P08 Optik D3 2009

Penjalaran CahayaCahaya menjalar pada kecapatn 3 x 108 m/det di dalam vakum, dan menjalar lebih lambat di dalam medium cair dan zat padat

Untuk menggambarkan penjalaran gelombang cahaya, digunakan prinsip Huygen yang menyatakan: semua titik pada muka gelombang bertindak sebagai sumber titik untuk penjalaran gelombang sferis

Cahaya bergerak melintasi medium sebagai garis lurus sepanjang arah sinar.

OPTIK - Cahaya

Indeks bias medium: n = c / v ; c kecepatan cahaya di vakum dan v kecepatan cahaya di medium (n>1). Semakin besar indeks bias medium semakin kecil kecepatan cahaya di dalam medium.

Ketika cahaya menjalar dari satu medium ke medium lainnya, frekuensinya tidak berubah.

PEMBIASAN

HUKUM PEMBIASAN

1

2

n1, v1

n2, v2

n1<n2

v1>v2

Cahaya datang dari medium dengan n besar menuju medium dengan n lebih kecil dibiaskan Menjauhi normal, dan sebaliknya.

Hukum Snell :

v1/v2 = (c/n1)/(c/n2), jadi

sin 2 / sin 1 = v2 / v1

atau n1 sin 1 = n2 sin 2,

Pembiasan terjadi ketika sinar cahaya melintasi bidang batas dua medium yang berbeda indeks bias. Ini terjadi karena cahaya mengalami perubahan kecepatan ketika memasuki medium dengan indeks bias berbeda.

Udara : n=1

Contoh: Sinar cahaya dengan panjang gelombang 596 nm (lampu sodium) menjalar melalui udara (n=1) memasuki permukaan (mulus) pelat kaca (n=1,52) pada sudut 300 terhadap normal. Tentukan sudut biasnya.

Gunakan hukum Snell: Sin 2 = n1/ n2 sin 1= 1,00/1,52 sin 300 = 0,329

2 = sin-1 (0,329) = 19,20 (sinar dibiaskan mendekati normal)

Contoh: Sinar cahaya menjalar melalui udara (n=1) memasuki permukaan (mulus) dua buah pelat kaca yang seperti gambar (n=1,4, dan 1,5) pada sudut 300 terhadap normal. Tentukan sudut ketika cahaya keluar dari plat kaca paling atas.

Kaca atas : n=1,4

Kaca bawah : n=1,5

PEMANTULANPemantulan (refleksi) terjadi ketika cahaya datang pada bidang

batas dua medium dengan indeks bias berbeda dikembalikan ke medium datang. Sifat pemantulan permukaan ditentukan oleh reflektivitas bahan.

1 2

n1, v1

n2, v2

Hukum pemantulan: sudut datang sama dengan sudut pantul

1 = 2 ;

Permukaan mulus

Permukaan kasar

Pemantulan internal total: terjadi ketika cahaya datang dari medium rapat (n besar) ke medium kurang rapat (n kecil) dengan sudut datang lebih besar dari sudut kritis.

Pada sudut kritis c, cahaya yang dibiaskan sejajar bidang batas kedua medium.

Aplikasi refleksi internal total

ir

1) Serat optik

3. Diamond sparkling2. Mikroskop, binoculars, periskop, …

DISPERSI dan PRISMASifat penting dari indeks bias, nilainya bergantung terhadap panjang gelombang cahaya. Sifat ini menghasilkan fenomena dispersi ketika cahaya menjalar di dalam medium, sehingga cahaya polikromatik (putih) dapat terurai menjadi komponen warna tunggal (monokromatik). Contoh: dispersi prisma dan pelangi

Pelangi

INTERFERENSI dan DIFRAKSI

Interferensi adalah gabungan (superposisi) dua atau lebih gelombang. Dua gelombang tersebut bisa berasal dari dua sumber atau dari sumber sama yang dipisahkan kemuadian dipertemukan pada suatu titik dan saat yang sama. Efek interferensi menghasilkan pola terang-gelap yang disebut frinji (rumbai).

Difraksi adalah pelenturan gelombang cahaya ketika mengalami gangguan oleh sebuah penghalang dalam penjalarannya.

CERMIN & LENSA

Cermin adalah komponen optik pembentuk bayangan berdasarkan prinsip pemantulan.

Lensa adalah komponen optik pembentuk bayangan berdasarkan prinsip pembiasan pada permukaan melengkung.

CERMIN DATARBayangan terbentuk pada titik dimana sinar-sinar cahaya berpotongan nyata atau pada mana awal munculnya.

Bayangan dapat nyata (dapat ditangkap pada layar) atau maya (dimana sinar-sinar cahaya berasal)

Pembentukan bayangan oleh cermin datar

Bayangan yang dibentuk oleh benda yang ditempatkan di depan cermin datar di belakang cermin sama jauhnya dengan benda di depannya.

Perbesaran lateral:

Bayangan tidak diperbesar, maya dan tegak

Gabungan cermin

Bagaimana kalau cermin digabungkan dengan sudut tertentu? Pernahkah kamu bermain ke istana Bogor? Di sana ada terkenal dengan cermin seribu bayangan. Coba bagaimana hal itu bisa terjadi

1360

θ

n

Dua buah cermin datar dibuat saling berhadapan dengan sudut 30. Di antar kedua cermin datar tersebut disimpan sebuah benda. Berapa jumlah bayangan yang dihasilkan?

CERMIN SFERIS

Cermin sferis terdiri atas cermin cekung (konkaf) dan cermin cembung (konveks)

Semua sinar cahaya yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan menuju titik fokus (dimana bayangan akan berada).

Sumbu utama

Pusat kelengkungan

R = jari-jari kelengkungan

f = jarak fokus = R/2

Persamaan Cermin

p = jarak benda

q = jarak bayangan

h = tinggi benda

h’ = tinggi bayangan

• p dan q positif jika bayangan dan benda sisi yang sama dari cermin (q<0, jika “di sebelah dalam cermin”).

• f positif untuk cermin konkaf dan negatif untuk cermin konveks

• Cermin datar: q=-p, jadi M = -q/p; bayangan maya, tegak

CERMIN CEKUNGp>R

Sinar cahaya yang sejajar sumbu utama dipantulkan menuju titik fokus

Sinar cahaya yang melewati pusat kelengkungan akan dipantulkan balik

Sinar cahaya yang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama

Bayangan nyata, terbalik

p<f

Bayangan maya, tegak

Contoh 1: Sebuah benda ditempatkan di depan sebuah cermin

cekung pada jarak 40 cm. Tentukan (a) jarak antara bayangan dan cermin, (b) perbesaran lateral jika jarak fokus cermin 20 cm.

(a) Gunakan persamaan lensa: 1/p + 1/q = 1/f

1/q = 1/f – 1/p = 1/20 – 1/40 = + 1/40 cmq = + 40 cm (jarak bayangan)

(b) Perbesaran lateral:M = -q/p = - (40 cm)/ 40 cm = - 1x; bayangan nyata, sama besar

Contoh 2: Sebuah benda ditempatkan di depan sebuah cermin

cekung pada jarak 12 cm.Tentukan (a) jarak antara bayangan dan cermin, (b) perbesaran lateral jika jarak fokus cermin 24 cm.

CERMIN CEMBUNG• Sinar cahaya yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan menuju titik fokus

• Sinar cahaya yang melewati pusat kelengkungan akan dipantulkan balik

• Sinar cahaya yang melewati titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama

Bayangan maya dan tegak

Contoh:Sebuah benda ditempatkan di depan cermin cembung pada jarak 30 cm. Tentukan (a) jarak antara bayangan dan cermin, (b) perbesaran lateral jika jarak foukus cermin adalah 20 cm

(a) Gunakan persamaan:

(b) Perbesaran lateral

Bayangan diperkecil, maya

LENSALensa tipis terbuat dari Lensa tipis terbuat dari kaca atau plastik kaca atau plastik dengan salah satu dengan salah satu permukaan refraksi permukaan refraksi melengkung.melengkung.

Contoh:

Lensa konvergen (convex)

Lensa divergen (concave)

Definisi- Sumbu utama, adalah garis yang melewati pusat lensa

- Panjang fokus, adalah jarak bayangan yang bersesuaian dengan jarak objek di takhingga

fF

Lensa konvergen

f

F

Lensa divergen

Persamaan Lensa

p

q

h

hM

fqp

'

111 p = object distanceq = image distanceM=perbesaran lensah = tinggi objekh’ = tinggi bayangan

Konvensi tanda: p selalu positif q positif jika bayangan dan objek berada pada sisi berbeda dari lensa dan negatif jikayang lainnya. f positif untuk lensa convergen and negatif untuk lensa divergen

LENSA KONVERGEN

Sinar cahaya yang sejajar dengan sumbu utama akan direfraksikan melalui titik fokus. Sinar cahaya yang melewati pusat lensa akan direfraksikan tanpa deviasi. Sinar cahaya yang melalui titik fokus akan direfraksikan sejajar sumbu utama.

Untuk p>f

Contoh1:

Sebuah benda ditempatkan di depan sebuah lensa konvergen pada jarak 40 cm dari lensa. (a) Tentukan jarak antara bayangan dan lensa, (b) Tentukan perbesaran lateral jika jarak fokus lensa adalah 20 cm.

(a) Gunakan persamaan lensa:

1/p + 1/q = 1/f

1/q = 1/f – 1/p = 1/20 – 1/40 = + 1/40 cm

q = + 40 cm; jarak bayangan

(b) Perbesaran lateral:

M = -q/p = - (+40 cm)/ 40 cm = - 1; bayangan nyata, terbalik

Untuk P< f

Sinar cahaya sejajar dengan sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus. Sinar cahaya yang melewati pusat lensa akan dibiaskan tanpa deviasi Sinar cahaya yang melewati titik fokus akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama.

Contoh 2: Sebuah benda ditempatkan di depan sebuah lensa konvergen pada jarak 10 cm dari lensa. (a) Tentukan jarak antara bayangan dan lensa, (b) Tentukan perbesaran lateral jika jarak fokus lensa adalah 20 cm.

(a) Gunakan persamaan lensa:

1/p + 1/q = 1/f

1/q = 1/f – 1/p = 1/20 – 1/10 = -1/20 cm

q = - 20 cm (jarak bayangan)

(b) Perbesaran lateral:

M = -q/p = - (-20 cm)/ 10 cm = + 2; bayangan maya, tegak

Pertanyaan !!

Apa yang terjadi jika benda ditempatkan pada jarak yang sama dengan titik fokus ?

Bayangan tidak akan terbentuk: sinar-sinar cahaya saling sejajar.

LENSA DIVERGEN

Sinar cahaya yang sejajar dengan sumbu utama akan dibiaskan Seakan – akan berasal dari titik fokos. Sinar cahaya yang melalui pusat lensa akan direfraksikan tanpa deviasi Sinar cahaya yang melewati titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama

Contoh 3 : Sebuah benda ditempatkan di depan sebuah lensa divergen pada jarak 40 cm. Tentukan (a) jarak antara bayangan dan lensa, (b) perbesaran lateral jika jarak fokus lensa 20 cm.

(a) Gunakan persamaan lensa:

1/p + 1/q = 1/f

1/q = 1/f – 1/p = -1/20 – 1/40 = -3/40 cm

q = - 13,3 cm; jarak bayangan

(b) Perbesaran lateral:

M = -q/p = - (-13,3 cm) / 40 cm = - 0,33; bayangan maya, tegak, diperkecil

Latihan Soal

1. Tentukan Sudut Kritis untuk berkas sinar yang datang dari kristal dengan indeks bias 2 ke udara (nudara = 1 )

2. Sebuah Benda setinggi 8 cm terletak 25 cm di depan cermin cembung berjarak fokus 10 cm. Tentukan letak bayangan, Perbesaran , tinggi bayangan dan sifat bayangan

3. Sebuah benda terletak 15 cm di depan lensa konvergen dengan jarak fokus 10 cm. Tentukan letak bayangan, perbesaran, dan sifat bayangan