CAHAYA OLEH BHEKTI KUMOROWATI TRI WAHYUNI WINDY SETYORINI

CAHAYA OLEH: BHEKTI KUMOROWATI TRI WAHYUNI WINDY SETYORINI MARIA MAGDALENA TITISANING ROHANI

PETA KONSEP Cahaya Dualisme Cahaya Kelajuan Cahaya Sebagai Gelombang Sebagai Partikel Pemantulan Pembiasan

Dualisme Cahaya Sebagai Gelombang Cahaya Sebagai Partikel Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik Cahaya merupakan paket energi yang disebut foton Sifat Mengalami Sifat Mengisi Ruang Pemantulan Menempati sesuai volume Memiliki λ Pembiasan Memiliki momentum

Pemodelan Dualisme Cahaya Gelombang Elektromagnetik • Dua buah gelombang yang merambat secara transversal pada dua buah bidang tegak lurus yaitu medan magnetik dan medan listrik, dapat merambat melalui medium dan vakum E B Paket Energi (Foton) • Bentuk radiasi diskret yang dipancarkan oleh getaran molekul

Kelajuan Cahaya �Kelajuan cahaya dalam ruang vakum (kecepatan cahaya) adalah sebuah konstanta fisika yang disimbolkan dengan huruf c (celeritas dari bahasa Latin) yang berarti "kecepatan“ c = 299. 792. 458 m/s ≈ 3 x 108 m/s

PEMANTULAN CAHAYA Pemantulan Teratur • Pemantulan cahaya oleh permukaan – permukaan halus, contoh: pemantulan pada cermin datang Pemantulan Baur/ Difus • Pemantulan cahaya oleh permukaan – permukaan kasar

HUKUM PEMANTULAN CAHAYA Bunyi: 1. Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar 2. Sudut datang ( i ) sama dengan sudut pantul ( r ) Sinar Datang Sinar Pantul N i r i=r Bidang Datar

PEMBIASAN CAHAYA PENGERTIAN: “Peristiwa pembelokkan cahaya saat mengenai bidang batas antara dua medium”

Hukum Snellius tentang Pembiasan v Hukum I Snellius “ Sinar datang, Garis normal, dan Sinar bias terletak pada satu bidang datar” v Hukum II Snellius “ Jika Sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, maka sinar dibelokkan mendekati garis normal; Jika Sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat, maka sinar dibelokkan menjauhi garis normal”

Pemodelan Hukum I dan II Snellius Persamaan Snellius : n 1 sin i = n 2 sin r Kurang Rapat Lebih Rapat N Lebih Rapat Kurang Rapat Sinar Datang N Sinar Datang i i n 1 n 2 r Sinar Bias

Indeks Bias Relatif nk sin θk = nu sin θu θk kaca udara θu Subtitusi nu sin θu = nk sin θk θu air θa nk sin θk = na sin θa nka = sin θa /sin θk

Hubungan Cepat Rambat (v), Frekuensi (f), Panjang Gelombang Cahaya (λ) dengan Indeks Bias (n) § § § (v) dengan (n) v 1 / v 2 = n 2 / n 1 ………………. . 1) (f) dengan (n) cahaya mencapai kecepatan maksimum dalam vakum, yaitu sebesar c = 3 x 108 m/s indeks bias mutlak sebagai indeks bias medium relatif terhadap udara (n=1), maka persamaan 1 menjadi: n = c/v ………………… 2) (λ) dengan (n) v = f λ, dari persamaan 1) diperoleh: λ 1 n 1 = λ 2 n 2. . . . 3)

OPTIK GEOMETRIS PRINSIP HUYGENS Prinsip Huygens dapat dinyatakan sebagai berikut: “Setiap titik pada muka gelombang dapat dianggap sebagai sumber gelombang kecil yang menyebar maju dengan laju yang sama dengan gelombang itu sendiri. Muka gelombang yang baru merupakan sampul dari semua gelombang-gelombang kecil tersebut-yaitu, tangen(garis singgung) dari semua gelombang tersebut”

OPTIK GEOMETRIS PRINSIP HUYGENS DAN HUKUM PEMANTULAN Dari segi tiga ACG, diperoleh persamaan 1: Dari segi tiga GCE, diperoleh persamaan 2 : Kita ketahui pemantulan yang terjadi pada medium yang sama maka v 1 = v 2 substitusikan persamaan (1) dan (2): Persamaan di atas yang kita kenal sebagai Hukum Pemantulan.

OPTIK GEOMETRIS PRINSIP HUYGENS DAN HUKUM PEMBIASAN Dari segi tiga BAD, diperoleh persamaan 1: Dari segi tiga ADC, diperoleh persamaan 2 : Karena indeks bias absolut merupakan perbandingan antara kecepatan cahaya di udara atau ruang hampa dengan kecepatan di medium, maka:

OPTIK GEOMETRIS PRINSIP HUYGENS DAN HUKUM PEMBIASAN Sehingga apabila kita substitusi pers (1) dan (2): Persamaan di atas yang kita kenal sebagai Hukum Snellius yang mendasari Hukum Pembiasan.

OPTIK GEOMETRIS PEMANTULAN SEMPURNA

OPTIK GEOMETRIS PEMANTULAN SEMPURNA Sinar yang datang dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal. Sinar B dengan sudut datang i memiliki sinar bias B’ dengan sudut bias r, dan selalu berlaku r > i. Tentu saja sinar B juga mengalami pemantulan dalam air dan bagian sinar pantul adalah B’’. Sinar C dengan sudut datang ik dibiaskan sejajar dengan permukaan air. Ini berarti sudut datang ik (disebut sudut kritis atau sudut batas) menghasilkan sudut bias sama dengan 90⁰.

OPTIK GEOMETRIS PEMANTULAN SEMPURNA Definisi Sudut Kritis (Sudut Batas) Sudut Kritis (ik) di antara dua medium adalah sudut datang sinar dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat yang menghasilkan sudut bias sama dengan 90⁰. Hukum Snellius n 1 sin i = n 2 sin r n 1 sin ik = n 2 sin 90⁰ n 1 sin ik = n 2 1 Sudut Kritis ; dengan n 2 < n 1

OPTIK GEOMETRIS PEMANTULAN SEMPURNA Jika sinar D dengan sudut datang lebih besar daripada sudut kritis (i>i k), tidak mungkin dihasilkan sinar bias dengan sudut bias > 90⁰. Jadi, sinar D tidak dapat meninggalkan air. Dengan kata lain sinar D akan dipantulkan seluruhnya oleh permukaan air kembali ke dalam air. Di sini, bidang batas air-udara (permukaan air) bertindak seperti cermin datar sempurna. Peristiwa inilah yang disebut pemantulan sempurna.

OPTIK GEOMETRIS PEMANTULAN SEMPURNA Syarat Terjadinya Pemantulan Sempurna Dua syarat terjadinya pemantulan sempurna pada bidang batas antara dua medium. 1. Sinar harus datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat. 2. Sudut datang lebih besar daripada sudut kritis.

. OPTIK GEOMETRIS CONTOH SOAL PEMANTULAN SEMPURNA Sebuah bak air mempunyai kedalaman 1 m. Sebuah benda titik terletak di dasar bak. Agar benda tidak terlihat, tentukan jejari bidang lingkaran penghalang cahaya yang harus diletakkan tepat di permukaan air sedemikian hingga benda tidak tampak dari permukaan. Anggap indeks bias air

. OPTIK GEOMETRIS CONTOH SOAL PEMANTULAN SEMPURNA Penyelesaian: Agar benda tidak tampak dari udara, sinar yang akan mengalami pembiasan harus dihalangi. Untuk itu diperlukan bidang lingkaran berjejari R seperti pada gambar. Untuk menentukan R, harus dihitung dulu sudut kritis sebagai berikut. Sekarang perhatikan segitiga

OPTIK GEOMETRIS PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALEL Untuk EMB Untuk

OPTIK GEOMETRIS PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALEL Untuk

OPTIK GEOMETRIS CONTOH SOAL PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALEL Seberkas cahaya datang pada kaca plan paralel yang terbuat dari kerona dengan indeks bias 1, 52 dan ketebalan 4 cm. Jika sudut datang , tentukan besar pergeseran sinar uang masuk terhadap sinar yang keluar dari kaca plan paralel!

OPTIK GEOMETRIS CONTOH SOAL PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALEL Penyelesaian: Pertama, kita tentukan sudut bias dengan menggunakan hukum snellius : Kemudian pergeseran t dihitung dengan menggunakan persamaan:

OPTIK GEOMETRIS PEMBIASAN PADA PRISMA DISPERSI CAHAYA PADA PRISMA

OPTIK GEOMETRIS PEMBIASAN PADA PRISMA SUDUT DEVIASI Perhatikan segi empat Perhatikan segi tiga ABC Sehingga diperoleh : Sehingga diperoleh sudut deviasinya adalah: …………… 1

OPTIK GEOMETRIS PEMBIASAN PADA PRISMA SUDUT DEVIASI MINIMUM Dengan demikian persamaan (1) dapat ditulis lagi menjadi: Dari persamaan (3) diperoleh: Dari persamaan (1) diperoleh: Jika indeks bias prisma ( dan indeks bias medium ( ) , dengan hukum Sneliius maka persamaan untuk mencari sudut deviasi minimum:

( OPTIK GEOMETRIS PEMBIASAN PADA PRISMA SUDUT DEVIASI MINIMUM Untuk sudut pembias prisma yang kecil ( , maka persamaan (3) dapat ditulis menjadi:

OPTIK GEOMETRIS PEMBIASAN PADA PRISMA CONTOH SOAL PEMBIASAN PADA PRISMA Sebuah prisma yang mempunyai sudut pembias terbuat dari sejenis kaca yang tidak diketahui indeks biasnya. Sinar datang pada salah satu sisi prisma. Dengan memutar sisi prisma, diperoleh deviasi minimum sebesar a. Berapakah indeks bias prisma? b. Jika prisma diletakkan di dalam air dengan indeks bias , berapakah besar deviasi minimum yang terjadi?

OPTIK GEOMETRIS PEMBIASAN PADA PRISMA CONTOH SOAL PEMBIASAN PADA PRISMA Penyelesaian: a. Selanjutnya mencari indeks bias prisma menggunakan persamaan:

OPTIK GEOMETRIS PEMBIASAN PADA PRISMA CONTOH SOAL PEMBIASAN PADA PRISMA Penyelesaian: b. Jika prisma berada di dalam air ( ), besar sudut deviasi minimum dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

Pembentukan Bayangan Pada Cermin Datar �Untuk melukis bayangan pada cermin datar dapat dilakukan dengan menggunakan hukum pemantulan cahaya. �Contoh: melukis bayangan sebuah pensil di depan cermin datar.

�Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar: Maya, tegak, sama besar Jarak benda = jarak bayangan �Perbesaran bayangan: �Jumlah bayangan yang terbentuk oleh dua cermin yang membentuk sudut : Keterangan: n= jumlah bayangan = sudut apit kedua cermin m= 0 jika 3600/ bernilai ganjil m= 1 jika 3600/ bernilai genap

Pemantulan pada Cermin Lengkung �Jenis: cermin cekung dan cermin cembung. �Garis yang melewati O: sumbu utama cermin. �Titik R : jari-jari kelengkungan cermin. �Jarak OF: panjang fokus

Hubungan radius cermin dengan panjang fokus:

Pemantulan pada Cermin Cekung �Permukaan yang memantulkan cahaya adalah permukaan bagian dalam. �Bersifat mengumpulkan cahaya (konvergen). �Pembentukan bayangan pada cermin cekung dapat dilakukan dengan melukis sinar-sinar istimewa yang melewati cermin cekung.

Pembentukan bayangan cermin cekung Sifat : Mengumpulkan sinar (konvergen) R F Sinar Pantul Sinar Datang

III IIV

III IIV

III IIV

III IIV

Kesimpulan: Jika benda di ruang III (lebih besar dari jarak fokus), bayangan yang di bentuk bersifat nyata, diperkecil, dan terbalik. Jika benda berada di ruang I (jaraknya lebih kecil dari jarak fokus), bayangan yang terbentuk bersifat maya, diperbesar, dan sama tegak. Bila benda berada di jauh tak hingga, bayangan terletak di titik fokus, dengan sifat nyata, diperkecil dan terbalik. Bayangan nyata terletak di depan cermin, dan bayangan maya terletak di belajang cermin.

Jarak bayangan benda: Keterangan: s = jarak benda s’= jarak bayangan f = panjang fokus R= jari-jari cermin Perbesaran bayangan: Keterangan: M = perbesaran bayangan h’= tinggi bayangan

Contoh soal: �Sebuah cermin cekung mempunyai panjang fokus 2 cm. sebuah benda setinggi 1 cm berada di depan cerin tersebut. Lukiskan bayangan yang terbentuk da hitung perbesaran bayangan jika benda berada pada jarak: a. 1 cm dari cermin b. 3 cm dari cermin c. 6 cm dari cermin

Penyelesaian: �Diketahui: f = 2 cm h=1 cm �Ditanyakan: lukisan bayangan dam h’ jika: a. s = 1 cm b. s = 3 cm c. s = 6 cm �Jawab: a. Untuk s = 1 cm bayangan benda dapat dilukis sebagai berikut.

Penyelesaian: � Jarak bayangan dapat dicari dengan persamaan: � Perbesaran bayangan: � Jadi perbesaran bayangan adalah 2 kali tinggi semula atau 2 cm. � Tanda (-) menunjukkan bayangan berada dibelakang cermin (maya) sejauh 2 cm.

Penyelesaian: �Untuk s = bayangannya digambarkan berikut: 2 cm, dapat sebagai �Jarak bayangan dapat dicari dengan persamaan: �Jadi, jarak bayangan 6 cm di depan cermin setingggi 3 cm

Penyelesaian: �Untuk s = bayangannya digambarkan berikut: 6 cm, dapat sebagai �Jarak bayangan dapat dicari dengan persamaan: �Jadi, jarak bayangan 3 cm di depan cermin setingggi 1, 5 cm

Pemantulan pada Cermin Cembung �Cermin cembung (konveks) banyak digunakan pada spion mobil atau motor, memonitor pembeli beberapa toko besar. �Permukaan yang memantulkan cahaya adalah permukaan bagian luar yang cembung. �Bersifat menyebarkan cahaya disebut divergen. �Titik fokus dan titik pusat kelengkungan cermin berda di belakang cermin.

Pembentukan bayangan pada cermin cembung objek bayangan F C Sifat bayangan: maya, diperkecil, tegak

Jarak bayangan benda: Keterangan: s = jarak benda s’= jarak bayangan f = panjang fokus(negatif karena berada di belakang cermin) R= jari-jari cermin

Pembentukan Bayangan pada Bidang Bias Lengkung �Bidang lengkung sferis biasanya mempunyai ketebalan tertentu. �Bidang lengkung yang sangat tipis (ketebalannya diabaikan) disebut lensa. �Lensa adalah benda bening tembus cahaya yang terdiri dari dua bidang lengkung atau satu bidang lengkung dan satu bidang datar.

Pembentukan Bayangan pada Bidang Bias Lengkung �Suatu bidang lengkung yang terbuat dari benda tembus cahaya dapat membiaskan cahaya yang jatuh padanya. Pembiasaan cahaya selalu memenuhi hukum Snellius, termasuk juga pembiasan cahaya pada bidang lengkung. Jalannya sinar ketika melewati permukaan cembung ditunjukan gambar berikut ini :

�Sesuai hukum Snellius: �Jika kecil, maka sudut , , i, r juga kecil, sehingga sinus sudut tersebut dapat digantikan dengan sudut itu sendiri. Dengan mengetahui: �diperoleh:

�Jika dinyatakan dalam radian maka: �Karena hanya persamaan yang bernilai eksak, maka diperoleh persamaan: �Keterangan: n 1 = indeks bias medium 1 n 2 = indeks bias medium 2 s = jarak benda dari permukaan lengkung s’ = jarak bayangan R = jejari kelengkungan

�Jalannya sinar ketika melewati permukaan lengkung cekung ditunjukkan seperti gambar: �Dua sinar dari O menyebar setelah direfraksikan oleh permukaan lengkung sferis dan membentuk bayangan maya di I.

�Dengan demikian, s bernilai positif tetapi s’ dan R bernilai negatif. �Perbesaran bayangan akibat pembiasan pada bidang lengkung diberikan dengan persamaan berikut:

Dobel cembung (bikonveks) Cembung (konveks) Cembung cekung(konve ks-konkaf) Cembungdatar (plankonveks) Lensa Dobel cekung (bikonkof) Cekung (konkaf) Cekung datar (plan-konkaf) cekung cembung (konkaf-konveks)

M a c a m L e n s a

Pembentukan Bayangan pada Lensa Cembung �Lensa cembung merupakan lensa yang permukaan lengkungnya menghadap ke luar. �Bersifat konvergen.

Bagian-bagian Lensa cembung • Titik F : fokus • Titik P : titik kelengkungan lensa • Jarak OP : jari-jari kelengkungan lensa • Titik O : titik pusat lensa

Pembentukan bayangan pada lensa cembung

Persamaan yang berlaku pada lensa cembung Keterangan: s = jarak benda s’= jarak bayangan f = panjang fokus R= jari-jari cermin Perbesaran bayangan: Keterangan: M = perbesaran bayangan h’= tinggi bayangan

Untuk menentukan sifat benda dan bayangan, kita dapat mengikuti perjanjian berikut: • Jika benda di depan lensa, jarak benda (s) bernilai positif dan bersifat nyata. Sebaliknya, jika benda berada di belakang lensa, jarak benda bernilai negatif (-s) dan bersifat maya. • Jika bayangan di belakang lensa, jarak bayangan (s’) bernilai positif dan bersifat nyata. Namun, jika bayangan di depan lensa, jarak bayangan bernilai negatif (-s’) dan bersifat maya.

Pembiasan Cahaya pada Lensa Cekung �Lensa cekung merupakan lensa yang permukaan lengkungnya menghadap ke dalam. �Ciri utama: bagian tengah lebih tipis daripada bagian pinggirnya. �Disebut juga lensa negatif karena titik fokus utamanya bernilai negatif (terletak di depan lensa). �Bersifat divergen (memancarkan sinar)

Pembentukan bayangan pada lensa cekung

Persamaan yang berlaku pada lensa cekung Keterangan: s = jarak benda s’= jarak bayangan f = panjang fokus R= jari-jari cermin

Perjanjian: Jika benda di depan lensa, benda bersifat nyata dan jarak benda (s) bernilai positif. Sebaliknya, jika di belakang lensa, benda bersifat maya dan jarak benda (s) bernilai negatif (-s). jika bayangan di depan lensa, bayangan bersifat maya dan jarak bayangan (s’) bernilai negatif. Sebaliknya, jika bayangan di belakang lensa, bayangan bersifat nyata dan jark bayangan (s’) bernilai positif (s’).

Perbesaran bayangan:

Lensa Tipis �Permukaan sebuah lensa dapat berupa bola, parabola atau silinder. Namun uraian materi modul ini hanya membicarakan lensa tipis dengan permukaannya merupakan permukaan bola. �Lensa dibedakan atas lensa positif atau lensa cembung dan lensa negatif atau lensa cekung

Pembiasan pada lengkung I: Pembiasan pada lengkung II:

Benda di tak berhingga bayangan jatuh di titik fokus (f) di dapat:

�Besaran untuk menyatakan kuat lensa ( P ) didefinisikan sebagai kebalikan jarak fokus ( F ). P = 1/f �Dimana P = kuat lensa ( dioptri ) f = jarak fokus ( meter ).

�Alat-alat optik terdiri dari susunan beberapa buah lensa berjarak tertentu dengan sumbu utama berimpit. �Pembentukan lensa pada susunan lensa dapat dilakukan dengan ketentuan sebagai berikut : Bayangan yang dibentuk oleh lensa pertama dianggap sebagai benda untuk lensa kedua. Bayangan lensa kedua dianggap sebagai benda untuk lensa ketiga, dst.

�Jika bayangan dari lensa pertama terletak didepan lensa kedua, bayangan dianggap nyata bagi lensa kedua, dan jarak benda s bertanda positif. �Jika bayangan dari lensa pertama terletak di belakang lensa kedua, bayangan dianggap maya bagi lensa kedua, dan jarak benda s bertanda negatif. �Jarak kedua lensa : d = S 1’ + Sn

�Dengan d = jarak kedua lensa S 1’ = jarak bayangan lensa pertama Sn = jarak benda lensa kedua �Perbesaran total yang dihasilkan oleh dua buah lensa : Mtot = M 1 x M 2 �Dengan Mtot = perbesaran total oleh kedua lensa. M 1 = perbesaran oleh lensa pertama M 2 = perbesaran oleh lensa kedua S 1 = jarak benda lensa pertama S 1’ = jarak bayangan lensa pertama S 2 = jarak benda lensa kedua S 2’ = jarak bayangan lensa kedua

�Jika lensa-lensa berada dalam keadaan kontak atau berimpit (d=0), lensa tersebut dapat digantikan oleh sebuah lensa ekuivalen dengan nilai fokus gabungan : 1/fgab = 1/f 1 + 1/f 2 +. . . . �Dengan fgab = fokus gabungan f 1, f 2, . . . = fokus masing-masing lensa �Sehingga, Pgab = P 1 + P 2 +. . . . �Dengan Pgab = kuat lensa gabungan (dioptri) P 1, P 2, . . . = kuat setiap lensa (dioptri)

Aberasi Sferis � Penyimpangan pembentukan bayangan dari suatu benda yang terletak di sumbu utama karena bentuk lengkung dari lensa. � Berkas sejajar sumbu utama lensa tidak semua dibiaskan melalui titik fokus. 1.

� Hanya sinar paraksial yang dibiaskan melalui titik fokus. � Sinar-sinar sejajar yang semakin jauh dari sumbu utama akan dibiaskan melalui titik yang semakin dekat pada lensa. �Penyimpangan ini dapat diatasi dengan memakai lensa gabungan aplanatis atau diafragma. �Lensa gabungan aplanatis rediri dari 2 buah lensa yang terbuat dari jenis kaca yang berlainan. �Diafragma berfungsi untuk membelokkan sinar-sinar tepi, sehingga sinar yang melalui lensa hanya sinar paraksial.

2. Astigmatis � Kelainan pembentukan bayangan dari suatu benda titik yang jauh dari sumbu utama. � Hal ini terjadi karena garis-garis vertikal dan horisontal dikumpulkan pada jarak yang berbeda.

3. Distorsi � Suatu aberasi yang disebabkan oleh perbesaran bayangan yang tidak merata. � Perbesaran pada bagian-bagian yang paling luar tidak sama. � Benda yang berupa garis-garis sejajar akan melengkung.

4. Aberasi kromatis � Cahaya matahari terdiri dari bermacam-macam warna yang disebut polikromatis. � Setiap warna memiliki panjang gelombang yang berbeda.

�Ini yang menyebabkan berkas sinar polikromatis setelah dibiaskan lensa akan terurai menjadi beberapa warna dan setiap warna memiliki fokus yang berbeda. �Titik fokus warna merah lebih jauh daripada titik fokus warna ungu. �Gejala ini yang disebut aberasi kromatis.

�Gejala ini dpat dihilangkan dengan menggunakan lensa akromatis, yaitu lensa gabungan yang terdiri dari 2 buah lensa yang jenis kacanya berlainan, misalnya kerona dan flinta. �Syarat lensa akromatis : (ftot)merah = (ftot)ungu 1/f(tot)merah = 1/f(tot)ungu 1/m 1 + 1/m 2 = 1/u 1 + 1/u 2

�Dengan fm 1 = fokus lensa 1 untuk cahaya merah fm 2 = fokus lensa 2 untuk cahaya merah fu 1 = fokus lensa 1 untuk cahaya ungu fu 2 = fokus lensa 2 untuk cahaya ungu