CAHAYA DAN ALAT OPTIK

Pengertian Cahaya

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kecepatan cahaya di ruang hampa 300.000 km/s. Cahaya merambat lurus. Benda-benda yang mengeluarkan cahaya

disebut sumber cahaya.Benda-benda yang tidak mengeluarkan cahaya disebut benda gelap. Apabila seberkas cahaya mengenai benda gelap, akan terjadi tiga hal ;

diserap, dipantulkan, dan diteruskan. Benda gelap yang dapat meneruskan hampir seluruh cahaya yang diterima disebut benda bening. Contohnya; kaca, air, dan

plastic.

Sumber cahaya benda gelap penumbra

umbra

penumbra

Umbra adalah daerah gelap dibelakang benda yang tidak menerima cahaya sama sekali.

Penumbra adalah daerah gelap dibelakang benda yang masih sedikit menerima cahaya (daerah remang-remang).

Pemantulan Cahaya

Hukum pemantulan cahaya :

Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.

Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r).

Bidang pantul

i r

Sinar datang garis normal sinar pantul

Berdasarkan halus kasarnya permukaan bidang pantul, pemantulan cahaya dibedakan menjadi : pemantulan regular dan pemantulan difuse.

Pemantulan regular pemantulan difuse

Sinar-sinar pantul pada pemantulan regular sejajar kaena disebabkan permukaan bidang pantul yang rata (halus). Sinar-sinar pantul pada pemantulan difuse arahnya

acak karena disebabkan oleh permukaan bidang pantul yang tidak rata (kasar).

Pemantulan cahaya pada cermin datar

Cermin adalah benda gelap yang dapat memantulkan hampir seluruh cahaya yang diterimanya. Cermin terbuat dari kaca yang salah satu permukaannya dilapisi dengan

amalgam perak.

Beberapa sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar:

1. Maya, karena terbentuk oleh perpanjangan sinar-sinar pantul.

2. Jarak benda (S) sama dengan jarak bayangan (S’).

3. Perbesaran bayangan (M) = 1 ( M = S’/S = h’/h = 1)

4. Tinggi benda (h) = tinggi bayangan (h’).

5. Tertukar sisi, sebelah kiri benda menjadi sebelah kanan bayangan, dan sebelah kanan benda menjadi sebelah kiri bayangan.

N

h h’

S S’

N

Jika dua cermin datar membentuk sudut α satu sama lain, maka jumlah bayangan yang dibentuk dirumuskan n = (360o/α ) – 1

n = banyaknya bayangan yang dibentuk α = sudut antara 2 cermin.

Cermin 1

B A

90o

Bayangan Cermin 2

cermin 2

D C

bayangan cermin 1

A = benda

B = bayangan benda oleh cermin 1

C = bayangan benda oleh cermin 2

D = bayangan benda oleh bayangan cermin 1 dan 2

Jika 2 cermin datar saling tegak lurus (90o) maka bayangan yang terbentuk :

n = (360/90) – 1

= 4 – 1

= 3 bayangan.

Pemantulan pada cermin cekung

f

Sumbu utama

P F O

R

P = titik pusat kelengkungan cermin

F = titik focus

O = titik pusat bidang cemin

f = jarak focus

R = jari-jari cermin

R = 2 f atau f = ½ R

Sinar-sinar istimewa pada cermin cekung :

1. Sinar sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik focus.

P F O

2. Sinar yang melalui titik focus dipantulkan sejajar sumbu utama.

P f O

3. Sinar yang melalui titik pusat kelengkungan cermin dipanmtulkan kembali melalui titik tersebut.

P f O

Untuk melukis bayangan di depan cermin cekung minimal harus digunakan 2 sinar istimewa. Contoh :

S

h

P f O

h’

S’

Sifat bayangannya adalah nyata, terbalik, dan lebih besar.

Pada cermin cekung berlaku persamaan :

1. 1/f = 1/S + 1/S’ atau 2/R = 1/S + 1/S’

2. M = S’/S = h’/h

= tanda mutlak yang menyatakan harga M selalu positif.

Pemantulan cahaya pada cermin cembung

3.

1.

O F P

2.

Sinar istimewa pada cermin cembung :

1. Sinar menuju titik focus dipantulkan sejajar sumbu utama.

2. Sinar sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik focus.

3. Sinar menuju titik pusat kelengkungan cermin dipantulkan kembali seolah –olah berasal dari titik tersebut.

Bayangan benda yang dibentuk cermkin cembung selalu bersifat maya, tegak, dan lebih kecil.

h h’

S O S’ F P

Karena titik focus dan titik pusat kelengkungan cermin dibelakang cermin, maka jarak focus (f) dan jari-jari cermin (R) nilainya negative (-). Jadi persamaan pada

cermin cembung :

1. – 1/f = 1/S + 1/S’ atau - 2/R = 1/S + 1/S’

2. M = h/h’ = S/S’

Pembiasan Cahaya

Pembiasan cahaya disebabkan oleh perbedaan kerapatan medium. Jika cahaya merambat dari :

1. Medium renggang ke medium rapat, maka cahaaya akan dibiaskan mendekati garis normal.

2. Medium rapat ke medium renggang, maka cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal.

A N N

B

Udara i r

i

Air r

A

B

A = sinar datang B = sinar bias N = garis normal i = sudut datang r = sudut bias

Perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam suatu medium disebut indeks bias medium (n) dan dirumuskan n = c / cn

n = indeks bias medium c = 3 x 108 m/s cn = kecepatan cahaya dalam medium

Hukum Snellius :

1. Sinar dating, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.

2. Perbandingan proyeksi sinar datang dan proyeksi sinar bias pada bidang batas antara dua medium merupakan bilangan tetap. Bilangan tetap itu

didefinisikan sebagai indeks bias.

udara

n = EO/TO kaca ∆

Pembiasan cahaya dari medium rapat ke medium renggang

Udara r r=90o

air y

i<φ i=φ i>φ

Sudut batas (φ) yaitu sudut datang yang memiliki sudut bias 90o

Jika sudut datangnya melebihi sudut batas maka tidak terjadi pembiasan, tetapi terjadi pemantulan sempurna. y suduit pantul = i>φ(sudut datang).

Pembiasan pada Prisma

β

r’ δ

i’

i r

δ

sudut sinar datang dari udara ke pisma (i), sudut sinar datang dari prisma ke udara (i’), sudut sinar bias dari udara ke prisma (r), sudut sinar bias dari prisma ke udara

(r’), sudut pembias prisma (β ), dan sudut deviasi (δ ).

Pada prisma berlaku persamaan δ= i + r’ – β

Jika i = r’ maka sudut deviasinya disebut deviasi minimum(δmin).

Sudut deviasi minimum dirumuskan δmin = 2i – β atau δmin = 2r’ – β

Pembiasan pada lensa cembung

Tiga sinar istimewa pada lensa cembung :

P1 F1 O F2 P2

1.

2.

3.

1. Sinar sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik focus.

2. Sinar yang melalui titik fous dibiaskan sejajar sumbu utama.

3. Sinar yang melalui pusat bidang lensa tidak mengalami pembiasan.

Lensa cembung disebut juga lensa positif(+). Untuk melukis bayangan pada lensa cembung minimal harus digunakan 2 sinar istimewa.

S +

h

P1 F1 O F2 P2

S’ h’

Pembiasan pada lensa cekung 1

Tiga sinar istimewa pada lensa cekung

2

P1 F1 O F2 P2

3

1. Sijar sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik focus

2. Sinar menuju titik focus dibiaskan sejajar sumbu utama

3. Sinar yang melalui titik pusat bidang lensa, tidak dibiaskan.

Lensa cekung disebut juga lensa negative (-). Cara melukis bayangan pada lensa cekung:

P1 F1 O F2 P2

Pada lensa cembung berlaku persamaan:

1/f = 1/S + 1/S’ dan M = S’/S = h’/h

Pada lensa cekung berlaku persamaan :

-1/f = 1/S + 1/S’ dan M = S’/S = h’/h