Optik Geometri dan Alat - AlatOptikOleh : Evan Emelga - X-1 /
12
Kalau kita membahas Optic berarti membahas tentang konsep
cahaya. Teori Cahaya ada dua konsep fisika yang dipakai, yaitu
Cahaya dianggap sebagai partikel dan Cahaya sebagai Gelombang.
Optika adalah ilmu yang membahas tentang konsep cahaya sebagai
gelombang. Optika dibagi menjadi Optika Geometri (pemantulan dan
Pembiasan) dan Optika Fisis (Difraksi, interferensi atau
polarisasi).Terdapat tiga prinsip dalam Optika Geometri yaitu
bentuk lintasan cahaya, Hukum Pemantulan dan Hukum Pembiasan.
PEMANTULAN CAHAYAPada medium Homogen Cahaya merambat lurus.
Pemantulan adalah pengembalian dari suatu berkas cahaya ketika
bertemu dengan bidang batas antara dua medium.Hukum
Pemantulan.Hukum Pemantulan menyatakan sebagai berikut :1. Sinar
datang, sinar pantul, dan garsi Normal terletak dalam satu bidang
datar.2. Sudut datang / Incindent wave (i) sama dengan sudut pantul
/ Reflected wave (r)
PEMANTULAN PADA CERMINPembentukan Cahaya Oleh Cermin
DatarPemantulan pada cermin datar :
Sifat bayangan yang dibentuk cermin datar :a. Mayab. Jarak
benda-cermin = Jarak bayangan-cerminc. Tegak
Pembentukan Bayangan Oleh Cermin CekungPembentukan bayangan oleh
cermin cekung mematuhi hukum-hukum pemantulan cahaya. Untuk dapat
melukis bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung biasanya
digunakan tiga sinar istimewa. Sinar istimewa adalah sinar datang
yang lintasannya mudah diramalkan tanpa harus mengukur sudut datang
dan sudut pantulnya. Tiga sinar istimewa itu adalah :1.Sinar yang
melalui pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan melalui pusat
kelengkungan itu lagi.
Sinar yang melewati titik pusat kelengkungan akan dipantulkan
cermin cekung melewati titik tersebut.
2.Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui fokus
utama.
Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui fokus
utama
3.Sinar yang melalui fokus utama akan dipantulkan sejajar sumbu
utama.
Sinar yang melalui fokus utama dipantulkan sejajar sumbu
utama.
Pembentukan Bayangan Oleh Cermin CembungSama dengan cermin
cekung, cermin cembung juga mempunyai tiga sinar istimewa. Karena
jarak fokus dan pusat kelengkungan cermin cembung berada di
belakang cermin maka ketiga sinar istimewa pada cermin cembung
tersebut adalah : 1.Sinar yang datang menuju pusat kelengkungan
akan dipantulkan kembali
2.Sinar yang datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan
seolah-olah dari fokus
3.Sinar yang datang menuju fokus akan di pantulkan sejajar sumbu
utama
Untuk dapat melukis banyangan pada cermin cembung di perlukan
minimal dua sinar istimewa, sama caranya pada cermin cekung. Coba
perhatikan contoh lukisan di bawah ini.
Benda AB di depan cermin cekung, lukisan bayangannya menggunakan
dua sinar istimewa (1) sinar datang sejajar sumbu utama di
pantulkan seolah-olah dari fokus (2) sinar datang menuju pusat
kelengkungan di pantulkan kembali sehingga di peroleh bayangan
A'B'.Sifat bayangan dari benda di depan cermin cembung selalu :
Maya, Tegak, Diperkecil
Rumus pada Cermin Cekung dan Cermin Cembung :
Karakteristik Cermin* Cekung :1. Jari - jari kelengkungan
positif 2. Jika jarak obyek > fokus bayangan nyata, terbalik3.
Jika obyek terletak antara fokus dan cermin bayangan maya, tegak,
diperbesar* Cembung:1. Jari - jari kelengkungan negatif2. Jika
obyek didepan cermin terbentuk bayangan3. Bayangan maya, tegak,
diperkecil* Datar : 1. Jari - jari kelengkungan tak berhingga2.
Bayangan maya, sama besar, tegak
Contoh Soal :1. Di mana seseorang harus berdiri di depan cermin
cekung berjari-jari 120 cm agar dapat melihat bayangan wajahnya
yang tegak dan 4 kali lebih besar Penyelesaian : Bayangan tegak dan
maya s negatif s = -4s 1/s + 1/s = 2/R s = 45 cm
2. Cermin apakah yang harus digunakan , dan berapa pula
jari-jarinya agar dapat membentuk bay tegak , 1/5 kali besar obyek
yang ditempatkan 15 cm di depannya.Penyelesaian : Bayangan tegak ,
s negatif s = -s/5 Bayangan < obyek cermin cembung 1/15 - 1/3 =
2/R R = -7,5 cm
PEMANTULAN PADA LENSA
Lensa Cembung
Pembentukan Bayangan Pada Lensa Cembung
Pada Lensa Cembung, bayangan nyata terbentuk pada titik
pertemuan semua berkas sinar yang melewati lensaLensa cembung dapat
digunakan untuk memproyeksikan bayangan nyata
Lensa Cekung
Sinar datang paralel dibiaskan menjauhi titik fokus dan
seolah-olah berasal dari titik fokus lensa (F)
Jarak antara titik fokus ke pusat lensa disebut panjang fokus
(f)
Lensa yang kuat memiliki f yang kecil
Kekuatan Lensa: P = 1/ f
Panjang fokus dan kekuatan lensa cekung berharga negatif
Pembentukan Bayangan Pada Lensa Cekung
Rumus Pada Lensa
Kuat lensa P = 1/F P bersatuan Dioptri dan F bersatuan meter
Contoh 1 : Lensa konfergen ( f=20 cm) ditempatkan 37 cm dari
depan layar. Dimanakah obyek harus diletakkan agar tampil pada
layar? Penyelesaian: 1/s + 1/37 = 1/20
Contoh 2 : Sebuah lensa kaca ( n=1,5) , jarak fokusnya 10 cm
dalam udara. Berapakah jarak fokus lensa dalam air (n=1,33)
Penyelesaian : di udara : 1/10 = (1,5-1) ( 1/r + 1/r) dalam air :
1/f = (1,5-1,33) ( 1/r + 1/r) Contoh 3 : Suatu lensa terdiri dari 2
lensa tipis yang bersentuhan, masing-masing berkekuatan + 10
diopteri dan 6 diopteri. Berapakah kekuatan dan jarak fokus susunan
lensa itu?Penyelesaian : Kuat susunan lensa P = +10 -6 = + 4Jarak
fokus gab f = 0.25 m = 25 cm.
PEMBIASAN CAHAYAPembiasan adalah peristiwa pembelokan arah
rambatan cahaya yaitu ketika cahaya melewati batas dua medium yang
berbeda kerapatannya.
Hukum Pembiasan Cahaya dari Snellius :1.Sinar datang garis
normal dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.2.Hasil
perbandingan antara sinus sudut datang dengan sinus sudut bias
merupakan sebuah bilangn konstan (indek bias).
Pembiasan oleh Kaca Planparalel :
Sinar istimewa : n2 > n1
sinar 3 : i = ic ic = sudut kritis , = 90o sinar 4 : i > ic
maka sinar dipantulkan sempurna Sudut kritis : Sin ic = n /n
Peristiwa pemantulan sempurna merupakan dasar bekerjanya serat
optis dan serat berongga Serat berongga berfungsi sebagai jalan
cahaya bagi cahaya laser dengan daya sangat besar
Contoh soal :1. Sekeping kaca ( indeks bias 1,55) tebalnya 0,6
cm. Berapa waktu diperlukan suatu pulsa cahaya untuk melintasi
keping Penyelesaian t = x / v t = x / ( c/n)
2. Indeks bias intan 2,42. Berapa sudut kritis agar cahaya yang
berasal dari dalam intan bisa keluar Penyelesaian n sin = n sin
2,42 sin = 1 sin 90
Pembiasan Oleh Kaca Prisma
Pembiasan Permukaan Lengkung
PENERANGAN DAN FOTOMETRIIntensitas cahaya ( I ) : ukuran
kekuatan sumber menurut mata kita, satuan lilin atau Candela (cd) 1
lilin = 0,981 cd
Fluks cahaya ( F ) : jumlah cahaya yang terlihat dan dipancarkan
oleh suatu sumbar , satuan lumen (lm) F = 4 I
Intensitas Penerangan atau Iluminasi ( E ) : banyaknya cahaya
yang tiba pada satu luas satuan lm/m (luks) E = F/A = 4 I / 4r = I
/ r
Azas fotometri I1 / I2 = r1 /r2
Suatu lampu sorot intensitas rata-ratanya 1000 cd. Seluruh
cahayanya oleh reflektor dan lensa dipusatkan pada permukaan suatu
dinding seluas 200 cm2. Berapa intensitas penerangan daerah itu? E
= F/A = 4 I /A
Sebuah lampu yang tidak diketahui intensitasnya , apabila
terletak 90 cm dari alat ukur cahayamenghasilkan intensitas
penerangan yang sama seperti lampu standart 32 cdpada jarak 60 cm.
Berapa intensitas lampu itu? I1 / I2 = r /r
Alat-alat optikCermin dan lensa serta prinsip kerjanya
memberikan sarana pemahaman bagi pemanfaatannya untuk mempermudah
dan membantu kehidupan manusia. Alat-alat yang bekerja berdasarkan
prinsip optik (cermin dan lensa) digolongkan sebagai alat
optik.MataSalah satu alat optik alamiah yang merupakan salah satu
anugerah dari Sang Pencipta adalah mata. Di dalam mata terdapat
lensa kristalin yang terbuat dari bahan bening, berserat, dan
kenyal. Lensa kristalin atau lensa mata berfungsi mengatur
pembiasan yang disebabkan oleh cairan di depan lensa. Cairan ini
dinamakanaqueous humor. Intensitas cahaya yang masuk ke mata diatur
oleh pupil. Lensa mata dapat memfokuskan cahaya yang berasal dari
benda yang jaraknya berbeda sehingga jatuh di retina mata caranya
dengan mengubah jarak fokus lensa mata disebut proses akomodasi.
Orang dewasa normal tak dapat berakomodasi untuk jarak benda lebih
kecil dari 25 cmtitik dekat. Mata anak normal dapat berokomodasi
untuk jarak benda sampai sedekat 10 cm. Mata orang yang berusia
diatas 40 tahun tak dapat berokomodasi untuk benda yang berjarak 25
cm
Daya Akomodasi Mata.Perlu diketahui bahwa jarak antara lensa
mata dan retina selalu tetap. Sehingga dalam melihat benda-benda
pada jarak tertentu perlu mengubah kelengkungan lensa mata. Untuk
mengubah kelengkungan lensa mata, yang berarti mengubah jarak titik
fokus lensa merupakan tugas otot siliar. Hal ini dimaksudkan agar
bayangan yang dibentuk oleh lensa mata selalu jatuh di retina. Pada
saat mata melihat dekat lensa mata harus lebih cembung (otot-otot
siliar menegang) dan pada saat melihat jauh lensa harus lebih pipih
(otot-otot siliar mengendor).Peristiwa perubahan-perubahan ini
disebut daya akomodasi.Daya akomodasi (daya suai) adalah kemampuan
otot siliar untuk menebalkan atau memipihkan kecembungan lensa mata
yang disesuaikan dengan dekat atau jauhnya jarak benda yang
dilihat.Manusia memiliki dua batas daya akomodasi (jangkauan
penglihatan) yaitu :1.titik dekat mata (punctum proximum)adalah
jarak benda terdekat di depan mata yang masih dapat dilihat dengan
jelas. Untuk mata normal (emetropi) titik dekatnya berjarak 10cm
s/d 20cm (untuk anak-anak) dan berjarak 20cm s/d 30cm (untuk
dewasa). Titik dekat disebut juga jarak baca normal.2.titik jauh
mata (punctum remotum)adalah jarak benda terjauh di depan mata yang
masih dapat dilihat dengan jelas. Untuk mata normal titik jauhnya
adalah tak terhingga.Cacat MataBerkurangnya daya akomodasi mata
seseorang dapat menyebabkan berkurangnya kemampuan mata untuk
melihat benda pada jarak tertentu dengan jelas. Cacat mata yang
disebabkan berkurangnya daya akomodasi, antara lain rabun jauh,
rabun dekat dan rabun dekat dan jauh. Selain tiga jenis itu, masih
ada jenis cacat mata lain yang disebut astigmatisma.Cacat mata
dapat dibantu dengan kacamata. Kacamata hanya berfungsi membantu
penderita cacat mata agar bayangan benda yang diamati tepat pada
retina. Kacamata tidak dapat menyembuhkan cacat mata. Ukuran yang
diberikan pada kacamata adalah kekuatan lensa yang digunakan.
Kacamata berukuran -1,5, artinya kacamata itu berlensa negatif
dengan kuat lensa -1,5 dioptri.
Rabun jauh (miopi)
Rabun jauh yaitu mata tidak dapat melihat benda-benda jauh
dengan jelas, disebut juga mata perpenglihatan dekat (terang
dekat/mata dekat).Rabun dekat (hipermetropi)
Rabun dekat tidak dapat melihat jelas benda dekat, disebut juga
mata perpenglihatan jauh (terang jauh/mata jauh).Mata tua
(presbiopi)Mata tua tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda
yang sangat jauh dan benda-benda pada jarak baca normal, disebabkan
daya akomodasi telah berkurang akibat lanjut usia (tua). Pada mata
tua titik dekat dan titik jauh keduanya telah bergeser.Astigmatisma
(mata silindris)
Astigmatisma disebabkan karena kornea mata tidak berbentuk
sferik (irisan bola), melainkan lebih melengkung pada satu bidang
dari pada bidang lainnya. Akibatnya benda yang berupa titik
difokuskan sebagai garis.Kamera
Kamera digunakan manusia untuk merekam kejadian penting atau
kejadian yang menarik.Bagian-bagian kamera mekanik (bukan otomatis)
menurut kegunaan fisis : lensa cembung berfungsi untuk membentuk
bayangan dari benda yang difoto diafragma berfungsi untuk membuat
sebuah celah/lubang yang dapat diatur luasnya aperture yaitu lubang
yang dibentuk diafragma untuk mengatur banyak cahaya shutter
pembuka/penutup dengan cepat jalan cahaya yang menuju ke pelat film
pelat film berfungsi sebagai layar penangkap/perekam
bayangan.Setiap benda yang di foto, terletak pada jarak yang lebih
besar dari dua kali jarak fokus di depan lensa kamera, sehingga
bayangan yang jatuh pada pelat film memiliki sifat nyata, terbalik
dan diperkecil. Untuk memperoleh bayangan yang tajam dari
benda-benda pada jarak yang berbeda-beda, lensa cembung kamera
dapat digeser ke depan atau ke belakang.Lup (kaca pembesar)
Lup (kaca pembesar) dipakai untuk melihat benda-benda kecil agar
tampak lebih besar dan jelas. Oleh tukang arloji, lup dipakai agar
bagian jam yang diperbaikinya kelihatan lebih besar dan jelas.Lup
menggunakan 1 lensa cembung (Lensa +)Melihat dengan mata tak
berakomodasiUntuk melihat tanpa berakomodasi maka lup harus
membentuk bayangan di jauh tak berhingga. Benda yang dilihat harus
diletakkan tepat pada titik fokus lup. Perhatikan Gambar dibawah
!
Keuntunganya adalah untuk pengamatan lama mata tidak cepat
lelah, sedangkan kelemahannya dari segi perbesaran berkurang. Sifat
bayangan yang dihasilkan maya, tegak dan diperbesar.Perbesaran
anguler yang didapatkan adalah :M =PP/fKeterangan :M = perbesaran
lupPP= titik dekat mataf = jarak titik fokus lensaMelihat dengan
mata berakomodasiAgar mata dapat melihat dengan berakomodasi
maksimum, maka bayangan yang dibentuk oleh lensa harus berada di
titik dekat mata (PP). Benda yang dilihat harus terletak antara
titik fokus dan titik pusat sumbu lensa.Kelemahannya untuk
pengamatan lama mata cepat lelah, sedangkan keuntungannya dari segi
perbesaran bertambah.Sifat bayangan yang dihasilkan maya, tegak dan
diperbesar.Perbesaran anguler yang didapatkan adalah :M =PP/f+
1Keterangan :M = perbesaran lupPP= titik dekat mataf = jarak titik
fokus lensaMikroskop
Penggunaan lup untuk mengamati benda-benda kecil ada batasnya.
Jika kita menggunakan lup yang berjarak fokus kecil untuk
mendapatkan perbesaran yang lebih besar, bayangan yang diperoleh
tidak sempurna.Dalam subbab ini akan dipelajari mikroskop cahaya
yang proses kerjanya memanfaatkan lensa cembung dengan menerapkan
pembiasan cahaya.Pada mikroskop, Fob < FokDasar kerja mikroskop
: Obyek atau benda yang diamati harus diletakkan di antara Fob dan
2Fob, sehingga lensa obyektif membentuk bayangan nyata, terbalik
dan diperbesar. Bayangan yang dibentuk lensa obyektif merupakan
benda bagi lensa okuler. Lensa okuler berperan seperti lup yang
dapat diatur/digeser-geser sehingga mata dapat mengamati dengan
cara berakomodasi atau tidak berakomodasi. Pengamatan dengan
akomodasi maksimumUntuk pengamatan dengan akomodasi maksimum, maka
bayangan yang dibentuk oleh lensa obyektif jatuh di antara Fok dan
Ook, dan bayangan lensa okuler harus jatuh pada titik dekat mata
(PP). Perbesaran yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh
lensa obyektif dan lensa okuler yaitu:M = Mobyx MokM = (Si/So) x
(PP/fokuler+ 1) Pengamatan dengan mata berakomodasi
Untuk pengamatan dengan mata tidak berakomodasi, maka bayangan
yang dibentuk oleh lensa obyektif jatuh di Fok, dan bayangan yang
dibentuk lensa okuler harus berada pada titik jauh mata.Perbesaran
yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa obyektif dan
lensa okuler yaitu:M = Mobyx MokM = (Si/So) x (PP/fokuler)Panjang
MikroskopPanjang mikroskop adalah jarak lensa obyektif terhadap
lensa okuler dirumuskan :Untuk mata berakomodasid = Si(ob)+
So(ok)Keterangan :d = panjang mikroskopSi(ob)= jarak bayangan lensa
obyektifSo(ok)= jarak benda lensa okulerUntuk mata tidak
berakomodasid = Si(ob)+ f(ok)Keterangan : d = panjang
mikroskopSi(ob)= jarak bayangan lensa obyektiff(ok)= jarak fokus
lensa okulerHasil bayangan akhir pada mikroskop : Maya Terbalik
Diperbesar
Teropong (Teleskop) (Semua teropong pasti Fob > Fok)A.
Teropong bintang / astronomi
Teropong bintang disebut juga teropong astronomi.- terdiri dari
2 buah lensa cembung.- jarak fokus lensa obyektif lebih besar dari
jarak fokus lensa okuler.Penggunaan dengan mata tidak
berakomodasiUntuk penggunaan dengan mata tidak berkomodasi,
bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh di titik fokus
lensa okuler.Perbesaran anguler yang diperoleh adalah :M = f(ob)/
f(ok)Panjang teropong adalah :M = f(ob)+ f(ok)Penggunaan dengan
mata berkomodasi maksimalUntuk penggunaan dengan mata berkomodasi
maksimal bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh
diantara titik pusat bidang lensa dan titik fokus lensa
okuler.Perbesaran anguler dapat diturunkan sama dengan penalaran
pada pengamatan tanpa berakomodasi dan didapatkan :M = f(ob)/
So(ok)Panjang teropong adalah :M = f(ob)+ So(ok)
Sifat bayangan akhir : Maya, terbalik, diperbesar, di jauh tak
terhingga.
B. Teropong Bumi
Teropong bumi disebut juga teropong medan.Terdiri dari 3 buah
lensa cembung yaitu lensa obyektif, lensa okuler dan lensa
pembalik.Dengan adanya lensa pembalik panjang teropong dirumuskan
menjadi :d = f(ob)+ 4f(pembalik)+ f(ok)Lensa pembalik berfungsi
untuk membalikkan arah cahaya sebelum melewati lensa okuler, lensa
okuler berfungsi seperti lup membentuk bayangan bersifat maya,
tegak, dan diperbesar.Adanya lensa pembalik tidak mempengaruhi
perbesaran akhir, bayangan akhir bersifat maya, tegak dan
diperbesar dengan perbesaran :M = d = f(ob)/ f(ok)
C. Teropong prisma (binokuler) (Menggunakan 3 lensa positif /
cembung)
Teropong prisma terdiri atas dua pasang lensa cembung (sebagai
lensa objektif dan lensa okuler) dan dua pasang prisma kaca
siku-siku samakaki. Sepasang prisma yang diletakkan berhadapan,
berfungsi untuk membelokkan arah cahaya dan membalikkan
bayangan.Beberapa keuntungan praktis dari teropong prisma
dibandingkan teropong yang lain :1. Menghasilkan bayangan yang
terang, karena berkas cahaya dipantulkan sempurna oleh
bidang-bidang prisma.2. Dapat dibuat pendek sekali, karena sinarnya
bolak-balik 3 kali melalui jarak yang sama (dipantulkan 4 kali oleh
dua prisma).3. Daya stereoskopis diperbesar, dua mata melihat
secara bersamaan4. Dengan adanya prisma arah cahaya telah
dibalikkan sehingg terlihat bayangan akhir bersifat maya,
diperbesar dan tegak.Perbesaran (M) = Fob / Fok
D. Teropong pantul astronomi .Teropong pantul terdiri dari
sebuah cermin cekung berjarak fokus besar sebagai cermin objektif,
sebuah lensa cembung sebgai lensa okuler dan sebuah cermin datar
sebagai pembelok arah cahaya dari cermin objektif ke lensa
okuler.
E. Teropong panggung / medan / fonil / galileoTeropong panggung
terdiri dari dua lensa, yaitu :- lensa obyektif berup lensa
cembung- lensa okuler berupa lensa cekung (Berfungsi sebagai
pembalik)maka panjang teropong adalah :d = f(ob) f(ok)Perbesaran
anguler yang didapatkan adalah sama dengan perbesaran pada teropong
bintang ataupun juga teropong bumi.M = f(ob)/ f
Sumber Refrensi
:http://senarito.wordpress.com/2010/05/13/optik-geometri-dan-alat-alat-optik/http://fridaaaaa.files.wordpress.com/2011/12/optik-geometri.ppthttp://alfandirahmat.files.wordpress.com/2010/05/handout-optik.docDengan
beberapa perubahan.
Oleh : Evan EmelgaX-1 / 12