Top Banner
Optik Geometri dan Alat - Alat Optik Kalau kita membahas Optic berarti membahas tentang konsep cahaya. Teori Cahaya ada dua konsep fsika 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 !isis ("i#raksi, inter#erensi atau polarisasi. Terdapat tiga prinsip dalam Optika Geometri yaitu bentuk lintasan cahaya, $ukum Pemantulan dan $ukum Pembiasan. PEMANTULAN CAHAYA Pada medium $omogen Cahaya merambat lurus. Pemantulan adalah pengemalian dari suatu erkas !aha"a ketika ertemu dengan idang atas antara dua medium# $ukum Pemantulan. Oleh % &'an &melga ) * + *
20

Optik Geometri Dan Alat Optik Edited to Blog

Oct 06, 2015

Download

Documents

ini
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript

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