Modul 12. Fisika Dasar II

FOTOMETRI

I. Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa diharapkan dapat menganalisis dan menghitung besarnya

intensitas,fluks cahaya serta kuat penerangan.

II. Materi :

FOTOMETRI

2.1 Fluks Cahaya

2.2 Iluminasi ( Penerangan )

2.3 Intensitas Cahaya dari Sebuah Sumber Titik

2.4 Iluminasi yang dihasilkan oleh Sebuah Sumber Titik

2.5 Terang Cahaya ( Brightness )

III. Pembahasan

2.1 Fluks Cahaya

Energi radiasi atau energi radian yang dipancarkan persatuan waktu tergantung

pada temperatur dan permukaan benda yang memancarkan, karena pancaran

tersebut memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda. Energi radian yang

dipancarkan persatuan waktu disebut daya radian atau fluks radian. Bagian dari fluks

radian yang dapat mempengaruhi indra penglihatan disebut fluks cahaya.

Indra penglihatan timbul karena fluks cahaya memiliki tiga cirri, yaitu : warna,

penjenuhan dan terangnya cahaya.

Sumber titik Isotropik memancarkan cahaya yang sama besar ke semua jurusan.

Jumlah cahaya yang terlihat dan dipancarkan oleh suatu sumber yang dinyatakan

oleh fluks pancaran cahaya total F dari sumber.

Fluks pancaran cahaya total F = 4 I ( satuan fluks adalah Lumen atau Lm )

Fluks F yang meninggalkan sumber titik I melalui sudut ruang , dinyatakan

oleh :

F = I ( 12.1 )

Sudut ruang yang dilingkupi oleh suatu bola penuh yaitu 4 π steredian,maka akan

menghasilkan fluks yang besarnya ∆F = 4π Idari sumber titik.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB NURHASANAH

FISIKA II 1

2.2 Iluminasi ( Penerangan )

Jika fluks cahaya mengenai suatu permukaan, dikatakan permukaan tersebut

diterangi ( Gambar 12.1 ). Daerah seluas dA yang dikenai fluks cahaya dF, maka

iluminasi E pada titik tersebut, merupakan perbandingan dF dengan dA, yaitu :

( 12.2 )

dF

Gambar 12.1 Fluks cahaya yang jatuh

Pada suatu permukaan.

Jika permukaan A diterangi oleh fluks F secara merata, maka intensitas

penerangannya E = F / A. Dimana satuan E adalah lm/m2 adalah atau lux, atau lm/ft2

( 1 ft cadle = 10,76 lux )

Kekuatan penerangan yang paling maksimal adalah pada saat cahaya jatuh tegak

lurus pada suatu permukaan. Dan jika permukaan tidak tegak lurus, tetapi normal

permukaan membentuk sudut ө dengan arah fluks, maka tidak semua fluks dapat

menerangi permukaan. Keadaan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut :

E = E maks cos ө ( 12.3 )

Contoh 1 :

Sebuah lampu pijar 60 Watt memiliki intensitas sebesar 75 Cd. Tentukan Fluks

cahaya total yang dipancarkan cahaya tersebut dan tentukan efisiensi cahaya lampu

tersebut .

Penyelesaian:

F = 4 I = ( 4 sr ) ( 75 Cd ) = 942 Lm

Efisiensi cahaya =

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB NURHASANAH

FISIKA II 2

Contoh 2 : Suatu sumber titik isotropic 200 cd. Berapakah :

a. Fluks cahaya yang dipancarkan sumber tersebut

b. Fluks cahaya mengenai permukaan 2 cm2 pada meja yang terletak 80 cm

tepat di bawah sumber.

Penyelesaian :

a. F = 4 I = ( 4 sr ) (200 Cd ) = 2512 Lm

b. ( 2cm2/4 r2 )(2512 Lm ) = 0,0625 Lm

2.3 Intensitas Cahaya dari Sebuah Sumber Titik

Pada gambar 12.2 menunjukkan sumber titik cahaya yang memancarkan fluks

cahaya ke segala arah. Intensitas cahaya dalam arah kerucut merupakan

perbandingan fluks dF dengan sudut ruang d , atau sebagai fluks cahaya yang

dipancarkan persatuan sudut ruang.

dF

d

S

Gambar 12.2 Fluks yang memancarkan cahaya ke segala arah

Intensitas cahaya dinyatakan :

( 12.4.)

Satuan Intensitas cahaya adalah Lumen per steredian atau disebut candle.

Contoh 3:

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB NURHASANAH

FISIKA II 3

Lampu 120 watt memiliki intensitas penerangan sebesar 80 kandela. Tentukan fluks

cahaya total F yang dipancarkan oleh lampu tersebut dan tentukan efisiensi cahaya

lampu .

Penyelesaian ;

F = 4π I = ( 4 π steredian ) ( 80 kandela ) = 1.004,8 lm

Efisiensi cahaya lampu = 1.004,8 lm / 120 watt = 8,37 lm/watt

2.4 Iluminasi yang dihasilkan oleh Sebuah Sumber Titik

Jika da merupakan daerah luas suatu permukaan yang normalnya membentuk sudut

dan berjarak r dari sumber titik S. Bila I adalah intensitas sumber dalam arah

luasan dA, maka sudut yang dibentuk oleh dA terhadap sumber (Gambar 12.3)

adalah sebagai berikut :

Normal

S

dA

Gambar 12.3 Iluminasi suatu permukaan

Oleh sumber titik.

, maka ( 12.5 )

Contoh 4 :

Sebuah sumber titik cahaya diletakkan 2 meter dari sebuah layer. Pada layar

terdapat lubang berbentuk lingkaran dengan diameter 10 cm dan letak layar tegak

lurus pada garis yang menghubungkan pusat lubang sumber titik.

Pada kedudukan tersebut ternyata fluks cahaya dari sumber yang melalui lubang

sebesar 0,05 Lumen. Berapakah :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB NURHASANAH

FISIKA II 4

a. Sudut ruang yang dibentuk oleh lubang sumber ?

b. Intensitas sumber dalam arah lubang ?

c. Jumlah Lumen total yang dipancarkan sumber, jika sumber memancarkan

secara merata ke segala arah ?

Penyelesaian :

a. Besarnya sudut ruang yang dibentuk adalah :

b. Intensitas sumber dalam arah lubang :

c.

2.5 Terang Cahaya ( Brightness )

Terang cahaya ( e ) didefinisikan sebagai intensitas cahaya yang menembus tiap

satuan luas permukaan secara tegak lurus, dinyatakan sebagai berikut :

( 12.6 )

Satuan terang cahaya dinyatakan dalam Cd/m2 atau Stilb .

Jika sumber berupa titik cahaya dengan fluks tertentu, intensitas cahaya yang

dihasilkan tertentu pula. Cahaya yang dipancarkan sumber tersebut menyebar ke

segala arah, sehingga permukaan-permukaan yang ditembus secara tegak lurus

berupa permukaan-permukaan bola konsentris yang berpusat pada sumber titik

tersebut. Terang cahaya disuatu titik yang berjarak r dari sumber titik yang

menghasilkan intensitas I adalah :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB NURHASANAH

FISIKA II 5

( 12.7 )

Prinsip fotometri, jika dua sumber titik I1 dan I2 yang berjarak r1 dan r2 yang

menghantarkan fluks yang tegak lurus, maka kuat penerangan pada kedua sumber

adalah sama atau E1 = E2, maka :

I1 / I2 = r12 / r2

2 ( 12.8 )

I1 = Intensitas penerangan

r1 = jarak masing-masing sumber.

Contoh 5 :

Sebuah sumber titik memberikan penerangan 1000 Lux di titik A ( Gambar 12..4).

Berapakah :

a. Intensitas cahaya sumber tersebut

b. Intensitas penerangan di titik tersebut

c. Terang cahaya pada pusat titik A

.

Sumber

200 cm

100 cm Gambar 12.4 Cahaya jtuh tidak

tegak lurus

60o

A B

Penyelesaian :

a. atau

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB NURHASANAH

FISIKA II 6

b. Sudut yang terbentuk antara garis normal di B dan arah fluks 60o , maka

diperoleh :

c.

Contoh 6 :

Sebuah lampu yang tidak diketahui intensitasnya, jika terletak 100 cm dari alat ukur

cahaya yang menghasilkan intensitas penerangan yang sama seperti lampu standar

32 Cd pada jarak 70 cm. Berapakah intensitas lampu tersebut :

Penyelesaian :

atau

Contoh 7 :

Sebuah proyektor dengan intensitas penerangan 10.000 lm/m2 pada dinding yang

tegak lurus terhadap berkas pada jarak 3 m dari cahaya. Berapakah intensitas

sumber yang bersifat isotropik agar dapat memberi intensitas penerangan yang

sama pada jarak 3 m dari padanya .

Penyelesaian :

Sumber penerangan dengan arah tegak lurus :

E = I / r2 , maka E = I / r2

I = E r2 = ( 10.000 lm/m2 ) ( 3 m )2 = 90.000 lm/m= 9 x 104 cd

Tugas-tugas

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB NURHASANAH

FISIKA II 7

1. Tentukan penerangan permukaan pada jarak 7 m dari sumber 125 Cd.

a. Jika permukaan itu tegak lurus terhadap sinar cahaya.

b. Jika garis normal permukaan membentuk 15 o dengan sinar cahaya tersebut

2. Pada jarak berapakah dari layar lampu 27 Cd yang memberi kuat

penerangan yang sama dengan lampu 75 Cd pada jarak 15 m ?

3. Sebuah lampu pijar berkaca susu dapat dianggap sebagai sumber

isotropik. Lampu tersebut menghasilkan iluminasi sebesar 8 Lm/m2 pada

jarak 5 meter. Hitunglah :

a. Fluks cahaya total yang dikeluarkan lampu

b. Intensitas cahaya lampu

4. Jarak pisah antara lampu 60 Watt dengan sebuah benda yang tepat

berada dibawahnya adalah 60 cm. Berapa jauhkah lampu tersebut harus

diturunkan, sehingga intensitas penerangannya menjadi du kali.

Daftar Pustaka

1. Giancoli,’ Fisika 2 ‘ , Penerbit Erlangga,edisi ke lima, Jakarta,2001

2. Drs.Soeharto,’ Fisika Dasar II ‘, Pt Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1995

3. Frederick J.Bueche,’Fisika’, Edisi ke delapan, Erlangga,1997

1. Sutrisno dan Tan Ik Gie, Seri Fisika, “Fisika Dasar “ ITB, Bandung , 1979

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB NURHASANAH

FISIKA II 8