BAB V CAHAYA Cahaya adalah gelombang yang memindahkan tenaga tanpa perambatan massa. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang terdiri dari beberapa macam warna. Di dalam ruang hampa warna –warna mempunyai kecepatan perambatan yang sama, tetapi frekuensi dan panjang gelombang masing-masing warna berbeda-beda. Persamaannya memenuhi : c = ƒ. λ = 3x108 m/s • Sifat Gelombang Cahaya yang akan kita pelajari adalah 1. Pemantulan cahaya 2. Pembiasan cahaya 3. Jalannya cahaya pada alat – alat optik.
Macam-macam berkas cahaya: 1. Berkas mengumpul (Konvergen) 2. Berkas Menyebar ( divergen) 3. Berkas Sejajar.
Pemantulan Cahaya • Pemantulan cahaya ada 2 yaitu : 1. Pemantulan Difuse ( pemantulan cahaya baur) yaitu : cahaya kesegala arah
pemantulan
2. Pemantulan cahaya teratur yaitu pemantulan cahaya yang mempunyai arah teratur
• Bila seberkas cahaya jatuh pada suatu permukaan maka cahaya ada yang dipantulkan oleh permukaan tersebut • Sifat-sifat pemantulan berkas cahaya itu diselidiki oleh Willebord Snellius(1581-1626). Dari hasil penyelidikan ini dapat dihasilkan suatu hukum yang disebut Hukum Pemantulan snellius; yang berbunyi : 1. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. 2. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (p) i
p
Pemantulan cahaya oleh cermin • Pemantulan cahaya oleh cermin berlangsung secara teratur, sehingga menghasilkan pantulan yang jelas. Hukum pemantulan dari huggen : 1. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. 2. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (p) i
p
Sifat-sifat banyangan pada pemantulan oleh cermin datar 1. S’ = S 2. H’ =h 3. Banyangan bersifat manya dan tegak
Lukisan pembentukan banyangan oleh cermin datar B’
B
C
h
h’
D S
O
S’
Dari sifat kesebangunan OAB dengan OA’B’ diperoleh : AB = A’B’ atau
h = h’
OA = OA’ atau
s=s’
Pembesaran banyangan
h' M= =1 h
Pemantulan cahaya oleh cermin lengkung • Cermin lengkung adalah cermin yang permukaannya lengkung. Ada dua jenis cermin lengkung yaitu : 1. cermin cekung : permukaan yang memantulkan cahaya bagian dalamnya. bersifat mengumpulkan sinar yang datang padanya 2. cermin cembung : permukaan yang memantulkan cahaya bagian luarnya. bersifat menyebarkan sinar yang datang padanya
Hubungan antara jarak benda, jarak banyangan dan jarak fokus Hubungan antara jarak benda (s), jarak banyagan (s’), dan jarak fokus (f) pada cermin lengkung adalah :
1 1 1 + = f s s' 1 1 2 + = s s' R
Dengan ketentuan sebagai berikut : • Bila benda nyata (didepan cermin), maka s bertanda (+) • Bila benda maya (dibelakang cermin), maka s bertanda (–) • Bila bayangan nyata (didepan cermin), maka s’ bertanda (+) • Bila bayangan maya (dibelakang cermin), maka s’ bertanda (–) • Bila f dan R di depan cermin (cermin cekung), maka f dan R bertanda (+) • Bila f dan R di belakang cermin (cermin cembung), maka f dan R bertanda (-)
Lukisan pembentukan bayangan oleh cermin cekung • Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus • Sinar datang melalui titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama • Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan akan dipantulkan melalui titik pusat cermin
S h M
f O
h’ S’
S’ S h’ M
f
h O
Lukisan pembentukan bayangan oleh cermin cembung • Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus • Sinar datang menuju titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama • Sinar datang menuju titik pusat kelengkungan akan dipantulkan seolah-olah datang dari titik pusat cermin
S 1 3 2 h h’ O
S’
f
R
Analisis banyangan pada cermin lengkung • Untuk mempermudahkan kita dalam menganalisis banyangan pada cermin lengkung dibagi dalam beberapa wilayah sebagai berikut : IV
I
II
III
IV I
II
III
• Dengan pembagian wilayah tersebut , sifat-sifat bayangan yang terjadi pada cermin lengkung dapat ditentukan dengan mudah. Sistem penentuannya sebagai berikut : – Jumlah nomor ruang bayangan dan benda selalu 5 – Benda yang terletak di ruang II dan III akan menghasilkan bayangan nyata dan terbalik – Benda yang terletak di ruang I dan IV akan menghasilkan bayangan maya dan tegak – Bila nomor ruang benda lebih kecil daripada nomor ruang bayangan, maka bayangan diperbesar – Bila nomor ruang benda lebih besar daripada nomor ruang bayangan, maka bayangan diperkecil
Perbesaran bayangan pada cermin lengkung • Pembesaran bayangan pada cermin lengkung dapat dirumuskan sebagai berikut :
M
=
h' h
=
s' s
Pembiasan cahaya • Pengertian cahaya yang melalui bidang batas antara dua medium, akan mengalami perubahan arah rambat atau pembelokan. Peristiwa perubahan arah rambat cahaya dapat pada batas dua medium tersebut pada dasarnya disebabkan adanya perbedaan kecepatan merambat cahaya pada satu medium dengan medium yang lain. Peristiwa inilah yang disebut sebagai pembiasan cahaya
Hukum Snellius pada pembiasan Sinar datang v1 N1 N2
Garis normal
i
Medium 1 Medium 2
r v2 Sinar bias
Persamaan umum snellius tentang pembiasan adalah :
sin i n2 v1 = = sin r n1 v2 Dimana : * n1 dan n2 menyatakan indeks bias medium 1 dan 2 * v1 dan v2 menyatakan kecepatan merambat cahaya dalam medium 1 dan 2
Pembiasan cahaya pada kaca planparalel Garis normal x n1 d
i
n2 Kaca plan-paralel
udara r i’
kaca r’
udara
'
sin i sin i n= = <==> i = r ' ' sin r sin r sin (i − r ) x=d cos r d = ketebalan kaca plan paralel X = jarak pergeseran sinar
Pembiasan cahaya pada prisma C
n1
n2 R
U S
P
Q T B A
• Berlaku :
D = (i1 + r2 ) - β D
Sudut Deviasi Minimum :
Menurut Snellius :
min
i1 =
= (i1 + r1) - β + β
Dmin 2
dan r1 =
β 2
D min + β 1 sin ( ) sin ( ( D min + β )) sin i1 2 2 n= = = β β sin r1 sin sin 2 2
Untuk sudut Dmin dan β yang kecil, maka : n =
1 ( D min + β )) D min + β 2 = β β sin 2 = ( n − 1) β
sin (
D min
Pemantulan Sempurna Pada sudut kecil boleh dikatakan semua sinar dibiaskan Ketika sudut bias mencapai 900, seluruh sinar dipantulkan oleh bidang batas Sudut 900 disebut juga sudut kritis atau sudut batas Pemantulan sempurna hanya dapat terjadi jika cahaya datang dari zat yang mempunyai kerapatan lebih besar ke zat yang mempunyai kerapatan lebih kecil. Jika ik menyatakan sudut kritis dan nm menyatakan indeks bias medium, maka :
1 sin ik = nm
Udara air
Pemantulan sempurna
Pembiasan Cahaya oleh Lensa Tipis • Lensa tipis merupakan benda tembus cahaya yang terdiri atas dua bidang lengkung atau satu bidang lengkung dan satu bidang datar. • Macam-macam lensa tipis : 1. lensa cembung-cembung (bikonveks) 2. Lensa Cembung-datar (plan konveks) 3. Lensa Cembung-Cekung (konkave konveks) 4. Lensa Cekung – Cekung (Bikonkave) 5. Lensa Cekung – Datar ( plan Konkave) 6. Lensa Cekung – Cembung ( Konveks-konkave)
Gambar
1
2
3
4
5
6
Hubungan antara f, R, dan n pada lensa tipis 1 1 1 + ' = S S f 1 1 n2 1 1 + ' = ( − 1) ( − ) S S n1 R2 R1
S = Jarak benda dari lensa S’ = Jarak banyangan dari lensa n1 = Indeks bias medium sekitar lensa n2 = indeks bias medium lensa R1 = jari-jari lensa pada arah sinar datang R2 = jari-jari kelengkungan lensa pada arah sinar bias.
Ketentuan nilai : • Bila S berada sepihak dengan sinar datang, diberi notasi (+) • Bila S berlainan pihak dengan sinar datang, diberi notasi (-) • Bila S’ berada sepihak dengan sinar bias, diberi notasi + • Bila S’ berlainan pihak dengan sinar bias, diberi notasi (-) • Bila R berada sepihak dengan sinar datang, diberi notasi (-) • Bila R berlainan pihak dengan sinar datang, diberi notasi (+)
Pembesaran banyangan h' S' M = = h S
Kekuatan lensa 1 P = , f dalam satuan meter f
Kekuatan lensa ganda 1 1 1 + − Pg = f1 f 2 f1 . f 2
Lukisan pembentukan banyangan oleh lensa tipis (-)
f2 A 2 f1
f1 A’
2 f2
Gambar sinar lensa cembung (+) (+)
f2 2 f1
f1
2 f2
