Cahaya dan Alat Optik
1. Sifat – sifat Cahaya
Sifat – sifat cahaya ada 4 yaitu merambat lurus, dapat dipantulkan, dapat dibiaskan dan merupakan gelombang elektromagnetik. Cahaya merambat lurus contohnya lilin atau lampu yang dinyalakan dalam ruangan gelap akan menerangi ruangan tersebut.
Pemantulan terjadi jika cahaya menumbuk suatu permukaan bidang, pemantulan berupa pemantulan baur dan pemantulan teratur. Pemantulan baur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang tidak rata seperti aspal, tembok, batang kayu dan sebagainya.
Pemantulan teratur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang rata seperti cermin datar atau permukaan air danau yang tenang. Pada pemantulan baur dan pemantulan teratur, sudut pemantulan cahaya besarnya selalu sama dengan sudut datangnya cahaya.
Ilustrasi pemantulan baur dan teratur :
Hukum Pemantulan
Cahaya
1). Sinar datang,
garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar .
2). Besar sudut datang sama dengan besar sudut pantul ()
Berikut proses
pemantulan cahaya pada cermin datar
Cahaya yang mengenai benda
sebagian dipantulkan ke mata, sebagian lagi diserap benda sebagai energi,
contohnya cahaya yang mengenai benda terlihat berwarna merah, berarti spektrum
cahaya merah dipantulkan oleh benda dan spektrum cahaya lainnya diserap oleh
benda.
Pembiasan terjadi jika cahaya melalui 2 medium yang kerapatan optiknya berbeda. Semakin besar kecepatan cahaya melalui 2 medium, semakin besar pula efek pembiasannya. Namun, pembiasan tidak terjadi saat cahaya masuk dengan posisi tegak lurus bidang batas kedua medium. Berikut contoh pembiasan :
(a) : pembiasan
berkas cahaya, (b) : pembiasan sendok dalam gelas berisi air
Gelombang cahaya
terbentuk karena adanya perubahan medan magnet dan medan listrik secara
periodik sehingga merupakan gelombang elektromagnetik. Gelombang cahaya
matahari memancar ke segala arah sampai ke bumi meskipun melalui ruang hampa.
Ini berarti cahaya dapat merambat melalui ruang kosong tanpa adanya
materi.
Berdasar
frekuensinya, gelombang elektromagnetik ada banyak jenis yang disebut spektrum
elektromagnetik. Berikut jenis – jenis spektrum elektromagnetik :
Cahaya tampak adalah cahaya yang
dapat dilihat oleh mata manusia, sekitar 400 – 700 nm. Warna cahaya yang
dapat dilihat tergantung pada panjang gelombang dari gelombang cahaya yang
masuk ke mata. Benda hanya memantulkan cahaya yang warnanya sama dengan warna
permukaannya, sehingga kita dapat menghindari dengan tepat warna benda.
2. Pembentukan Bayangan pada Cermin
Bayangan bersifat
nyata jika titik potongnya diperoleh dari perpotongan sinar – sinar pantul yang
mengumpul (konvergen). Sebaliknya, bayangan bersifat maya jika titik potongnya
merupakan hasil perpanjangan sinar – sinar pantul yang menyebar (divergen).
Berikut contoh pembentukan bayangan pada cermin datar :
s = jarak benda
terhadap cermin
s’ = jarak bayangan terhadap cermin
Cara melukis
pembentukan bayangan pada cermin datar :
1). Lukis sinar
benda menuju cermin dan dipantulkan ke mata sesuai hukum pemantulan cahaya
yaitu ()
2). Lukis sinar kedua seperti langkah pertama
3). Lukis perpanjangan sinar – sinar pantul dibelakang cermin hingga
berpotongan. Perpotongan sinar – sinar pantul merupakan bayangan benda
4). Jarak benda terhadap cermin sama dengan jarak bayangan terhadap
cermin
Bayangan pada
cermin datar bersifat maya. Titik bayangan dihasilkan dari perpotongan sinar –
sinar pantul yang digambarkan oleh garis putus – putus. Cahaya dapat
dipantulkan pada cermin datar, cermin cekung dan cermin cembung. Cahaya akan
dibiaskan pada lensa cekung dan lensa cembung.
Cermin lengkung
adalah cermin yang permukaannya melengkung. Cermin lengkung ada 2 yaitu cermin
cekung dan cembung. Berikut penampang melintang cermin lengkung :
Unsur – unsur cermin
lengkung yaitu :
1). Pusat
kelengkungan cermin : titik di pusat bola yang diiris menjadi cermin,
disimbolkan dengan M
2). Vertex : titik
di permukaan cermin yang sumbu utamanya bertemu dengan cermin, disimbolkan
dengan O
3). Titik api
(titik fokus) : titik bertemunya sinar – sinar pantul yang sejajar dengan sumbu
utama (terletak antara vertex dan titik pusat), disimbolkan dengan F
4). Jari – jari
kelengkungan cermin : jarak antara vertex (O) ke pusat kelengkungan cermin (M),
disimbolkan dengan R
5). Jarak fokus :
jarak dari vortex ke titik api, disimbolkan dengan f.
Pembentukan
bayangan pada cermin dan lensa menggunakan sinar – sinar istimewa. Sinar –
sinar istimewa pada cermin cekung :
Berikut contoh melukis bayangan cermin cekung
1). Benda berada
pada jarak lebih dari R :
Bayangan yang terbentuk : nyata, terbalik dan diperkecil
2). Benda di titik fokus (F):
Bayangan yang terbentuk : tidak terbentuk bayangan atau bayangan terletak di jauh tak hingga
3). Benda diantara
cermin dan F :
Bayangan yang terbentuk : maya, tegak dan diperbesar
Pembagian ruang
menurut Dalil Esbach :
Menurut Dalil Esbach, jumlah ruang benda dengan ruang bayangan = 5 (Rbenda + Rbayangan = 5)
Persamaan cermin
cekung :
dengan :
f = jarak fokus (cm)
s = jarak benda ke cermin (cm)
s’ = jarak banyangan (layar) ke cermin (cm)
Perbesaran cermin
cekung :
dengan :
M =
perbesaran
s = jarak benda ke cermin
h = tinggi benda
s’ = jarak bayangan (layar) ke cermin
h’ = tinggi bayangan
h’ positif menyatakan bayangan adalah tegak (dan maya)
h’ negatif menyatakan bayangan adalah terbalik (dan nyata)
Bayangan pada
cermin cembung bersifat maya, tegak dan diperkecil.
Contoh pembentukan
bayangan pada cermin cembung :
Persamaan cermin cembung sama dengan cermin cekung, namun titik fokus (F) dan pusat kelengkungan (M) terletak dibelakang, sehingga jarak folus (f) dan jari – jari (R) bernilai negatif.
3. Lensa
Lensa adalah benda
bening yang memiliki permukaan berbentuk cekung atau cembung, berfungsi
membiaskan cahaya. Jika dipegang, lensa cembung bagian tengahnya lebih tebal
daripada bagian tepi. Lensa cekung bagian tengahnya lebih tipis daripada bagian
tepi. Berikut contoh lensa cembung dan lensa cekung :
Kaca pembesar (lup) bagian utamanya lensa cembung yang berfungsi memperbesar bayangan benda yang akan diteliti. Sifat bayangan pada lensa cekung dan cembung tergantung pada posisi benda.
Sinar – sinar
istimewa pada lensa cembung :
Sinar – sinar istimewa pada lensa cekung :
Pada lensa cekung, benda yang terletak didepan lensa akan selalu menghasilkan bayangan maya, tegak, diperkecil dan terletak didepan lensa. Perbesaran pada lensa :
Kuat lensa (D)
adalah kemampuan lensa dalam mengumpulkan atau menyebarkan sinar, satuannya
dioptri, dinyatakan sebagai :
Dengan syarat f harus dinyatakan dalam m, jika f dinyatakan dalam cm maka rumusnya :
4. Indra Penglihatan Manusia
Mata adalah organ
penglihatan pada manusia dan hewan, berbentuk bulat, memiliki bagian – bagian
yang memiliki fungsi berbeda. Mata manusia dilindungi oleh 3 lapisan yaitu
lapisan sklera yang membentuk kornea, lapisan koroid yang membentuk iris dan
lapisan ketiga (retina).
Lensa mata berbentuk bikonvex (cembung depan – belakang), bersifat fleksibel, otot siliar yang ada di mata akan membantu mengubah kecembungan mata. Berikut contoh kecembungan lensa mata :
Ketika melihat benda berjarak jauh, otot siliaris berelaksasi, menyebabkan lensa mata lebih datar (tak berakomodasi). Ketika melihat benda berjarak dekat, otot siliaris berkontraksi, menyebabkan lensa menjadi cembung (akomodasi maksimum).
Retina : sel yang
sensitif terhadap cahaya matahari atau saraf penerima rangsang (fotoreseptor)
pada bagian belakang mata. Sel fotoreseptor ada 2 yaitu sel batang dan sel
kerucut. Sel batang akan menunjukkan responnya ketika di tempat redup, mampu
menerima rangsang sinar tidak berwarna, jumlah selnya sekitar 125 juta.
Gangguan pada lensa
mata dapat menyebabkan seseorang menderita hipermetropi, miopi, buta warna,
presbiopi dan astigmatisma.
Hipermetropi adalah
kelainan yang menyebabkan seseorang tidak dapat melihat dengan jelas benda yang
jaraknya dekat (± 30 cm). Karena bayangan yang terbentuk jatuh di belakang
retina. Penderita dibantu dengan lensa cembung. Berikut perubahan fokus sinar
pada hipermetropi :
Kekuatan lensa
kacamata yang diperlukan yaitu :
dengan :
PH = kekuatan lensa kacamata hipermetropi (D)
s = jarak benda didepan kacamata (Cm)
PP (punctum proximum) = titik dekat mata (Cm)
Miopi adalah
kelainan yang menyebabkan seseorang tidak dapat melihat dengan jelas benda yang
jaraknya jauh (tak hingga). Karena bayangan yang terbentuk jatuh didepan
retina. Penderita dibantu dengan lensa cekung. Berikut perubahan fokus sinar
pada miopi :
Kekuatan lensa
kacamata yang diperlukan :
dengan : PM = daya lensa
untuk miopi (D)
PR (Punctum Remotum) = titik jatuh mata (Cm)
Buta warna adalah kelainan yang
disebabkan ketidakmampuan sel – sel kerucut mata untuk menangkap suatu warna
tertentu, bersifat menurun, ada 2 jenis yaitu buta warna total dan sebagian.
Buta warna total hanya mampu melihat warna hitam dan putih, buta warna sebagian
tidak mampu melihat warna tertentu misalnya merah, biru atau hijau saja.
5. Alat Optik dalam Kehidupan Sehari – hari
Pembentukan
bayangan pada mata manusia merupakan bentuk pemanfaatan alat optik dalam
kehidupan sehari – hari. Contoh alat optik dalam kehidupan sehari – hari yaitu
kamera, lup, mikroskop, teropong dan teleskop.
Kamera : alat untuk mengambil gambar atau foto suatu objek; memiliki diafragma dan pengatur (shutter) untuk mengatur jumlah cahaya yang masuk ke lensa; kemudian memfokuskan bayangan benda pada film foto; bayangannya nyata, terbalik dan diperkecil; ukuran bayangan tergantung pada panjang fokus lensa dan jarak lensa pada film.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
Berikan Komentar