32
06/08/22 Lecture XXI 1 OPTIK

Optik fisika

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Optik fisika

Citation preview

Page 1: Optik fisika

04/21/23 Lecture XXI 1

OPTIK

Page 2: Optik fisika

Lecture XXI 204/21/23

Pokok Bahasan

Gelombang Elektromagnetik (EM) Cahaya Optika Geometri Indeks Bias

Page 3: Optik fisika

Lecture XXI 304/21/23

Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dibangun oleh penjalaran medan listrik (E) dan medan magnet (B).

Konsep gelombang elektromagnetik dirumuskan oleh James Clerk Maxwell : Bentuk umum Hukum Coulomb yang dikenal dengan hukum

Gauss (medan listrik timbul karena adanya muatan-muatan listrik).

Medan magnet bersifat dipol (kutub utara dan selatan) Medan magnet dihasilkan oleh arus listrik (Hukum Ampere) Medan listrik dihasilkan oleh perubahan medan magnet

(Hukum Faraday).

Page 4: Optik fisika

Lecture XXI 404/21/23

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dibangun oleh penjalaran medan listrik (E) dan medan magnet (B).

Konsep gelombang elektromagnetik dirumuskan oleh James Clerk Maxwell : Bentuk umum Hukum Coulomb yang dikenal dengan hukum

Gauss (medan listrik timbul karena adanya muatan-muatan listrik).

Medan magnet bersifat dipol (kutub utara dan selatan) Medan magnet dihasilkan oleh arus listrik (Hukum Ampere) Medan listrik dihasilkan oleh perubahan medan magnet

(Hukum Faraday).

Page 5: Optik fisika

Lecture XXI 504/21/23

Produksi gelombang elektromagnetik Gelombang Elektromagnetik

(EM) dapat dihasilkan oleh dua batang konduktor yang dihubungkan dengan suatu generator ac atau beterei

Kawat berarus menimbulkan medan magnet.

Perubahan fluks magnet menghasilkan medan listrik (emf)

Gelombang EM merupakan perpaduan medan listrik (E) dan medan magnet (B).

Gelombang EM merambat dengan kecepatan tertentu.

EB

Page 6: Optik fisika

Lecture XXI 604/21/23

Bentuk antena transmitter dan receiver

Antena digunakan untuk memancarkan (transmitter) dan menerima (receiver) pancaran gelombang EM.

Antena berbentuk batang – memancarkan dan menerima komponen medan listrik E

E || to rod Antena melingkar (loop) – memancarkan dan menerima medan

magnet (prinsip induksi medan magnet)

loopB

Page 7: Optik fisika

Lecture XXI 704/21/23

Gelombang EM

vB

vE

BE

v

Kecepatan rambat gelombang EM :

smB

E

B

Ecv /103

1 8

00

Ini merupakan kecepatan cahaya di dalam ruang hampa, jadi cahaya merupakan gelombang EM.

Page 8: Optik fisika

Lecture XXI 804/21/23

Cahaya sebagai gelombang EM Cahaya sebagai gelombang EM dibuktikan secara

eksperimen oleh Frank Hertz pada tahun 1887, 8 tahun setelah kematian Maxwell.

Suatu lilitan dihubungkan dengan dua elektroda yang berdekatan.

Lilitan menghasilkan tegangan listrik, sehingga terjadi medan listrik diantara kedua elektroda (gap)

Jika medan listrik sangat kuat, maka terjadi ionisasi pada gap, sehingga menimbulkan osilasi/getaran dengan frekuensi tinggi (~ 108 -109 MHz).

Frekuensi tinggi ini menghasilkan gelombang EM yang akan dideteksi oleh receiver, karena adanya perubahan medan magnet yang melalui loop receiver.

Gelombang EM ini memiliki kecepatan rambat 3 x 108 m/s (kecepatan cahaya dalam ruang hampa)

Page 9: Optik fisika

Lecture XXI 904/21/23

Spektrum Gelombang EM Gelombang EM dapat diproduksi dan dideteksi dalam

rentang frekuensi yang luas ; disebut dengan spektrum gelombang EM.

Page 10: Optik fisika

Lecture XXI 1004/21/23

Cahaya

c – kecepatan cahaya (m/s) f – frekuensi (Hz = 1/s) – panjang gelombang (m)

fc

Cahaya merupakan salah satu jenis gelombang EM. Cahaya tampak Cahaya ultraviolet (UV) Cahaya infra merah

Frekuensi cahaya ditentukan oleh frekuensi (f) atau panjang gelombangnya ().

f

Page 11: Optik fisika

Lecture XXI 1104/21/23

Contoh soal :1. Hitung panjang gelombang dari (a). Gelombang EM 60

Hz, (b). Gelombang radio FM 105,9 Hz, dan (c) cahaya merah dari laser dengan frekuensi 4,74 x 1014 Hz.

2. Jika anda berjemur di pantai, bagaimana efek radiasi cahaya UV terhadap mata, jika :a) Tanpa kacamata (mata telanjang)b) Menggunakan lensa kacamata biasac) Menggunakan kacamata yang bisa memblok UV.

Page 12: Optik fisika

04/21/23 Lecture XXI 12

CAHAYA

Page 13: Optik fisika

Lecture XXI 1304/21/23

Mengapa kita mampu melihat benda ?

Apakah karena mata kita menghasilkan sinar-sinar penglihatan ataukah karena benda memantulkan atau memancarkan cahaya ?

benda memantulkan atau memancarkan cahaya

Page 14: Optik fisika

Lecture XXI 1404/21/23

Model Berkas Cahaya

Model berkas atau sinar (ray) : cahaya menjalar dalam lintasan garis lurus dalam berbagai situasi yang disebut berkas-berkas cahaya.

Model ini sangat baik untuk menjelaskan beberapa aspek dari cahaya, seperti pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pembentukan bayangan oleh cermin dan lensa.

Penjelasan aspek diatas melibatkan berkas-berkas cahaya pada berbagai sudut, sehingga disebut optika geometri.

Optik : Optika geometri dan optika fisis.

Page 15: Optik fisika

Lecture XXI 1504/21/23

PemantulanNormal terhadap

permukaansumber

Berkas cahaya i r

i = sudut datang

r = sudut pantul

Hukum Pemantulan

i = r

Jika cahaya datang mengenai permukaan yang kasar, maka cahaya akan dipantulkan ke berbagai arah (difusi)

Contoh : difusi cahaya matahari oleh awan

Page 16: Optik fisika

Lecture XXI 1604/21/23

mata ini tidak dapat melihat cahaya yang

dipantulkan

Kedua mata dapat melihat cahaya yang dipantulkan.

Hanya satu mata yang dapat melihat cahaya yang dipantulkan.

Page 17: Optik fisika

Lecture XXI 1704/21/23

Pemantulan oleh Cermin Datar

r

i

d0 di

cermin datar

AD

C

B

B’

Geometri pada titik B

sudut ADB = CDB

AD = CD

maka : d0 = di

jarak bayangan =

jarak benda

Page 18: Optik fisika

Lecture XXI 1804/21/23

Contoh soal :

Seorang wanita dengan tinggi 1,60 m berdiri di depan cermin datar vertikal. Berapa tinggi minimal cermin dan jarak dari cermin ke lantai, jika ia ingin melihat seluruh badannya di cermin. (Jarak antara mata dan ujung kepala adalah 10 cm).

Page 19: Optik fisika

Lecture XXI 1904/21/23

Pemantulan oleh Cermin Lengkung

Cermin lengkung :

1. Cermin cembung (convex) : pemantulan terjadi pada permukaan luar.

2. Cermin cekung (concave) : pematulan terjadi pada permukaan dalam.

normal permukaan

cermin cembung

i

r

normal permukaan

cermin cekung

Page 20: Optik fisika

Lecture XXI 2004/21/23

Titik Fokus dan Panjang Fokus Jika objek yang memantulkan dan mengeluarkan cahaya

sangat jauh (matahari atau bintang), maka berkas-berkas cahaya “sinar” akan sejajar.

A

B

C F

r

r

f

CB = CA = r

CF = BF

BF FA , maka FA = FC

FA = f, maka :

2

rf

F = titik fokus

FA = f, = panjang fokus

r = jari-jari cermin

sumbu utama

Page 21: Optik fisika

Lecture XXI 2104/21/23

Pembentukan Bayangan ; Diagram Berkas

1. Berkas sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.

2. Berkas melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.

3. Berkas tegak lurus cermin, dipantulkan kembali ke berkas datang.

FC

FC

1

2

FC

3

bayangan

Page 22: Optik fisika

Lecture XXI 2204/21/23

Persamaan Cermin dan Pembesaran

FC

h0

hi

f

d0

di

fdd

f

fd

FA

OF

d

d

h

h

i

ii

111

0

000

O

A

Persamaan cermin

Pembesaran :

00 d

d

h

hm ii

Tanda minus artinya bayangan terbalik

Cermin Cekung

Page 23: Optik fisika

Lecture XXI 2304/21/23

Cermin Cembung

A CFO

d0

di

fdd i

111

0

disini f berharga negatif, dan bayangan bersifat maya/virtual (di belakang cermin).

Pembesaran :

00 d

d

h

hm ii

Page 24: Optik fisika

Lecture XXI 2404/21/23

Soal : Sebuah benda setinggi 2 cm diletakkan sejauh 20 cm di

depan cermin cekung yang berjari-jari 30 cm. Tentukan (a). posisi bayangan, dan (b). tinggi bayangan.

Sebuah benda setinggi 2 cm diletakkan pada jarak 10 cm di depan cermin cekung yang berjari-jari 30 cm. (a). Gambarkan diagram berkasnya sehingga terbentuk bayangan, (b). Tentukan posisi bayangan dan pembesarannya.

Sebuah spin mobil terbuat dari cermin cembung dengan jari-jari 16 meter. Tentukan posisi bayangan dan pembesarannya dari sebuah mobil truk yang berjawak 20 meter.

Page 25: Optik fisika

04/21/23 Lecture XXI 25

INDEKS BIAS

Page 26: Optik fisika

Lecture XXI 2604/21/23

Jika cahaya merambat dalam medium selain udara, maka ia akan diperlambat, karena efek absorpsi dan re-emisi oleh atom atau molekul dalam medium tersebut.

Perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dan dalam bahan disebut dengan indeks bias (n) :

v adalah kecepatan cahaya dalam medium. Karena c > v, maka nilai indeks bias n selalu > 1. Akibatnya timbul hukum pembiasan (refleksi),

menggunakan Hukum Snell.

v

cn

Page 27: Optik fisika

Lecture XXI 2704/21/23

Hukum Snell

1

sumber cahaya berkas yg

dipantulkan

2

berkas yg dibiaskan12 nn

udara (n1)

air (n2)

2

berkas yg dibiaskan

berkas yg dipantulkan

1

sumber cahaya12 nn

udara (n2)

air (n1)

normalnormal

Page 28: Optik fisika

Lecture XXI 2804/21/23

Prinsip refraksi dapat dilihat dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya : seseorang yang berdiri didalam air, kakinya akan terlihat.

Sedotan di dalam air minum terlihat lebih pendek dari yang sebenarnya.

Sudut pembiasan bergantung pada kecepatan cahaya didalam kedua media dan pada sudut datang.

Jika n2 > n1, maka 2 > 1 (berkas mendekati normal).

Jika n2 < n1, maka 2 < 1 (berkas menjauhi normal).

2211 sinsin nn

Hukum Snell

Page 29: Optik fisika

Lecture XXI 2904/21/23

Pemantulan Total Sempurna Jika n2 < n1, maka 2 < 1 (berkas menjauhi normal).

Pada sudut datang tertentu, sudut bias 2 = 900 , maka sudut datang disebut dengan sudut kritis C.

Jika sudut datang > C, maka cahaya akan dipantulkan, sehingga disebut pematulan total sempurna (total internal reflection, TIR).

1

20

1

2 90sinsinn

n

n

nC

1

1C

pemantulan total sempurna (TIR)

n1

n2 < n1

Page 30: Optik fisika

Lecture XXI 3004/21/23

Dispersi Pada kebanyakan medium, kecepatan cahaya bergantung pada

panjang gelombang () atau frekuensi (f), sehingga indeks biasnya juga bergantung pada panjang gelombang, n().

Medium tersebut dikenal sebagai medium dispersif. Akibatnya sudut bias bergantung pada panjang gelombang

cahaya. Contoh :

Penguraian cahaya matahari oleh lapisan tipis air (pelangi) Penguraian cahaya putih oleh prisma.

Page 31: Optik fisika

Lecture XXI 3104/21/23

Contoh soal :

1. Cahaya datang mengenai gelas tebal dengan sudut datang 600. Jika indeks bias gelas 1,5. Tentukan (a). sudut bias didalam gelas A, dan (b). sudut bias yang keluar dari gelas B?

2. Seorang perenang telah menjatuhkan kacamata renangnya ke dasar kolam renang setinggi 1 m. Berapa dalam letak kacamata renang tadi, jika dilihat dari atas kolam renang.

Page 32: Optik fisika

Lecture XXI 3204/21/23