maka bayangan maya
jika letak bayangan dan benda tidak sepihak maka bayangan nyata (bisa ditangkap layar)








Lensa tipis mempunyai kekuatan lensa, kekuatan lensa dengan satuan dioptri berbanding terbalik dengan jarak fokus. Semakin kecil jarak fokus maka semakin kuat lensa itu.







.p = kuat lensa (dioptri)
.f = jarak fokus dalam meter
.1 = satu



Soal :

1. Lensa bikonveks terbuat dari kaca dengan indeks bias mutlak 1,5. jika indeks bias medium udara   1   tentukan jarak fokus lensa bila jari-jari kelengkungan 15 cm.

2. Tentukan jarak fokus lensa pada nomer 1 diatas jika lensa dimasukkan dalam medium air yang indek biasnya 4/3.

3. Lensa bikonkaf terbuat dari intan dengan indeks bias 2. Jika jari jari kelengkungannya 3cm, tentukan jarak fokus lensa di udara.

4. Tentukan jarak fokus lensa jika lensa dimasukkan dalam air.

5. Lensa Plankonkaf mempunyai jari-jari 5 cm, tentukan jarak fokus lensa tersebut jika lensa terbuat dari kaca.

6. Sebuah benda terletak 10 cm didepan lensa bikonveks yang mempunyai jarak fokus 15 cm. Tentukan letak bayangan dan sifat bayangan yang terjadi.

7. Tentukan jarak benda jika bayang terjadi 5 cm dibelakang lensa yang terbuat dari kaca dengan jarak fokus 10 cm.

PEMANTULAN
 Pembentukan Cahaya Oleh Cermin Datar Pada permukaan benda yang rata seperti cermin datar, cahaya dipantulkan membentuk suatu pola yang teratur. Sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan cermin dipantulkan sebagai sinar-sinar sejajar pula. Akibatnya cermin dapat membentuk bayangan benda. Pemantulan semacam ini disebut pemantulan teratur atau pemantulan biasa.
Pembentukan Bayangan Oleh Cermin Cekung
pembentukan bayangan oleh cermin cekung mematuhi hukum-hukum pemantulan cahaya. Untuk dapat melukis bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung biasanya digunakan tiga sinar istimewa. Sinar istimewa adalah sinar datang yang lintasannya mudah diramalkan tanpa harus mengukur sudut datang dan sudut pantulnya. Tiga sinar istimewa itu adalah,
1. Sinar yang melalui pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan melalui pusat kelengkungan itu lagi.
Sinar yang melewati titik pusat kelengkungan akan dipantulkan cermin cekung melewati titik tersebut.
2.Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui fokus utama.
Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui fokus utama
3.Sinar yang melalui fokus utama akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
Sinar yang melalui fokus utama dipantulkan sejajar sumbu utama.
Pembentukan Bayangan Oleh Cermin Cembung                                                Sama dengan cermin cekung, cermin cembung juga mempunyai tiga sinar istimewa. Karena jarak fokus dan pusat kelengkungan cermin cembung berada di belakang cermin maka ketiga sinar istimewa pada cermin cembung tersebut adalah :
1.Sinar yang datang menuju pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali
2.Sinar yang datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah dari fokus
3.Sinar yang datang menuju fokus akan di pantulkan sejajar sumbu utama
Refraction ( Pembiasan )
Refraction is the bending direction of propagation of light.

| LG |

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar