KONSEP OPTIK GIOMETRI

A. Sifat-Sifat Cahaya

Ada empat sifat-sifat cahaya, sebagai berikut.

a.        Cahaya merambat lurus

Cahaya merambat ke semua arah. Sebagai contohnya, jika lilin atau lampu dinyalakan di tempat gelap, maka kita akan dapat melihat bahwa daerah yang ada di sekitar lilin atau lampu tersebut akan terang.

b.        Cahaya dapat dibiaskan

Cahaya akan dibiaskan ketika melewati medium dengan indeks bias yang berbeda. Kecepatan cahaya akan menurun saat memasuki air. Semakin besar perubahan kecepatan cahaya saat yang melewati dua medium yang berbeda, akan semakin besar pula efek pembiasan yang terjadi.

c.         Cahaya merupakan Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang perambatannya tidak membutuhkan medium. Cahaya dapat mentransfer energi dari satu tempat ke tempat lainnya dengan tidak menggunakan medium sehingga cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

d.        Cahaya dapat dipantulkan

Cahaya memiliki sifat dapat dipantulkan jika menumbuk suatu bidang. Pemantulan yang terjadi dapat berupa pemantulan baur dan pemantulan teratur.

Pemantulan baur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang yang tidak rata, seperti aspal, tembok yang tidak rata, batang kayu, dan sebagainya. Pemantulan teratur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang yang rata, seperti cermin.

B. Cermin dan lensa

Cahaya dapat kita temui dimana-mana. Tetapi apakah cahaya itu? Cahaya menunjukkan beberapa sifat tertentu yang mirip dengan sifat gelombang. Cahaya memantul dengan cara yang sama seperti gelombang memantul. Pada pembahasan  ini kamu juga akan mengamati beberapa sifat lain gelombang yang dimiliki cahaya, misalnya pembiasan dan dispersi. Kamu juga akan mempelajari bagaimana mekanisme pemantulan cahaya pada cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung. Selain itu, kamu juga akan mempelajari bagaimanakah pembentukan bayangan karena pembiasan cahaya pada lensa cekung dan lensa cembung. Kamu diharapkan dapat memanfaatkan berbagai aturan pemantulan dan pembiasan cahaya dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu, fenomena pemantulan dan pembiasan ini bermanfaat untuk merancang alat-alat optik, misalnya pada lup, kamera, mikroskop, dan teropong.

 Pemantulan Cahaya

Gambar 1.3 Melihat bayanganmu sendiri di cermin merupakan contoh pemantulan cahaya. Berapa kali cahaya dipantulkan ketika kamu menggunakan cermin?

Sesaat sebelum kamu berangkat sekolah, kamu mungkin menyempatkan bercermin sejenak untuk melihat penampilanmu. Agar kamu dapat melihat bayanganmu di cermin, cahaya harus terpantul darimu, mengenai cermin, dan dipantulkan kembali oleh cermin ke dalam matamu. Pemantulan cahaya terjadi ketika cahaya mengenai suatu benda dan dipantulkan oleh benda tersebut. Gambar 1.3 menunjukkan sebuah contoh pemantulan.

Hukum pemantulan 

Gambar 1.4

Setiap cahaya yang dipantulkan

oleh benda mengikuti hukum

pemantulan.

Perhatikan Gambar 1.4 Berkas sinar yang mengenai cermin disebut sinar datang. Sedangkan berkas sinar yang meninggalkan cermin disebut sinar pantul. Sebuah garis putus-putus yang digambar tegak lurus permukaan cermin disebut garis normal. Sudut yang dibentuk oleh sinar datang dan garis normal disebut sudut datang, yang dilambangkan dengan i. Sedangkan sudut yang dibentuk oleh sinar pantul dan garis normal disebut sudut pantul, yang dilambangkan dengan r. 

Hukum pemantulan menyatakan bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul. Setiap cahaya yang dipantulkan, apakah dipantulkan dari sebuah cermin, aluminium foil, atau bulan mengikuti hukum pemantulan tersebut.

Pembentukan Bayangan pada Cermin datar

Bayangan pada cermin datar bersifat maya. Titik bayangan dihasilkan dari perpotongan sinar-sinar pantul yang digambarkan oleh garis putus-putus.  Untuk melukis pembentukan bayangan pada cermin datar dengan diagram sinar, ikutilah langkah-langkah berikut ini

1. Lukis sebuah sinar dari benda menuju cermin dan dipantulkan ke mata, sesuai hukum pemantulan cahaya, yaitu sudut sinar datang harus sama dengan sudut sinar pantul. 
2. Lukis sinar kedua sebagaimana langkah pertama. 
3. Lukis perpanjangan sinar-sinar pantul tersebut di belakang cermin sehingga berpotongan. Perpotongan sinar-sinar pantul tersebut merupakan bayangan benda. 
4. Jika diukur dari cermin, jarak benda terhadap cermin (s) harus sama dengan jarak bayangan terhadap cermin (s|). 

Pembentukan bayangan pada cermin datar

Bayangan yang terbentuk pada cermin datar diperoleh dengan menggunakan diagram sinar. Sinar datang yang mengenai permukaan cermin akan dipantulkan dengan besar sudut pantul sama dengan besar sudut datang. Bayangan pada cermin datar diperoleh dengan memperpanjang sinar-sinar pantul ke arah dalam cermin sehingga bertemu dalam satu titik yang disebut titik perpotongan. Bayangan pada cermin datar bersifat maya, tegak dengan ukuran sama dengan benda Sifat bayangan yang dibentuk cermin datar :

a. maya

b. jarak benda-cermin =  jarak bayangan-cermin

c. tegak

Pemantulan pada Cermin Cekung dan cembung

Untuk melukis bayangan pada cermin cekung diperlukan minimal dua buah sinar istimewa. Akan tetapi, hasil akan lebih baik dan meyakinkan jika dilukis dengan tiga sinar istimewa sekaligus dengan langkah-langkah sebagai berikut.

a) Pilih sebuah titik pada bagian ujung atas benda dan lukis dua sinar datang melalui titik

tersebut menuju cermin.

b) Setelah sinar-sinar datang tersebut mengenai cermin, pantulkan kedua sinar tersebut

sesuai kaidah sinar istimewa cermin cekung.

c) Tandai titik potong sinar pantul sebagai tempat bayangan benda.

d) Lukis perpotongan sinar-sinar pantul tersebut.

Melukis pembentukan bayangan oleh cermin cekung Benda berada pada jarak lebih dari R Benda di antara pusat kelengkungan cermin dan F

Untuk melukis bayangan pada cermin cembung dibutuhkan minimal dua buah sinar istimewa dengan langkah-langkah sebagai berikut.

a)      Pilih sebuah titik pada bagian ujung atas benda dan lukis dua sinar datang melalui titik tersebut menuju cermin.

b)      Setelah sinar-sinar datang tersebut mengenai cermin, pantulkan kedua sinar

tersebut sesuai kaidah sinar istimewa pada cermin cembung.

c)   Tandai titik potong sinar-sinar pantul atau perpanjangan sinar-sinar pantul sebagai tempat bayangan benda.

d)      Lukis bayangan benda pada perpotongan perpanjangan sinar-sinar pantul tersebut.

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

Rumus Cermin Cekung dan Cermin Cembung

Jenis Pemantulan    

Mengapa kamu dapat melihat pantulanmu atau bayanganmu pada cermin? Mengapa kamu tidak dapat melihat pantulanmu atau bayanganmu pada dinding? Pada kedua kasus tersebut cahaya dipantulkan dari suatu permukaan. Jawabannya terletak pada bagaimana cahaya itu dipantulkan. Jenis permukaan yang dikenai cahaya menentukan jenis pemantulan yang dihasilkan. Cermin mempunyai permukaan halus. Semua sinar yang mencapai permukaan cermin datang dengan sudut yang sama sehingga sinar itu juga dipantulkan pada sudut yang sama. Jenis pemantulan ini disebut pemantulan teratur.

Permukaan suatu dinding tidak benar-benar halus. Ini mungkin mengherankan kamu karena boleh jadi kamu berpikir bahwa kebanyakan dinding memiliki permukaan halus. Jika kamu memperbesar permukaan suatu dinding, 

kamu akan melihat bahwa permukaan itu kasar dan tidak teratur. Karena permukaan dinding tidak halus, tiap-tiap sinar mencapai permukaan tersebut dengan sudut berbeda. Tiaptiap sinar masih mematuhi hukum pemantulan. Sehingga, tiap-tiap sinar tersebut dipantulkan pada sudut yang berbeda. Jadi cahaya yang dipantulkan itu dihamburkan ke segala arah. Cahaya yang dipantulkan yang tersebar ke banyak arah yang berbeda dikarenakan suatu permukaan tidak teratur disebut pemantulan baur.

Pembiasan Cahaya

Pembiasan cahaya adalah pembelokan gelombang cahaya yang disebabkan oleh suatu perubahan dalam kelajuan gelombang cahaya pada saat gelombang cahaya tersebut merambat dari satu zat ke zat lainnya. seperti dari udara ke air, kecepatan gelombang cahaya itu berubah.Bagaimana arah rambat cahaya, apabila cahaya merambat dari satu jenis zat ke zat lain,seperti dari udara menuju ke air?  

Gambar 1.7 Kelajuan cahaya menjadi lambat dan dibiaskan mendekati garis normal pada saat menuju medium lebih rapat (A). Kelajuan cahaya bertambah saat cahaya menuju ke medium kurang rapat dan dibiaskan menjauhi garis normal (B)

Gambar 1.7 A menunjukkan bahwa cahaya dibiaskan mendekati garis normal. Hal ini terjadi karena laju cahaya di air lebih kecil daripada laju cahaya di udara. Kelajuan cahaya akan berkurang ketika cahaya merambat dari medium kurang rapat menuju medium lebih rapat. Misalnya, dari udara menuju air. Gambar 1.7 B menunjukkan bahwa cahaya dibiaskan menjauhi garis normal. Hal ini terjadi karena laju cahaya di udara lebih besar daripada laju cahaya di air. Kelajuan cahaya akan bertambah jika cahaya merambat dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat. Misalnya, dari air menuju udara. Untuk lebih jelasnya lakukan percobaan 1.b.

Gambar 1.8  Uang logam yang mula-mula tidak tampak, setelah gelas diisi air, uang logam itu

menjadi tampak

Indeks Bias

Setiap medium mempunyai suatu indeks bias tertentu, yang merupakan suatu ukuran seberapa besar suatu bahan membiaskan cahaya. Indeks bias suatu zat adalah perbandingan kelajuan cahaya di udara dengan kelajuan cahaya di dalam zat tersebut. Kelajuan cahaya di udara selalu lebih besar daripada di dalam zat lain. Oleh karena itu, indeks bias zat selain udara selalu lebih besar daripada satu. Semakin besar indeks bias suatu zat, semakin besar cahaya dibelokkan oleh zat tersebut. Besarnya pembiasan juga bergantung pada panjang gelombang cahaya. Dalam spektrum cahaya tampak, panjang gelombang cahaya bervariasi dari gelombang merah yang terpanjang sampai gelombang ungu yang terpendek.

Dispersi Cahaya

Pernahkah kamu melihat pelangi di langit? Apakah warna-warna dalam pelangi tersebut? Bagaimanakah terjadinya warna-warna dalam pelangi itu? Jika kamu pernah melihat pelangi, berarti kamu pernah melihat suatu contoh peristiwa dispersi cahaya. Dispersi cahaya merupakan peristiwa terurainya cahaya putih menjadi warna-warna spektrum.

Gambar 1.9 Cahaya putih diuraikan menjadi warna-warna pelangi pada saat putih melalui sebuah prisma

Gambar 1.9  menunjukkan apa yang terjadi ketika cahaya putih melalui sebuah prisma. Prisma segitiga membiaskan cahaya dua kali. Pertama, pada saat cahaya masuk ke dalam prisma dan kedua pada saat cahaya keluar dari prisma dan keluar ke udara. Oleh karena cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek dibiaskan lebih besar daripada cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang, maka warna ungu dibelokkan paling besar. Warna cahaya manakah yang kamu harapkan dibelokkan paling kecil? Sebagai hasil dari pembiasan yang berbeda-beda tersebut, warna-warna yang berbeda dipisahkan ketika warna-warna tersebut keluar dari prisma. Apakah cahaya yang meninggalkan prisma mengingatkan kamu pada sebuah pelangi? Sama halnya dengan prisma, titik-titik hujan juga membiaskan cahaya. Pembiasan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda dapat menyebabkan cahaya putih dari matahari terurai menjadi warna-warna tunggal spektrum cahaya tampak.

Benda-benda Gelap

Tidak semua benda yang tampak oleh kita memancarkan cahaya sendiri. Benda-benda yang memancarkan cahaya sendiri disebut sumber cahaya. Sangat sedikit benda yang memancarkan cahaya sendiri. Dapatkah kamu menyebutkan beberapa contoh benda yang memancarkan cahaya sendiri? Sebagian besar benda-benda yang terdapat di sekitar kita tidak memancarkan cahaya sendiri. Benda-benda yang tidak memancarkan cahaya sendiri disebut benda gelap. Berdasarkan kemampuan suatu benda untuk dilewati cahaya, benda gelap dapat dibedakan menjadi benda tidak tembus cahaya, benda bening, dan benda tembus cahaya

to be continou