Cahaya Dan Optika

CAHAYA DAN OPTIKA KELOMPOK 1

A. CAHAYA1. Sifat-Sifat Cahaya

Ilmu yang mempelajari tentang cahaya dan cara pemanfaatannya disebut dengan optika. Cahaya merupakan sesuatu yang sangat unik, karena sifatnya yang muncul dapat berupa gelombang dan partikel. Sifat tersebut dinamakan sifat dualisme gelombang.Menurut Christian Huygens cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang merambat tanpa memerlukan medium. Misalnya , cahaya matahari dapat sampai ke bumi walaupun antara matahari dan bumi merupakan ruang yang hampa udara.

Sifat-sifat cahaya :a. Dapat mengalami pemantulan (refleksi)b. Dapat mengalami pembiasan (refraksi)c. Dapat dipadukan (interferensi)d. Dapat mengalami pelenturan (difraksi)e. Dapat mengalami penyerapan (polarisasi).

2. Pemantulan cahayaPemantulan teratur yaitu bila cahaya mengenai permukaan yang datar. Sedangkan pemantulan berbaur yaitu cahaya mengenai permukaan tidak rata.

a. Hukum pemantulan

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

b. Sudut datang = sudut pantul (i=r)

b. Pemantulan pada cermin datar Cermin adalah permukaan yang mampu memantulkan lebih dari 95% cahaya

yang mengenainya. Permukaan seperti itu dapat berupa logam misalnya dilapisi amalgam raksa. Cermin datar memiliki permukaan yang datar oleh karena itu permukaan yang terjadi pada cermin datar adalah pemantulan teratur. lihat gambar dibawah ini adalah Proses Pembentukan bayangan pada sebuah Titik A. untuk membentuk bayangan A’ digunakan dua buah sinar (boleh lebih dari 2) yang berasal dari titik A yang menuju cermin datar.

- Sinar 1 jatuh pada cermin pada titik P1 dengan sudut datang i1 dan sudut pantul r2.

- Sinar 2 jatuh pada cermin pada titik P2 dengan sudut datang i2 dan sudut pantul r2.

- Perpanjangan sinar pararel 1 dan sinar pantul 2 ke belakang cermin (garis putus-putus) akan didapat sebuah titik A’. titik A’ itulah bayangan dari titik A yang ada didepan cermin.

1


Dengan cara yang sama, bayangan benda dua dimensi atau tiga dimensi dapat dibentuk dengan cara menentukan bayangan dari titik-titik yang ada pada benda tersebut, kemudian menggabungkannya. Semakin banyak titik dipantulkan semakin bagus bayangan yang terbetuk. Gambar disamping adalah Proses Pembentukan bayangan dari sebuah benda dua dimensi.

Sifat-sifat bayangan pada cermin datar adalaha. Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin.b. Tinggi bayangan sama dengan tinggi benda (ukuran bayangan

sama dengan ukuran benda).c. Bayangan tegak.d. Bayangan benda bersifat maya atauu berada dibelakang cermin.

Bayangan pada cermin datar mengalami pembalikan sisi. Bagian kiri benda menjadi bagian kanan bayangan. Sebaliknya bagian kanan benda menjadi bagian kiri bayangan. Peristiwa pembalikan sisi disebut dengan lateral inversion.

1) Bayangan nyata dan bayangan mayaBayangan nyata adalah bayangan yang terbentuk dari perpotongan langsung sinar-sinar pantul cahaya. Sedangkan bayangan nyata adalah bayangan yang terbentuk dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar pantul cahaya.Contoh soal :Naura akan memasang cermin dikamarnya, bearapakah panjang minimun cermin yang harus dipasang agar naura dapt meilhat seluruh tubunhya yang tingginya h meter ?Jawab :

BF=12

AE+EG

¿ 12( AE+EG )

¿ 12

AG

¿ 12

h

2) Jumlah bayangan yang terbentuk oleh dua cermin datar

n=3600

a−1

Ket : n = jumlah bayangan α= sudut antara dua buah cermin

Contoh soal :Dua buah cermin disusun berhadapan dengan membentuk sudut 450. Jika dihadapan dua cermin disimpan sebuah kelereng. Ada berapakah jumlah bayangan kelereng tersebut ?Jawab : α=450

n=3600

450 −1

¿8−1=7 c. Pembentukan bayangan pada cermin lengkung

Selain dari cermin datar terdapat pula cermin lengkung yaitu cermin yang permukaan pantulnya berbentuk lengkungan. Bentuk lengkungan dapat berupa afetik (lengkung bola), parabola, dan hiperbola.

2


Cermin lengkung sferis terdiri dua macam yaitu cermin cembung dan cermin cekung.

1) Pembentukan bayangan pada cermin cembungCermin cembung adalah cermin yang memiliki permukaan cembung. Cermin ini memiliki sifat diveregen yaitu bersifat menyebarkan sinar yang datang padanya. Pada cermin cembung terdapat tiga sinar istimewa yaitu :a. Sinar datang yang sejajar sumbu utama dipantulkan

seolah-olah datang dari titik fokus.b. Sinar datang yang menuju titik fokus dipantulkan

sejajar sumbu utama.c. Sinar datang yang menuju titik pusat dipantulkan

seolah-olah berasal dari titik pusat juga.Sifat-sifat cermin cembung adalah a. Bayangan selalu berada di belakang cermin atau

bayangan bersifat maya.b. Bayangan bersifat tegak.c. Bayangan berukuran lebih kecil dari pada bendanya.

2) Pembentukan bayangan pada cermin cekungCermin cekung bersifat konvergen atau mengumpulkan cahaya. Contohnya : permukaan sendok bagian dalam.Pada cermin cekung terdapat tiga sinar istimewa yaitu :a. Sinar yang datang sejajar sumbu utama dipantulkan

melalui titik fokus cermin.b. Sinar yang datang melalui titik fokus dipantulkan

sejajar sumbu utama.c. Sinar yang datang melalui pusat kelengkungan

dipantulkan melalui titik pusat kelengkungan juga.

Untuk melukiskan bayangan pada cermin cekung dapat digunakan dua sinar sitimewa misalnya anda gunakan sina a dan sinar b. Gambar 6.9 menunjukan bagaimana pembentukan bayangan diruang III pada cermin cekung.

Terdapat cara praktis untuk memuahkan penentuan letak dan sifat bayangan pada cermin cekung yaitu dengan cara membagi garis sumbu cermin menjadi empat nomor ruang. Berdasarkan gambar disamping terlihat bahwa :a. Ruang I terletak dibelakang cermin.b. Ruang II terletak antara titik fokus dan pusat

kelengkungan. c. Ruang III terletak antara titik pusat

kelengkungan sampai jarak tak hingga dari cermin.

3


d. Ruang IV merupakan ruang maya yang ada dibelakan cermin.

Letak ruang bayangan dapat ditentukan dengan memerhatikan bahwa jumlah letak ruang benda dengan letak bayangan harus menghasilkan angka 5. Oleh karena itu, didapat :a. Jika bayangan berada diruang I maka bayangan benda pada ruang IV.

Sifat bayangan adalah :- Maya karena terletak dibelakang cermin.- Diperbesar karena dari ruang nomor kecil (I) ke ruang nomor (IV).- Tegak.

b. Jika bayangan berada diruang II maka bayangan benda pada ruang III.Sifat bayangan adalah- Nyata kareana berada di depan cermin.- Diperbesar karena berasal dari nomor ruang kecil (II) ke ruang nomor besar

(III).- Terbalik.

c. Jika bayangan berada diruang III maka bayangan benda pada ruang II.Sifat bayangan adalah- Nyata karena berada di depan cermin.- Diperkecil kareana berasal dari nomor ruang besar (III) ke ruang nomor

kecil (II).- Terbalik.

d. Jika benda berada titik pada fokud maka bayangan benda pada berada jarak tak hingga di depan cermin. Sebaliknya, jika benda berada ditempat tak hingga bayangannya berada di titik fokus.

e. Jika bayangan berada diruang I maka bayangan benda pada ruang IV.Sifat bayangan adalah- Nyata.- Sama besar dengan benda.- Terbalik.

Contoh soal :Sebuah benda berada di ruang I cermin cekung, dimanakah letak bayangan

benda tersebut, bagaimana pula sifat bayangannya? Jika benda diubah posisinya menjadi di ruang II, dimanakah letak bayangan benda sekarang dan bagaimana pula sifat bayangannya?Jawab :Ketika berada di ruang ILetak bayangan : V – I = IVLetak bayangan benda di ruang IVSifat bayangan : maya, diperbesar, dan tegak. Proses pembentukan bayangan benda di ruang IKetika berada di ruang IILetak bayangan : V – II = IIILetak bayangan benda di ruang IIISifat bayangan : nyata, diperbesar, dan terbalik. Proses pembentukan bayangan benda di ruang II.

3) Perhitungan pada pembentukan bayangan pada cermin cembung dan cermin cekung1s+ 1

s '= i

f

4


f =12

R ↔ R=2 f

1s+ 1

s '= 2

R

Persamaan (6-2), (6-3),(6-4) berlaku pada cermin cembung dan cermin cekung.Namun perlu diperhatikan beberapa perjanjian berikut ini :

1) Untuk cermin cembung : harga f dengan harga R selalu negatif.2) Untuk cermin cekung : harga f dengan harga R selalu positif.

Bayangan yang dibentuk oleh cermin lengkung dapat mengalami pembesaran atau pengecilan. Ukuran pembesaran atau pengecilan bayangan tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan pembesaran bayangan berikut ini :

M=h'

h= s '

s

Ket : M = pembesaran bayangan, h'= tinggi bayangan, h = tinggi benda

Contoh soal :1. Sebuah cermin cekung memiliki jari-jari kelengkungan 2m. Sebuah benda

diletakkan pada jarak 1,5m dari cermin dan tinggi benda 5cm. Hitunglah letak tinggi dan perbesaran bayangan.

Jawab :

Dik : s = 1,5 m R=2m → f =12

( R )=12

(2 )=1m

h = 5 cmR = 2 m

Dit : a. s' b. M c. h'

Jawab :a. Dengan menggunakan persamaan (6-2) diperoleh

1s+ 1

s '= i

f

11,5

+ 1

s'= i

1

1

s '=1

1− i

1,5

1

s '=1−2

3

1

s '=1

3→ s'=3 m

b. M=|s'

s|=h'

h,| 3

1,5|=h'

h,|2|=h'

hc. h'=2h=2 (2cm )=10cm

Jadi, terletak bayangan 3 m di depan cermin 10 cm dan perbesarannya 2 kali.

2. Sebuah benda diletakkan 30 cm cermin cembung yang berjari-jari 30 cm.a. Dimana letak bayangannya?b. Berapa perbesarannya?c. Lukis jalannya sinar pada pembentukan bayangan.

Jawab

5


Dik : s = 30 cm R = 30 cmDit : a. s' B. M c. jalannya sinar pada bayangan.Jawab

a.1f=1

s+ 1

s'→

1−15

= 130

+ 1

s '

1

s '=−( 1

−15= 1

30 )→1

s '=−3

30→ s'=−10 cm

b. M=|s'

s|=|−1030 |→M=1

3c. Jalannya sinar pada pembentukan bayangan ditunjukan pada gambar di

bawah ini.

Jadi, perbesarannya = 13

kali ( sifat bayangan tegak, maya, dan

diperkecil).

B. Pembiasaan CahayaPembiasaan cahaya adalah (refraksi) adalah peristiwa pembentukan arah

cahaya ketika melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda kerapatannya.1. Indeks bias

Pembiasan kali pertama dilakukan oleh seorang ilmuwan fisika bernama Willebrod Snellius (1591-1262). Ia menjatuhkan cahaya pada sebuah kaca. Ternyata, cahaya tersebut dapat mengalami pembelokan juga. Snellius mengemukakan beberapa kesimpulan yang kemudian dikenal dengan hukum Snellius yang bunyinya:a. Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada sebuah bidang

datar.b. Sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih akan dibelokkan

mendekati garis normal. Sebaliknya, jika sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal. Sebaliknya, jika sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal.Dari eksperimen snellius dapat ditarik perbandingan sinus sudut datang (sin i) dengan sinus sudut bias menghasilkan suatu bilangan tetap/konstanta dapat dilambangkan dengan n.

sin isin r

=n

Tabel Nilai indeks bias bahanMedium Indeks biasVakum UdaraAir (200)Alkohol Kaca

1,00001,00031,331,36

6


Kuasa Kerona Flinta Kaca PleksiIntan

1,461,521,581,512,42

Hubungan indeks bias mutlak terhadap kecepatan cahaya sebagai berikut

n= sin isin r

= ccm

2. Indeks bias relatif Indeks bias relatif merupakan tetapan yang menunjukkan besarnya pembelokan sinar cahaya yang datang dari medium tertentu ke medium yang linnya. Misalnya sinar cahaya merambat dari medium 1 ke medium 2. Sinar cahaya tersebut mengalami pembelokan dengan sudut datang i dan sudut bias r. Jika kecepatan cahaya di medium 2 adalah c2 maka hubungan kedua medium dapat dituliskan dalam persamaan berikut :sin isin r

=c1

c2

=n21

Ket : n21=¿ indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1

Jika indeks bias mutlak medium nilainya n1=cc1

dan indeks bias medium 2 nilainya

n2=c

C2 maka perbandingan nilai n1 Dan n2 dapat dituliskan sebagai berikut

n2

n1

=

cc2

cc1

n2

n1

=c1

c2

c1

c2

= sin isin r

=n21

Dengan diperoleh

n21=c1

c2

Ket :n1 : indeks bias mutlak medium 1n2: indeks bias mutlak medium 2n21 : indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1Hubungan antara perbandingan n1dan n2 dengan sudut datang sudut bias yaitu sin isin r

=n1

n2

Ataun1=sin i=n2 sin r

7


3. Dasar kolam yang terlihat lebih dangkalKedalam kolam terlihat lebih dangkal karena cahaya yang

berasal dari kolam mengalami pembelokan lebih menjauhi garis normal. Cahaya yang terlihat seolah-olah berasal dari kedalaman “h’ padahal aslinya darri kedalam d.

t g i=OPd

tg r=OP

d '

Maka

tgitgi

=

OPd

Op

d '

=d '

d

Untuk sudut yang kecil berlaku tg itgi

= sin isin r

oleh karena itu tgitgi

= sin isin r

=d '

d atau

n1

n2

=d '

dContoh soal :Sebuah bak mandi yang kedalamannya 1 m berisi penuh dengan air. Berapakah kedalaman air seolah-olah, jka dilihat dari :

a. Sebuah bak pandang 600 terhadap normalb. Posisi tegak lurus terhadap permukaan

Jawab

Dik : d=1m nair=43

nair=1

Dit : a. Sebuah bak pandang 600 terhadap normal b.Posisi tegak lurus terhadap permukaan

.Jawab a. Sebuah bak pandang 600 terhadap normal (sudut besar)

sin isin r

=n2

n1

tg itgr

=d '

d

sin i

sin 600= 1

43

tg i36,80

tg r 600 =d'

1

sin i=34

sin 600 d '= tg i 36,80

tgr 600

sin i=3445

d '=0,43 m

i=Arc sin35

i=36,80

b. Sudut pandang sejajar dengan garis normal ( r=00 )nair

nudara

=d '

d

8


431

=d '

d

d '=43

meter

4. Pemantulan SempurnaPemantulan sempurna terjadi pada sebuah fatamorgana seperti jalan aspal

yang terlihat ada airnya ketika terik matahari.

Pada gambar diatas terlihat sinar cahaya datang dari medium rapat ke medium yang kurang rapat. Jika sinar cahaya anda jatuhkan dengan sudut yang berbeda –beda. Dari sudut-sudut jatuh tersebut, terdapat sudut yang membuat sudut bias tepat sejajar dengan permukaan medium yaitu sinar cahaya (4). Sinar ini dinamakan sudut batas atau sudut kritis. Sudut jatuh yang lebih besar dan sudut kritis akan menghasilkan pemantulan sempurna pada permukaan medium, pada gambar diperlihatkan gambar sinar (5)

Persamaan (6-10) n1 sin i=n2 sin r

Dengan mengganti i dengan i kritis (ik) dan sudut r dengan sudut 900. Anda dapatkan persamaan berikut

n1 sin ik=n2 sin 900

Atau

Dengan : n2>n1

Contoh soal :Berapakah sudut kritis sinar cahaya yang datang dari udara ke kaca jika diketahui indeks bias kaca 1,51?

Jawab :

sin ik=¿n2

n1

= 11,51

¿ sin ik=¿ Arc sin( 11,51 )=41,50 ¿

C. Lensa

Lensa adalah benda yang bening atau tembus cahaya yang dibatasi oleh dua permukaan lengkung. Lensa tipis adalah lensa yang memiliki ketebalan jauh lebih kecil dari pada diameter kelengkungan sehingga ketebalan tersebut dapat diabaikan.

Macam-macam lensa adalah sebagai berikuta. Lensa cembung

9

sin ik=¿n2

n1

¿


Lensa cembung adalah lensa yang memiliki ketebalan bagian tengah lensa lebih tebal dari pada bagian sisinya atau pinggirnya. Lensa cembung bersifat mengumpulkan cahaya yang datang (konvergen).

b. Lensa cekungLensa cekung adalah lensa yang memiliki ketebalan bagian tengah lebih kecil dibanding pinggirnya.lensa cekung bersifat menyebarkan cahaya yang datang (divergen).

Jenis-jenis lensa1. Lensa bikonveks2. Lensa plan konveks3. Lensa konkaf konveks4. Lensa bikonkaf5. Lensa plan konkaf6. Lensa konveks konkaf

1. Pembentukan Bayangan Pada Lensa CembungCahaya yang jatuh pada permukaan lensa cembung akan mengalami pembiasan. Setiap cahaya yang datang dibiaskan berbeda-beda mengikuti kelengkungan permukaan lensa.Untuk menggambarkan bayangan benda oleh lensa cembung dapat digunakan dua sinar istimewanya. Sinar istimewa pada lensa cembung ada tiga buah :a. Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama dibiaskan melalui titik

fokus aktif f 1 lensa.b. Sinar yang datang yang melalui titik fokus pasif f 2 dibiaskan sejajr

sumbu utama.c. Sinar yang datang melalui pasar optik tidak mengalami pembiasan.

Perhatikan gambar dibawah ini a b c

10


Contoh soal :Sebutkan sifat-sifat bayangan benda oleh lensa cembung yang terletak pada

a. Titik antara lensa dan titik f 1b. Titik antara titik f 2 dan titik pusat (2 f 2)c. Titik antara titik pusat (2 f 2) dan jarak tak hingga dari lensa

Dari setiap bayangan benda, tentukan pula sifat bayangannya.Jawab :

a. Benda terletak pada titik antara lensa dan titik fokus.Sifat bayangan :

- Maya (didepan lensa)- Tegak- Diperbesar

b. Benda terletak pada titik f 2 dan titik pusat Sifat bayangan :

- Nyata (dibelakang lensa)- Terbalik- Diperbesar

c. Benda terletak pada titik pusat (2 f 2) dan jarak tak hinggaSifat bayangan :

- Nyata (di belakang lensa)- Terbalik- Diperkecil

2. Pembentukan bayangan pada lensa cekungLensa cekung bersifat menyebarkan cahaya yang datang menjauhi sumbu lensa. Untuk menggambarkan bayangan benda oleh lensa cekung dapat digunakan dua sinar utamanya.a b c

Gambar diatas ini adalah perjalanan sinar-sinar utama pada lensa cekung a. Sinar yang datang menuju titik fokusf 1 dibiaskan sejajar sumbu utama.b. Sinar yang datang sejajar sumbu utama dibiaskan seakan-akan berasal dari

titik fokus f 1c. Sinar yang datang melalui titik pusat optik diteruskan.

Contoh soal :Sebutkan sifat-sifat bayangan benda oleh lensa cekung yang terletak pada a. Titik antara lensa dan titikf 1b. Titik antara titik f1 dan titik pusa (f 1)c. Titik antara titik pusat (2 f 1) dan jarak tak hingga dari lensa.

Jawab :Sifat-sifat baangan pada lensa cekung disetiap posisi (a, b, dan c) adalah

11


- Maya - Tegak - Diperkecil

3. Perhitungan-perhitungan pada lensa tipisA. Jarak benda dan jarak bayangan

1f=( n2

n1

−1)( 1R1

+ 1R2

)Keterangan :f = titik fokus lensa tipisn1 = indeks bias medium 1n2 = indeks bias medium 2R1 = jari-jari kelengkungan permukaan 1R2 = jari-jari kelengkungan permukaan 2Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan dan jarak fokus adalah

1f=1

s+ 1

s'

Dalam menggunakan persamaan (6-13) perlu diperhatikan ketentuan-ketentuan seperti berikut :

s bernilai + (objek nyata) untuk benda-benda di depan permukaan (sisi datang) dan bernilai – (objek nyata) untuk benda-benda di belakang permukaan (sisi transmisi);

s' bernilai + (bayangan nyata) untuk bayangan-bayangan di depan permukaan (sisi transmisi) dan bernilai – (bayangan maya) untuk bayangan-bayangan di depan permukaan (sisi datang);

r , f bernilai + jika pusat kelengkungan berada pada sisi transmisi dan bernilai – jika pusat kelengkungan berada pada sisi datang.

Contoh soal :Sebuah lensa tipis memiliki indeks bias 1,5 dibatasi oleh 2 permukaan cembung dan cekung (tipe(a)) diletakkan di udara. Jari-jari lengkung kedua permukaan berturut-turut 20 cm dan 30 cm. Hitunglah jarak fokus lensa tipis tersebut.Jawab :Dik :n1 = 1n2 = 1,5R1 = +20 (permukaan ceembung)R2 = -30 (permukaan cekung)Untuk menghitung jarak fokus lensa tipis dapat digunakan persamaan berikut

1f=( n2

n1

−1)( 1R1

+ 1R2

) 1f=( 1,5

1−1)( 1

20+ 1−30 )

1f=0,5( 3−2

60 )=0,560

=120

B. Pembesaran bayangan benda

12


Pembesaran bayangan benda adalah perbandingan antara tinggi bayangan dan tinggi benda atau jarak bayangan terhadap lensabdan jarak benda ke lensa.

M=h'

h=−s '

s

Keterangan M : pembesaran bayanganh' : tinggi bayanganh : tinggi bendas' : jarak bayangan ke lensas : jarak benda ke lensaJika M : + (positif), berarti bayangan bersifat maya dan tegak.Jika M : - (negatif), berarti bayangan bersifat nyata dan terbalik.

Contoh soal :Sebuah benda terdiri tegak 30 cm di depan lensa tipis konvergen yang jarak fokusnya 15 cm. Tentukan :a. Letak bayangan b. Perbesaran bayanganc. Sifat bayangan

Jawab :Dik : s= +30 cm (di depan lensa)

f = +15 cm (lensa konvergen atau cembung)Dit : a. s' b. M c. sifat bayanganPenyelesaian :a. Letak bayangan

1f=1

s+ 1

s'

115

= 130

+ 1

s '

130

=1

s '

s'=+30 cm Jadi, bayangan benda berada 30 cm dibelakang lensa.

b. Perbesaran

M=−s'

s=−30

30=−1

(tanda negatif menunjukan bayangan nyata dan terbalik)Jadi, perbesaran bayangan adalah 1

c. Sifat bayangan- Nyata dan terbalik berdasarkan nilai M=¿ -1 (negatif).- Sama besar dengann bendanya berdasarakan nilai M=¿ -1.

C. Kekuasan lensaKekuasaan lensa (P) adalah kemampuan mengumupulkan atau memancarkan berkasa cahaya. Besarnya kekuatan lensa berbanding terbalik dengan jarakfokusnya. Jika jarak fokusnya besar, kekuatan lensa kecil. Sebaliknya jika jarak fokus lensa kecil, kekuatan lensa besar.

P=1f

Ket : P : kekuatan lensa (dioptri)f : jarak fokus (meter)

13


Untuk lensa cembung nilai P selalu bernilai positif (+) karena nilai f positif (+). Sebaliknya, untuk lensa cekung nilai P negatif (-) karena nilai jarak fokus lensa cekung negatif (-).Contoh soal :Sebuah lensa konvergen memiliki jarak fokus 15 cm. Berapakah kekuatan lensa tersebut?Jawab :Dik : f = +15 (lensa konvergen/cembung)Dit : P ...?Penyelesaian :

P=1f= 1

15=6,67

= 6,67 dioptri

D. Alat-alat optik

1. MataMata merupakan organ yang susunannya sangat kompleks yang ada pada manusia. Mata kita terdiri atas beberapa bagian dengan fungsi yang berlainan.

Pada mata jarak antara layar dan lensa tidak dapat diubah-ubah. Untuk memfikuskan bayangan pada layar (retina) dilskuksn dengsn mengubsh kecembungsn lensa mata. Kemampuan untuk mengubah ketebalan lensa mata disebut daya akomodasi. Kondisi akomodasi lensa mata ada dua kemungkinan yaitua. Mata Berakomodasi Maksimum

Pada keadaan ini, otot mata dalam keadaan paling tegang. Keadaan lensa mata paling cembung agar mata dapat melihat objek sedekat-dekatnya. Tempat dimana berbenda-benda dapat dilihat dengan jelas pada akomodasi maksimum disebut titik dekat (punctum proximun). Untuk mata normal titik dekatnya adalah 25 cm.

b. Mata tidak berakomodasi Pada keadaan ini, otot mata dalam keadaan paling tegang. Keadaan lensa mata pipihnya untuk melihat benda sejauh-jauhnya. Tempat dimana benda-benda dapat dilihat dengan jelas tanpa akomodasi disbut titik jauh (punctum remotum). Untuk mata normal, titik jauhnya di tak terhingga.Penyebab cacat mata adalah sebagai berikut :1) Adanya kerusakan lensa mata2) Adanya kerusakan saraf mata3) Adanya kelemahan otot4) Adanya ketidakhormalan bentuk bagian bola mata

14


5) Adanya penyakit tertentu pada mata

Terdapat tiga macam cacat mata yang paling banyak ditemukan yaitu :1) Rabun jauh atau miopi

Rabun jauh biasa disebut dengan mata dekat yaitu dapat melihat benda-benda dekat secara normal, tetapi tidak dapat melihat dengan jelas pada benda berjarak jauh. Penyakit mata ini disebabkan lensa cembung. Hal ini dikarenakan otot mata terlalu kuat berkontraksi atau dapat juga disebabkan bentuk bola mata terlalu lonjong sehingga bayangan jauh di depan retina. Usaha yang dapat dilakukan agar dapat melihat normal yaitu menggunakan kacamata negative (minus).

2) Rabun dekat atau hipermetropiRabun dekat biasa disebut dengan mata jauh yakni melihat benda-benda yang berjarak jauh tetapi tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang berjarak dekat. Cacat mata ini memiliki kondisi lensa mata kurang cembung. Diakibatkan karena otot mata yang lemah sebagai akibat pertambahan usia atau akibat kelelahan, dan bentuk bola mata yang terlalu gepeng. Titik terdekat mata pada cacat mata rabun dekat memiliki titik dekat lebih dari 25 cm, sedangkan titik jauh tak terhingga. Usaha yang dapat dilakukan untuk menolongnya yaitu dengan menggunakan kacamta positif (plus).

3) Mata tua atau presbiopiPada mata tua, mata tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang berjarak jauh dan tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang berjarak dekat. Cacat mata ini dapat ditolong dengan kacamata bifokus yaitu kacamata yang memiliki dua bagian. Kacamata negative untuk melihat jauh dan kacamata postif untuk melihat dekat.

Contoh soal :Seseorang hanya dapat melihat dengan jelas benda yang terletak lebih dekat atau sama dengan 50 cm didepan matanya. Tentukan kekuatan lensa lensa yang harus digunakan agar dapat memperbaiki cacat mata ini dan tentukan jenis-jenis cacat matanya.Jawab :Dapat melihat jelas pada jarak 50 cm berartiS'=−50 cm(depanmata) S= jarak benda lebih dari 40 cm(tak hingga ) Penyelesaian :

if=1

S+ 1

S'

if=1+ 1

50

if=0+ 1

50

f =−50 cm=0,5 m

P= if= 1

−0,5=−2 dioptri

2. Lup

15


Lup merupakan alat pembesar sederhana digunakan oleh lensa cembung. Kegunaannya untuk melihat benda-benda kecil agak tampak lebih besar dan jelas. Contohnya, lup digunakan oleh tukang arloji atau peminat benda-benda antic. Proses dibawah ini pembentukan bayangan pada lup dan penglihatan tanpa lup.

Sifat bayangan lup adalah tegak, maya, dan diperbesar. Jika lup diletakkan di ruang I (antara pusat optic dan focus) maka bayangan di depan lensa. Ada 2 macam perbesaran yaitu :a. Perbesaran anguler (σ )

Perbandingan antara sudut penglihatan dengan alat optic dengan sudut penglihatan tanpa alat optic.

σ= βα

Ket : β = sudut penglihatan lupα = sudut penglihatan tanpa lup

b. Perbesaran linierPerbesaran linier lup ditinjau untuk mata berakomodasi maksimum dan tidak mata berakomodasi seperti berikut ini ;Untuk mata berakomodasi maksimum adalah

M=Sn

f+1

Untuk mata tidak berakomodasi adalah

M=Sn

f

Ket : Sn=¿ jarak dekat yang dapat diperoleh oleh mata normal (Sn=25 cm¿

Contoh soal :Seseorang dengan jarak titik dekat 25 cm melihat dengan lup yang jarak fokusnya 10 cm. tentukan perbesarannya untuk mata berakomodasi maksimum dan hingga berakomodasi.Jawab Dik : Sn= 25 cm, f = 10 cmPenyelesaiana. Perbesaran untuk mata berakomodasi maksimum

M=Sn

f+1=25

10+1=3,5 kali

b. Perbesaran untuk mata tidak berakomodasi

M=Sn

f=25

10=2,5 kali

3. MikroskopMikroskop digunakan untuk mengamati benda-benda yang sangat kecil. Mikroskop terdiri dari dua lensa yaitu lensa objektif yang di depan (dekat benda) dan lensa okuler yang berada dekat mata. Keduanya merupakan lensa positif. Lensa okuler berperan sebagai lup. Bayangan oleh lensa objektif

16


merupakan benda bagi lensa okuler. Bayangan akhir yang diamati adalah bayangan yang dibentuk lensa okuler. Pengamatan dilakukan dengan mata tak berakomdasi maksimum.

a. Untuk mata tidak berakomodasiJika bayangan objektif jatuh pada fokus okuler dan sinar akhir yang masuk ke mata berupa berkas sinar sejajar.

Pada mikroskop, lensa okuler bertindak sebagai lup. Pada saat mata tidak berakomodasi maksimum, perbesaran lensa ini adalah

M ok=Sn

f ok

Sn= jarak titik dekat normal

Jarak perbesaran total mikroskop adalah

M=S '

ob

Sob

×Sn

f ok

b. Untuk mata berakomodasi maksimum

Gambar tersebut menanyakan perjalanan sinar pada mikroskop ketika mata berakomodasi maksimum. Perbesaran pada lensa okuler adalah

M ok=Sn

Sok

Sehingga perbesaran total mikroskop dengan mata berakomodasi maksimum adalah

M=S '

ob

Sob

×Sn

f ok

Sifat bayangan akhir oleh mikroskop adalah

1. Maya 2. Terbalik 3. Diperbesar

17


Contoh soal :Sebuah mikroskop memiliki jarak fokus lensa objektifnya 20 mm dan lensa okulernya 5 cm. Sebuah benda diletakkan pada jarak 25 mm di depan lensa objektif. Tentukan juga jarak lensa objektif dan lensa okuler saat dilakukan pengamatan.Jawab :Dik : f ob = 20 mm

f ok = 5 cmSob = 25 mm

Dit : a. M b. DPenyelesaiian :

a. Hitung terlebih dahulu jarak bayangan oleh lensa objektif1

Sob

= 1

S'ob

+ 1f ob

120

= 125

+ 1

S 'ob

1

S 'ob

= 120

+ 125

hitung jarak benda okuler dengan catatan bahwa pada saat mata berakomodasi maksimum bayangan jauh pada titik dekat.S'

ok=−25 cm

1f ok

= 1Sok

+ 1

S 'ok

15= 1

Sok

+ 125

1Sok

=15+ 1

25= 6

25

Sok=256

cm

Dengan demikian perbesaran oleh mikroskop adalah

M=S '

ob

Sob

×Sn

Sok

= 102,5

×256

=4 ×6=24 kali

b. Jarak antara lensa objektif dan lensa okuler adalahd=S '

ob+Sok ¿100 mm+25 mm ¿125 mm ¿12,5 cm

4. Teropong BintangTeropong bintang biasa digunakan untuk mengamati benda-benda langit. Jadi, posisi benda selalu di tak berhingga karena jaraknya sangat jauh.

18


Jenis Teropong Bintang yaitu 1. Teropong Lensa (Teropong Bias)

Teropong lensa terdiri atas dua lensa positif yaitu lensa objektif dan lensa okuler. Teropong bintang digunakan untuk pengamatan dalam waktu lama dan biasanya pengamatan dilakukan dengan tanpa akomodasi. Gambar dibawah ini Jalannya sinar pada teropong bintang

Perbesaran anguler

σ= βα

β sebanding dengan h

f okdan α sebanding dengan

hf ob

sehingga perbesaran

angulernya dapat ditulis menjadi

τ= hf ok

×f ob

h

Untuk memperoleh perbesaran yang tinggi biasanya diambilf objektif ≫ f okuler

2. Teropong Cermin (Teropong Pantul)Teropong cermin terdiri atas cermin cekung yang berfungsi sebagai lensa objektifnya dan lensa okuler. Perbesaran benda pada teropong cermin untuk mata tak berakomodasi sama dengan perbesaran pada teropong lensa.

τ=f ob

f ok

5. Teropong Bumi Teropong bumi terdiri atas 3 lensa yaitu lensa I berlaku sebagai objek, lensa II sebagai pembalik dan lensa II berlaku sebagai okuler.

Untuk mata tak berakomodasi, jarak antara lensa objektif dan lensa okuler adalah.d=f ob+4 f p+ f ok

Dengan f p = jarak fokus lensa okuler.

19

Documents

Cahaya Dan Optika