Transcript OPTIK GEOMETRI

OPTIK GEOMETRI
Apakah cahaya itu?
• Cahaya menurut
• Sementara menurut
Newton (1642 - 1727)
Huygens ( 1629 terdiri dari partikel1695), cahaya adalah
partikel ringan
gelombang seperti
berukuran sangat kecil
halnya bunyi.
yang dipancarkan oleh
Perbedaan antara
sumbernya ke segala
keduanya hanya pada
arah dengan
frekuensi dan panjang
kecepatan yang sangat
gelombangnya saja.
tinggi.
Eksperimen yang dilakukan oleh para
ilmuwan :
Thomas Young (1773 - 1829) dan
Agustin Fresnell (1788 - 1827) :
berhasil membuktikan bahwa cahaya dapat melentur
(difraksi) dan berinterferensi
merupakan sifat
dasar gelombang bukan partikel.
Maxwell (1831 - 1874) :
Cahaya
gejala kelistrikan dan kemagnetan
sehingga tergolong gelombang elektromagnetik.
Dua fisikawan pemenang hadiah Nobel :
Max Planck (1858 - 1947) dan
Albert Enstein (1879 – 1955) :
Planck
Einstein
teori foton
cahaya dipancarkan dalam bentuk
paket-paket kecil yang disebut
kuanta (teori Kuantum)
menjelaskan peristiwa yang
dikenal dengan nama efek foto
listrik, yakni pemancaran
elektron dari permukaan logam
karena logam tersebut disinari
cahaya.
Disimpulkan : Cahaya menunjukkan sifat sebagai
gelombang dan dalam kondisi lain menunjukkan sifat
sebagai partikel. Hal ini disebut dualisme cahaya
Pemantulan cahaya
• Jika sebuah batu
dijatuhkan ditengah kolam,
maka akan muncul
gelombang lingkaran dari
titik dimana batu
dijatuhkan.
• Sinar gelombang tegak
lurus terhadap muka
gelombang, menyatakan
arah kemana gelombang
menyebar/merambat.
Pemantulan Gelombang Datar
Gelombang tali merupakan gelombang yang paling sederhana (1 dimensi) ,
selanjutnya kita akan membahas gelombang yang kompleks, yaitu
gelombang datar (2 dimensi). Contoh gelombang datar adalah gelombang
air. Sifat-sifat gelombang air dapat diamati dengan alat yang disebut tangki
riak atau tangki gelombang.
Perhatikan animasi berikut ini!
klik
Klik disini
Jika benda dijatuhkan, maka akan
terbentuk gelombang transversal
pada permukaan air. Hal ini terlihat
dengan adanya bukit dan lembah
air. Bukit ditunjukkan oleh bagian
yang cembung, sedangkan lembah
ditunjukkan oleh bagian yang
cekung.
Perhatikan animasi berikut ini!
bukit / cembung
lembah / cekung
Klik disini
Pemantulan Gelombang Datar
Jika gelombang disinari dengan lampu, akan tampak bayang gelang dan
terang secara silih berganti. Bagian yang cembung menghasilkan
bayangan terang sedangkan bagian cekung menghasilkan bayangan
gelap. Jarak antara garis terang dengan garis terang berikutnya
merupakan panjang gelombang ().
Perhatikan animasi berikut ini!
sumber
gelombang
Klik disini
cembungan
arah
rambatan
play
cekungan
Semakin jauh dari titik sumber gelombang,
muka gelombang menjadi lebih datar.
Pemantulan dari bidang rata disebut pemantulan
specular (biasa) ;
Jika permukaan bidang kasar disebut
pemantulan diffuse (baur)
• Hukum pemantulan (snellius) :
1. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul
terletak pada satu bidang datar.
2. Sudut datang = sudut pantul
Cermin datar
• Hukum Pemantulan cahaya:
1.Sinar datang garis normal dan sinar pantul terletak
pada satu bidang datar.
2.Besar sudut datang (i) sama dengan sudut p
Bayangan yang dihasilkan oleh cermin datar akan
bersifat maya, tegak dan sama besar antul (r)
Cermin Datar :
bentuk permukaannya datar
• Pemantulan cahaya dari obyek (bunga dan vas)
pada cermin datar.
• Sifat bayangan yang dibentuk cermin
datar :
a. maya
b. jarak benda-cermin =
jarak bayangan-cermin
c. tegak
Cermin Cekung dan Cermin
Cembung
Rumus Cermin Cekung dan Cermin
Cembung
Karakteristik Cermin
* cekung : -jari jari kelengkungan positif
-Jika jarak oby > fokus→ bay nyata ,terbalik
- jika oby terletak antara fokus dan cermin→
bay maya, tegak, diperbesar
* cembung:- jari2 kelengkungan negatif
-jika oby didepan cermin →terbentuk
bay maya, tegak, diperkecil
* datar
: - jari2 kelengkungan tak berhingga
- Bay maya, sama besar, tegak
• Contoh
* Di mana seseorang harus berdiri di depan cermin
cekung berjari-jari 120 cm agar dapat melihat bay
wajahnya yang tegak dan 4 kali lebih besar
Penyel: bay tegak dan maya→ s’ neg→ s’ = -4s
1/s + 1/s’ = 2/R → s = 45 cm
• Cermin apakah yang harus digunakan , dan berapa pula
jari-jarinya agar dapat membentuk bay tegak , 1/5 kali
besar oby yang ditempatkan 15 cm di depan nya
• Penyel : bay tegak , s’ neg→ s’ = -s/5
bay < oby → cermin cembung
1/15 - 1/3 = 2/R → R = -7,5 cm
Lensa
Lensa Cembung
Lensa Cembung
PEMBENTUKAN BAYANGAN
Lensa cembung dapat
digunakanuntuk memproyeksikan
bayangan nyata
Pada Lensa Cembung, bayangan nyata terbentuk
pada titik pertemuan semua berkas sinar yang
melewati lensa
Lensa Cekung
PEMBENTUKAN BAYANGAN PADA LENSA
• 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
Rumus Lensa
Kuat lensa P= 1/F satuan Dioptri dan
F ber satuan meter
• Contoh ;
• Lensa konfergen ( f=20 cm) ditempatkan 37 cm
dari depan layar. Dimanakah oby harus
diletakkan agar tampil pada layar?
Penyel: 1/s + 1/37 = 1/20
*Sebuah lensa kaca ( n=1,5) , jarak fokusnya 10 cm
dalam udara. Berapakah jarak fokus lensa dalam air
(n=1,33)
Penyel :
di udara : 1/10 = (1,5-1) ( 1/r₁ + 1/r₂)
dalam air : 1/f = (1,5-1,33) ( 1/r₁ + 1/r₂)
• 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?
• Penyel : Kuat susunan lensa P = +10 -6 = + 4
•
Jarak fokus gab f = 0.25 m = 25 cm.
Pembiasan
• Pembiasan adalah peristiwa pembelokan arah
rambatan cahaya yaitu ketika cahaya melewati batas
dua medium yang berbeda kerapatannya.
Hukum Pebiasan 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
Pembiasan oleh kaca Planparalel
• Sinar istimewa : n2 > n1
•
sinar 3 : i = ic → ic = sudut
1
2
n
kritis , θ = 90o
1
3
ic
i>ic 4
sinar 4 : i > ic maka sinar
n
dipantulkan sempurna
Sudut kritis : Sin ic = n₂ /n₁
Peristiwa pemantulan sempurna merupakan dasar
bekerjanya serat optis dan serat berongga
Serat berongga berfungsi sebagai jalan cahaya bagi
cahaya laser dengan daya sangat besar
2
• 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
n₁ sinѲ₁ = n₂ sinѲ₂ → 2,42 sin Ѳ͵ = 1 sin 90
Pembiasan oleh kaca Prisma
Pembiasan permukaan lengkung
PENERANGAN DAN FOTOMETRI
• Intensitas 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/m² (luks)
E = F/A = 4∏ I / 4∏r² = I / r²
Azas fotometri
I1 / I2 = r1 /r2 ²
• 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 lampyu 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 = r₁ ² /r₂²
Sistem Indra Mata
Sistem Fokus Pada Mata
Fokus normal
G
G
G
G
Fokus Belakang (+)
G
G
Fokus Depan (Myopi) (-)
* 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 cm→titik 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
Cacat mata
* Hipermetrop: terdapat titik dekat, tak dapat
berakomodasi untuk benda-benda yang lebih dekat
dari titik dekat→dibantu dengan kaca mata berlensa
positif
* Miopi : Terdapat titik jauh , tak dapat berakomodasi
untuk benda-benda yang berada lebih besar dari titik
jauh → dibantu dengan kaca mata berlensa negatif
* Presbiopi : karena usia, tak dapat melihat benda
yang lebih dekat titik dekat , dibantu kaca mata
berlensa positif
Lup {Kaca Pembesar}
Pembesaran oleh lensa yang memungkinkan objek lebih dekat ke mata dengan tetap
jelas. Hal ini menghasilkan pembesaran. F : titik fokus, 250 mm adalah jarak pandang
terdekat.
• Kaca pembesar ( Lup):
* Lensa konvergen
* membentuk bayangan tegak, diperbesar, maya
jika obyek ditempatkan di titik fokus
Perbesaran M =(d / f ) + 1 , jika bayangan
dibuat di titik dekat ( d )
M = d/f , jika bayangan di ∞
Teleskop [1]
Prinsip kerja teleskop, lensa objektif membentuk bayangan
nyata (image) yang kemudian di perbesar oleh lensa dekat
mata
Teleskop [2]
Gunakan layar transparans, gambar akan muncul secara transparans dan
dapat diamati dengan menggunakan lensa pembesaran. Saat melakukan
observasi angkat dan pindahkan layar. Apa yang terjadi ? Gambar tetap
ada. “it floats in space !!”
Mikroskop [1]
Skematik susunan lensa dalam mikroskop, perhatikan tempat obyek yang akan
diamati, bentuk bayangan yang diperoleh.
Apa bedanya dengan teleskop ?
Mikroskop [2]
Berkas cahaya
Lensa okuler
Lensa obyektif
Obyek yang diamati
Cermin
contoh hasil pengamatan hasil
mikroskop dari sebuah sel.
Dengan mikroskop dapat diamati inti
sel dan badan sel dengan jelas.
Pembesaran 40x.
• Mikroskop
:
* Terdiri dari 2 lensa konvergen: obyektif ( f₀ )dan okuler ( fe )
* Perbesaran :
M = [ ( d/ fe) + 1] [ ( s₀ / f₀) – 1 ]
s₀ = jarak dari lensa obyektif ke bayangan yang
dibentuk
d= titik dekat
Teleskop :
* terdiri dari lensa obyektif ( f₀ ) dan lensa okuler ( fe )
* Perbesaran : M = f₀ / fe
Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation (LASER)
Ketika foton atau paket energi cahaya diasbsorbsi, atom akan
meningkatkan energi foton dan elektron dapat berpindah ke tingkat energi
yang lebih tinggi [Eksitasi]. Elektron tersebut akan jatuh kembali tingkat
energi yang lebih rendah dengan menghasilkan sinar emisi
Berkas Sinar Laser dalam fiber optik
Karakteristik Laser
• Koheren, yang memungkinkan dapat
ditransmisikan dalam jarak jauh. Sifat
ini dimanfaatkan dalam proses
pengiriman data digital dengan
memanfaatkan kabel-kabel fiber
optik
• Monokromatik, hanya memiliki
frekuensi cahaya yang tunggal. Sifat
ini dimanfaatkan dalam proses
penyimpanan data elektronik seperti
CD, VCD, DVD
• Dapat terpolarisasi
Holografi Dengan Sinar Laser
mirror
PENGERTIAN CAHAYA
* Cahaya merambat memindahkan energi tanpa perambatan
massa
* Terdiri atas partikel-partikel tak bermassa ( foton)
Sifat Cahaya :* gelombang electromagnetik
* memenuhi asas superposisi
* panjang gelombang cahaya tampak: 4.(10) ⁻⁷ sd 7.10⁻⁷m
Indeks bias (n) : n = C/V
C= cepat rambat cahaya di udara/
di hampa = 3x108m/s
v = cepat rambat cahaya dlm medium
Nilai (n) bergantung pada panjang gelombang
• Cahaya untuk terapi
- Infra merah ( λ = 700 – 104 nm )
untuk terapi jaringan ( 103 -2 103nm)
untuk fotografi ( 700 – 900 nm )
- cahaya tampak ( λ = 400 -700 nm)
endoscopes :
cytoscopes : k kemih
protoscopes : rectum
brochoscope : paru
colonscopes : usus
ultra violet (λ = 100 – 400 nm)
uv (A) : λ = 320 -400 nm
uv (B) : λ = 290 – 320 nm
uv (C) : λ = 100 – 290 nm
uv ( λ = 290 nm ) : untuk sterilisasi
LASER (light amplification by stimulated emission of
radiation )
sifat : monokromatis dan koheren (terpancar dalam
satu fase)
jenis: He Ne , Nd YAG, diode, nitrogen
– Kegunaan Laser Dalam medis
*Memperoleh citra 3 dimensi organ tubuh dengan
teknik holografi
* untuk penyinaran beberapa jenis kanker
* Untuk koagulasi darah dan memblokir pembuluh
darah vena pada beberapa penyakit mata