Cahaya & Optik

CAHAYA

A.  CAHAYA DAN SIFATNYA

Cahaya merupakan energy terbentuk  gelombang dan membantu kita untuk melihat. Cahaya didefinisikan sebagai radiasi yang dapat mempengaruhi mata dan memiliki kecepatan sebesar 299.792.458 meter  per sekon. Salah satu sifat cahaya adalah bergerak lurus kesemua arah.

B.  PEMANTULAN

Ketika seberkas cahaya menumbuk permukaan suatu benda maka cahaya tersebut dipantulkan. Untuk benda-benda yang berkilau seperti cermin, lebih dari 95% cahaya tersebut dipantulkan.

Ketika seberkas cahaya yang sempit jatuh pada permukaan rata kita perlu mendefinisikan sudut yang  dibentuk oleh sinar datang  dan normal pada permukaan (normal berarti yang tegak lurus) sebagai sudut datang i . kemudian kita mendefinisikan sudut yang  dibentuk oleh sinar pantul dan normal sebagai sudut r. untuk permukaan rata ditemukan bahwa sinar datang dan sinar pantul terletak dalam satu bidang yang tegak lurus pada permukaan dan sudut datang sama dengan sudut pantul.

 Bila berkas sinar cahaya jatuh kepermukaan kasar, berkas sinar itu akan dipantulkan kesegala arah. Pemantulan semacam ini disebut pemantulan baur. Hukum  pemantulan masih berlaku,tetapi pada potongan – potongan kecil permukaan kasar. Seberkas sinar  cahaya dipantulkan  oleh permukaan cermin datar (licin),yang dikenal sebagai pemantulan spekuler (“speculum” adalah kata latin yaitu cermin).

 

C.  PEMBIASAN

Ketika sebuah berkas cahaya mengenai sebuah permukaan bidang batas  yang memisahkan dua medium berbeda, seperti misalnya sebuah permukaan kaca, energy cahaya tersebut dipantulkan dan  memasuki medium kedua, perubahan arah dari sinar yang ditransmisikan tersebut disebut pembiasan.

Indeks Bias dan Hukum Snell

Laju cahaya dalam ruang hampa mempunyai nilai c=2,99792458 x 10pangkat 8 m/s,laju ini berlaku untuk semua gelombang elektro magnetic,termasuk cahaya tampak.

Laju cahaya diudara sedikit lebih kecil dari pada  laju cahaya dalam ruang hampa karena absorbs dan emisi kembali oleh atom – atom dan molekul – molekul zat. Dalam hal ini sinar datang dan sinar bias terletak dalam satu bidang,termasuk normal yang tegak lurus pada permukaan batas dua medium.

D.  CAHAYA SEBAGAI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Jika kita memusatkan sinar matahari dengan kaca pembesar pada selembar kertas ternyata sinar matahari dapat membakar kertas sehingga timbul lubang pada kertas. Hal ini menunjukan bahwa cahay membawa energy. Prediksi teoritis tentang gelombang elektromagnetik ( sering disingkat EM) merupakan karya Clerk Maxwell. Teori ini menyatukan semua gejala kelistrikan dan kemagnetan menjadi satu teori yang cemerlang.

Cahaya hanya merupakan salah satu contoh gelombang elektromagnetik. Interval frekuensinya cukup pendek,yaitu membentang dari kira – kira 4,3 x 10 pankat 14 Hz untuk cahay merah sampai kira – kira 7,5 x 10 pangkat 14 Hz Untuk cahaya violet.

E.  INTERFERENSI  CAHAYA

Asas superposisi menentukan interferensi,yang menyatakan  bilamana dua gelombang atau lebih yang mempunyai sifat sama melewati suatu titik pada saat yang sama, amplitudo sesaat pada titik tersebut merupakan jumlah dari amplitudo sesaat masing – masing gelombang.

Mengapa interferensi cahaya sukar di amati ?  pertama panjang gelombang cahaya adalah sangat pendek, kira – kira  hanya 1 % dari tebak rambut manusia. Kedua , setiap sumber cahaya  alam memancarkan gelombang – gelombang cahaya hanya sebagai kelompok fase yang pendek, sehingga interferensi yang terjadi biasanya menjadi berimbang selama periode observasi tersingkat oleh mata atau film fotografis kecuali jika digunakan prosedur khusus.

Jika dua sumber gelombang yang memancarkan  gelombang–gelombang dengan hubungan fase tetap selama gelombang–gelombang itu diamati,maka dua sumber gelombang itu dikatakan koheren. Jika sumber–sumber tersebut  mempunyai pergeseran fase relative bolak – balik sementara observasi dilakukan,beda–beda fase itu menjadi berimbang, dan tidak ada pola interferensi. Sumber–sumber semacam itu dikatakan inkoheren. Oleh karena itu sumber cahay monokromatik (yaitu sumber cahaya yang memancarkan gelombang – gelombang yang hanya terdiri dari satu panjang gelombang)

F.   POLARISASI

Suatu berkas gelombang transversal terpolarisasi adalah berkas gelombang transversal  yang getaran – getarannya  hanya terjadi dalam arah tunggal tegak lurus arah rambatan gelombang. Gerak seluruh gelombang tersebut terkurung pada suatu bidang yang disebut bidang polarisasi.polarid yang digunakan untuk mempolarisasikan cahaya disebut polarisator sedangkan Polaroid yang digunakan untuk menentukan apakah cahaya terpolarisator  atau tidak dan atau menetukan  arah bidang polarisator disebut analisator.

G.  HAMBURAN CAHAYA : BIRU LANGIT, WARNA MATAHARI TERBIT DAN TENGGELAM

Pada umumnya intensitas cahaya dengan panjang gelombang  λ  yang dihamburkan (oleh suatu partikel yang kecil dibandingkan dengan λ) . makin pendek panjang gelombang, makin besar bagian cahaya datang yang dihamburkan . inilah yang menjadi alas an mengapa langit berwarna biru. Ketika kita memandang langit, apa yang kita lihat adalah cahaya mata hari yang telah dihamburkan oleh molekul–molekul dalam atmosfer bagian atas, cahaya biru,yang terdiri dari panjang gelombang pendek, dihamburkan kira–kira sepuluh kali lebih cepat dari pada cahaya merah, sehingga cahaya yang terhanbur terutama berwarna biru.    

 

OPTIK

A.    CERMIN SFERIS

Cermin sferis adalah cermin yang permukaannya lengkung dan biasanya merupakan bagian dari permukaan bola. Cermin dengan permukaan pemantul sferis biasanya di kelompokan menjadii cermin cekung dan cerrmin cembung.

Perjanjian tanda untuk cermin sferis

Besaran	Positif	Negatif
Jarak fokus f	Cermin cekung	Cermin cembung
Jarak benda s	Benda nyata	Benda maya
Jarak bayangan s’	Bayangan nyata	Bayangan maya
Perbesaran Linier m	Bayangan sama tegak terhadap bendanya	Bayangan terbalik terhadap bendanya

B.     LENSA

Lensa adalah sekepng kaca atau bahan transparan yang di bentuk sedemikian rupasehingga dapat menghasilkan bayangan nyata atau maya,sama tegak atau terbalik terhadap benda,lebih kecil atau lebih besar atau sama seperti ukuran benda.

Titik fokus suatu lensa dapat di temukan dengan menempatkan lensa di bawah sinar-sinar matahari,kemudian  mengatur letak lensa tersbut  agar terbentuknya bayangan tajam.

Perjanjian tanda untuk persamaan

Besaran	Positif	Negatif
Jari-jari	Konveks	Konkaf
Jarak fokus	Lensa Konvergen	Lensa Divergen

 Satuan daya lensa adalah dioptri {D}, yang merupakan kebalikan meter: 1 D=m^-1 . Sebagai contoh, lensa dengan jarak fokus  25  cm mempunyai daya P=1/{0,25 m}=4,0 dioptri.

Sebuah lensa mempunyai dua titik fokus,masing-masing sisi mempunyai satu titik fokus. Titik fokus pada suatu lensa dimana sinar datang disebut  titik fokus pertama F, sedangkan pada titik lainnya disebut titik fokus kedua F’.

Perjanjian tanda untuk lensa.

Besaran	Positif	Negatif
Jarak fokus f	Lensa konvergen	Lensa divergen
Jarak benda s	Benda nyata	Bayangan maya
Jarak bayangan s’	Bayangan nyata	Bayangan maya
Perbesaran Linier m	Bayangan sama tegak terhadap bendanya	Bayangan terbalik terhadap bendanya

C.    ALAT OPTIK

1.      Mata

Alat optik alamiah adalah mata, baik mata manusia maupun binatang.

a.       Bagian bagian mata

Di bagian bawah dinding mata terdapat selaput berisi pembuluh darah, di bagian bawah selaput ini terdapat selaput laja yang merupakan perluasan dari syaraf mata di bagian depan selaput ini berubah menjadi iris yang berfungsi mengatur secara otomatif dan mengendalikan cahaya yang memasuki mata. Di tengah selaput pelangi  ini terdapat lubang diafragma yang di sebut dengan pupil.  Ruang di muka lensa mata berisi zat cair yang di sebut aqueous humor H dan di belakang lensa berwujud benda cair bening yang di sebut vitreus humor.

Adapun retina terdiri dari suatu susunan syaraf yang rumit dan penerima, di kenal sebagai rods {batang-batang} dan cones {kerucut-kerucut} yang bekerja mengubah energi cahaya menjadi sinyal-sinyal elektris yang merambat sepanjang syaraf-syaraf itu.

b.      Daya akomodasi mata

Daya akomodasi mata adalah kemampuan mengubah ketegangan urat yang berhubungan dengan lensa mata {pengaturan fokus lensa} dari lensa mata atau sifat penyusuaian diri.

Titik jauh seseorang adalah jarak terjauh yang memungkinkan benda dapat terlihat secara jelas untuk beberapa tujuan dengan mengunakan istilah mat normal,yang di defenisikan sebagai mata yang mempunyai titik dekat 25 cm dan titik jauh  tak terhingga.

c.       Cacat mata di mata dan cara menanggulanginya

Titik jauh dari mata atau punctum remotum adalah titik terjauh dari objek yang dapat  dilihat dari mata yang normal jauhnya tidak terhingga tanpa lensa mata melakukan akomodasi.

Sedangkan titik dekat dari mata {punctum proxium} adalah titik yang terdekat dari objek untuk dapat dilihat oleh mata normal dengan akomodasi penuh atau bentuk kecembungan maksimal dari lensa mata. Gejala bertambahnya titik dekat mata disebut dengan presbiopi, mirip dengan hipermetropi, presbiopi terjadi karena kekurangannya kemampuan mata untuk berakomodasi karena usia yang bertambah, dan titik dekat yang menjauh.

Cacat astigmatisme dapat terjadi pada penderita miopi maupun hipermetropi. Astigmatisme biasanya di sebabkan oleh cornea atau lensa mata yang kurang bundar sehingga benda-benda  titik dipusatkan sebagai garis-garis pendek yang mengaburkan bayangan.

2.      Mikroskop

Mikroskop majemuk yaitu mikroskop yang menggunakan dua lensa. Lensa yang langsung berinteraksi dengan benda yang dalam hal ini adalah preparat  disebut dengan lensa benda atau lensa objektif, lensa yang dekat dengan mata si pengamat di sebut dengan lensa mata atau lensa okuler.

Jarak antara lensa objektif dan lensa okuler kadang-kadang di anggap sebagai panjang mikroskop. Seperti sudah disebutkan sebelumnya, jika mata menggunakan lensa okuler dalam keadaan titik berakomodasi, maka jarak benda bagi lensa okuler sama dengan jarak fokusnya, s_ok= f_ok sehingga d = s_ok+ f_ok

D.    TEROPONG

Teropong atau teleskop adalah alat optis yang digunakan untuk melihat benda yang sangat jauh. Teropong juga memiliki bentuk bermacam-macam. Bentuk yang diuraikan disini adalah teropong bintang yang terdiri dari sebuah lensa objektif dari sebuah lensa okuler.

Prinsip penggunaan lensa positif dari teropong bintang adalah hampir sama dengan mikroskop. Untuk teropong yang sederhana menggunakan dua lensa yang dekat dengan mata di sebut dengan lensa okuler dan lensa yang dekat dengan benda di sebut dengan lensa objektif.

E.     PERISKOP

Periskop merupakan alat optik yang digunakan dalam kapal selam, untuk melihat situasi di permukaan laut. Dalam alat ini digunakan dua prisma {atau dua cermin datar}, masing-masing prisma mempunyai satu sudut 90° dan dua sudut 45°.

 

F.     KACA PEMBESAR

Kita akan membicarakan kaca pembesar sederhana yang hanya terdiri dari sebuah lensa konvergen. Kemudian lensa konvergen ini menghasikan bayangan maya yang sekurang-kurangnya harus berada pada jarak 25 cm dari mata jika mata  akan memusatkan pada titik-titik dekat itu.

    Adapun kaca pembesar lensa tunggal sederhana terbatas perbesarannya kira-kira sampai 2 atau 3 kali karena aberasi sferis. Perbesaran suatu lensa dapat dinaikkan sedikit dengan menggerakkan lensa tersebut dan mengatur mata kita sehingga mata memusatkan pada bayanagan di titik dekat.