KEKUATAN LENSA

Rumus Newton

Cara lain tuntuk menentukan letak benda dan bayangan pada lensa adalah dengan rumus Newton. Pada rumus ini pengukuran-pengukuran dihitung bukan terhadap vertex tetapi terhadap titik focus. Lensa Tipis Perhatikan Gambar 5.22. s = x + f = jarak benda s’ = x’ + f’ = jarak bayangan f = f’ untuk lensa di udara :

Perbesaran

Melukis Bayangan oleh Lensa Tipis

Kuat Lensa Kuat lensa

Untuk permukaan bias berlaku juga untuk setiap permukaan

Jarak-jarak dalm meter, maka satuan P dalam dioptric (D)

Lensa Tebal

Suatu lensa tebal terdiri dari 2 permukaan bias sferis berjari-jari r1 dan r2, tebal lensa d = jarak kedua vertex, n = indeks bias medium di depan permukaan I, n’ = indeks bias lensa, n’’ = indeks bias medium di belakang permukaan II. 

Untuk permukaan I berlaku

Untuk permukaan II berlaku

S1 = jarak benda di depan permukaan I terhadap V1 (vertex) S2’ = jarak bayangan akhir yang dibuat oleh permukaan II terhadap V2 

Menentukan titik-titik focus dan titik-titik utama 

Permukaan pertama mempunyai f1 dan f1’ diukur terhadap V1 Permukaan kedua mempunyai f2 dan f2’ diukur terhadap V2 

Lensa tebal mempunyai jarak focus f dan f’ diukur terhadap titik utama (H dan H’) 

Lensa tebal adalah lensa yang memiliki tebal yang tidak diabaikan. 

Jarak fokusnya tidak diukur dari vertex tetapi terhadap titik utama I dan H, yaitu h dan H’. letak F’ dan F ditentukan dengan menghitung bila s = ~ atau s’ = ~ melalui perhitungan untuk tiap permukaan. Jarak dari F ke V1 disebut jfokus depan dan jarak dari F’ ke V2 disebut jarak focus belakang. Benda berada di F maka s2’ = ~ Bayangan pada F’ maka s1 = ~  

Lintasan cahaya di dalam lensa tebal

Berkas cahaya yang masuk dan keluar jika diperpanjang, setiap pasang akan berpotongan pada suatu permukaan. Secara pendekatan untuk berkas yang paraksial, permukaan ini merupakan bidnag datar, yaitu bidang utama pertama dan kedua. Titik potong bidang ini dengan sumbu utama adalah H dan H’ disebut titik utama pertama dan kedua. Bidang-bidang utama perlu selalu berada pada lensa. Jarak focus (F dan F’) sekarang diukur terhadap H dan H’. f = FH, f’ = FH’.

Lensa Tipis Gabungan
Lensa tipis gabungan adalah susunan dua lensa tipis yang berjarak d.

Lensa gabungan ini dapat dikembalikan ke persoalan lensa tebal, sehingga :

Lensa Tebal Gabungan
Dua lensa tebal dapat disusun merupakan sebuah lensa gabungan

DISPERSI

Dispersi yaitu peristiwa terurainya cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya yang berwarna-warni (monokromatik), seperti terjadinya pelangi. Pelangi merupakan peristiwa terurainya cahaya matahari oleh butiran-butiran air hujan. Peristiwa peruraian cahaya ini disebabkan oleh perbedaan indeks bias dari masing-masing cahaya, di mana indeks bias cahaya merah paling kecil, sedangkan cahaya ungu memiliki indeks bias paling besar. Peristiwa dispersi juga terjadi apabila seberkas cahaya putih, misalnya cahaya matahari dilewatkan pada suatu prisma.

            Prisma adalah benda bening (transparan) terbuat dari gelas yang dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu yang berfungsi menguraikan (sebagai pembias) sinar yang mengenainya.

            Permukaan ini disebut bidang pembias, dan sudut yang dibentuk oleh kedua bidang pembias disebut sudut pembias (β).

Sudut deviasi ( δ ) adalah sudut yang dibentuk oleh perpanjangan sinar datang mula-mula dengan sinar yang meninggalkan bidang pembias atau pemantul.

CONTOH SOAL

1.      Seberkas sinar matahari datang pada sebuah prisma dengan sudut datang 20⁰. Sudut pembias prisma 30⁰ dan indeks bias prisma untuk sinar ungu dan sinar merah masing-masing n_ungu : 1,675 dan n_merah : 1,638. Hitung sudut deviasi sinar merah!

Penyelesaian :

EFEK DOPPLER GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Pada tahun 1842 Cristian Doppler menjelaskan mengapa bunyi seakan-akan terdengar lebih keras  atau tinggi ketika sumber bunyi mendekati pengamat atau pendengar, dan bunyi menjadi  seakan-akan terdengar lebih pelan atau rendah ketika sumber bunyi menjauhi pengamat atau pendengar.

Secara sederhana kita dapat mengingat persamaan dalam rumus efek Doppler.

 

Pada saat sumber menjauhi pengamat maka nilai v_s bernilai negatif (v-v_s), maka perumusan menjadi :

 namun apabila sumber mendekati pengamat maka nilai v_s bernilai positif (v + v_s), maka perumusan dapat ditulis menjadi :

Begitupun seterusnya, dengan catatan sumber selalu di sebelah kiri dan pengamat disebelah kanan.

INTERFERENSI CAHAYA

Interferensi cahaya adalah penjumlahan atau perpaduan antara dua gelombang atau lebih yang hasilnya dapat saling menguatkan (konstruktif) atau saling melemahkan (desduktrif). Dapat dikatakan terjadinya interferensi apabila :

·   Dua gelombang cahaya koheren, dalam arti kedua gelombang cahaya memiliki beda fase yang selalu tetap.

·   Kedua sinar atau cahaya yang dipancarkan  harus memiliki frekuensi yang sama.

·   Kedua gelombang cahaya harus memiliki Amplitude yang sama.

Interferensi cahaya dibagi menjadi 3 jenis :

1.      Interferensi celah ganda (percobaan young)

      Fenomena interferensi cahaya ditunjukkan oleh percobaan yang dilakukan oleh Thomas Young. Berkas cahaya yang melalui celah S₁ dan S₂ berasal dari celah sempit S_0.

·         Interferensi maksimum

      Apabila dua gelombang bertemu, dan saling menguatkan, maka akan terjadi interferensi maksimum dan terbentuk pola garis terang. Sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan :

Karena l >> d, maka sudut θ sangat kecil, sehingga berlaku pendekatan sinθ = tanθ = p / l

Jadi, persamaan (1) dapat dituliskan menjadi :

Keterangan :

p = jarak garis terang dari pusat terang

d = jarak kedua sumber

l = jarak layar ke sumber cahaya

λ = panjang gelombang

n = orde atau nomor terang (n = 0, 1, 2, ... .)

·         Interferensi minimum

      Jika dua gelombang tidak bertemu, dan akan saling meniadakan maka terjadi interferensi minimum, sehingga terbentuk pola garis gelap. Interferensi ini terjadi pada dua gelombang yang tidak sefase. Sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan :

Bilangan n menyatakan orde atau nomor gelap, yang besarnya n = 1, 2, 3, ... . Untuk n = 1 disebut minimum orde ke-1.

sinθ = tanθ = p / l

maka menjadi :

2.      Interferensi lapisan tipis

      Interferensi celah tipis adalah Interferensi yang disebabkan oleh pemantulan cahaya lapisan permukaan atas dan bawah dari selaput tipis. Misalnya adanya warna-warna pelangi yang terjadi pada gelembung air sabun jika terkena cahaya matahari.

Pola interferensi pada lapisan tipis dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu panjang lintasan optik dan perubahan fase sinar pantul.

·         Interferensi maksimum (terang)

Dengan  m = 1, 2, 3, …

·         Interferensi minimum (gelap)

Dengan  m = 0, 1, 2, 3,…

3.      Interferensi cincin newton

      Interferensi cincin newton adalah pola interferensi yang terbentuk oleh sebuah lensa yang sedikit cembung yang diletakkan di atas sebuah keping gelas datar. Pola interferensi cincin newton ini terjadi jika cahaya dengan panjang gelombang (λ), datang dari atas dengan arah tegak lurus.

·         Interferensi maksimum (lingkaran terang)

CONTOH SOAL

1.      Dalam suatu ekperimen untuk mengukur panjang gelombang cahaya digunakan percobaan Young. Diperoleh bahwa jarak layar ke celah ganda adalah 180 cm. dan jarak dua celah 0,09 mm. Jika jarak antara 7 gelap adalah 7,2 cm hitunglah panjang gelombang tersebut!

Penyelesaian :

Jarak 7 gelap 7,2 cm artinya jarak antara 2 gelap berturut – turut adalah  

= 7,2 / (7-1) = 1,2 cm.unutk mengukur panjang gelombang kita gunakan rumus jarak antara dua celah.

OPTIKA

A.    Pengertian Optika

      Optika adalah cabang fisika yang mengambarkan perilaku atau sifat –sifat cahaya dan interaksi cahaya dengan materi. Pada intinya menggambarkan gejala-gejala optik.

Sedangkan kata “optik” berasal dari kata latin, yang berarti tampilan.

B.     Klasifikasi Optik

      Optik diklasifikasikan dapat dibagi menjadi 2 macam :

1.      Optik Geometri

            Optik Geometri atau optika sinar, menjabarkan perambatan cahaya.  Pada Optika Geometris membahas tentang pemantulan dan pembiasan.

2.      Optik Fisis

            Optik Fisis menjelaskan gejala-gejala yang terjadi pada Optik Geometri dengan penjabaran matematis atau secara perumusannya. Pada Optik Fisis membahas tentang Sifat-sifat cahaya, interferensi cahaya, hakikat cahaya dan pemanfaatan sifat-sifat cahaya.

C.     Sejarah Perkembangan Optik

      Sejarah Perkembangan Optik menurut Richtmayer perkembangan keilmuwan dibagi ke dalam empat periode :

1.      Perkembangan Periode I (Zaman Prasejarah (SM) s.d. 1500 M)

            Pada zaman ini telah temukannya sebuah kanta optik yang berumur sekitar 2.200 tahun yang lalu di Baghdad, Irak. Optik dipelajari secara ilmiah di periode I ini dimulai pada tahun 300 SM.

·         Pada tahun 300 SM dikenal dengan zaman yang hanya mengemukakan teori-teori para ahli tanpa dilakukan pembuktian dengan eksperimen, sehingga ada beberapa teori tentang optik yang bermunculan, misalnya Teori Tactile dan Teori Emisi.

·         Pada abad ke-10 M, muncul teori yang menentang Teori Tactile yaitu Teori Emisi. Teori Emisi ini dikatakan merubah cara pandang terhadap konsep cahaya. Pada Teori Emisi dikatakan bahwa kita dapat melihat benda bukan karena mata kita yang memancarkan cahaya ke benda tersebut (Teori Tactile), tetapi karena terdapat cahaya yang dipantulkan oleh benda yang kita lihat menuju mata kita. Teori ini pertama kali dicetuskan oleh Ibnu Al-Haitsam (965M – 1040 M) seorang Ilmuwan muslim yang sangat populer dan dikenal juga sebagai ‘Bapak optik dunia’. Akhirnya, teori emisi ini benar-benar menggugurkan Teori Tactile dan dipercaya kebenarannya sampai sekarang.

·         Pada akhir abad ke 15 atau sekitar awal abad ke 16 seorang ilmuwan Italia yaitu Leonardo Da Vinci mengemukakan tentang optik fisiologis mata manusia.

2.      Perkembangan Periode II (1550 M – 1800 M)

            Pada periode ini sudah banyak dilakukan eksperimen untuk mendukung kebenaran dari teori-teori yang telah ditemukan.

·         Pada abad ke-17 atau sekitar tahun 1608 M, pertama kalinya seseorang mengklaim bahwa dia adalah orang yang pertama menemukan teleskop. Orang tersebut adalah Hans Lippershey. Teleskop yang ditemukan Hans Lippershey ini hanya bisa memperbesar tiga kali lipat ukuraan semula.

·         Pada tahun 1609 M Galileo mendengar bahwa seseorang telah menemukan teleskop di Belanda. Namun, berita itu masih samar-samar di telinganya. Akhirnya, dengan kecerdasannya, ia mempelajarai perangkat teleskop Lippershey dan berhasil membuat teleskopnya sendiri yang lebih canggih karena dapat melakukan perbesaran hingga 20 kali lipat. Teropong yang ditemukan Galileo ini sekarang disebut teleskop panggung.

·         Pada tahun 1675, Sir Isaac Newton dalam Hypothesis of Light menyatakan bahwa cahaya terdiri dari partikel halus yang memancar ke segala arah dari sumbernya. Jika partikel diamggap tidak bermassa, maka suatu benda bersinar tidak akan kehilangan massanya hanya karena memancarkan cahaya, dan cahaya itu sendiri tidak dipengaruhi oleh gravitasi. Teori Newton ini dikenal dengan nama Teori Emisi.

·         Pada tahun 1678, Christian Huygens mengatakan teori bahwa cahaya  dipancarkan ke segala arah sebagai gelombang seperti bumi.

3.      Perkembangan Periode III (Periode singkat, 1800 M s.d. 1890 M)

·         Dimulai ketika sekitar tahun 1801, Thomas Young  dan  Agustin Fresnell membuktikan bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan dapat mengalami interferensi ketika dilewatkan pada dua celah sempit.

·         Maxwell (1831-1874) mengemukakan pendapatnya bahwa cahaya dibangkitkan oleh gejala kelistrikkan dan kemagnetan sehingga tergolong gelombang elektomagnetik. Sesuatu yang yang berbeda dengan gelombang bunyi yang tergolong gelombang mekanik. Gelombang elekromagnetik dapat merambat dengan atau tanpa medium dan kecepatan rambatnyapun amat tinggi bila dibandingkan dengan gelombang bunyi. Gelombang elekromagnetik merambat dengan kecepatan 300.000 km/s, kecepatan ini hampir sama dengan kecepatan gelombang cahaya. Sehingga dapat dikatakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

4.      Perkembangan Periode IV

            Optika modern ditandai dengan perkembagan ilmu dan rekayasa optik yang menjadi sangat populer pada abad 20. Bidang optik ini meliputi elektromagnetik atau sifat kuantum cahaya. Pada era optika modern ditandai dengan penemuan besar yaitu mengenai efek foto listrik dan serat optik.

D.    Sifat-Sifat Cahaya

·         Dapat mengalami pemantulan (refleksi)

·         Dapat mengalami pembiasan (refraksi)

·         Dapat mengalami pelenturan (difraksi)

·         Dapat dijumlahkan (interferensi)

·         Dapat diuraikan (dispersi)

·         Dapat diserap arah getarnya (polarisasi)

·         Bersifat sebagai gelombang dan partikel

·         Cahaya dapat merambat lurus

·         Cahaya menembus benda bening

E.     Pemantulan Cahaya

      Pemantulan cahaya dapat diartikan sebagai peristiwa dimana arah gerak suatu benda berubah karena cahaya yang mengenai penghalang, dengan suatu penghalang tersebut dapat membuat arah gerak cahaya berubah.

1.      Klasifikasi Pemantulan Cahaya

            Seperti yang telah kita ketahui bahwasannya pemantulan cahaya dibagi menjadi 2 macam yaitu pemantulan teratur dan pemantulan baur.

Keterangan :

(a). Pemantulan teratur

            seberkas cahaya yang jatuh pada permukaan halus, akan dipantulkan dengan arah yang teratur. Pemantulan dengan arah yang teratur disebut dengan pemantulan teratur. Pemantulan cahaya pada permukaan benda tidak sembarang, melainkan memiliki keteraturan sesuai dengan hukum-hukum pemantulan.

(b). Pemantulan baur

            Pada umumnya, setiap permukaan benda dapat memantulkan cahaya yang jatuh pada permukaan tersebut. Permukaan benda dapat berupa permukaan kasar atau halus. Seberkas cahaya yang jatuh pada benda dengan permukaan kasar akan dipantulkan dengan arah sinar pantul yang tak teratur. Pemantulan ini disebut dengan pemantulan baur.

2.      Hukum Pemantulan Cahaya

            Bagaimana pemantulan terjadi? Ketika kamu menyalakan lampu senter yang telah ditutupi dengan kertas karton yang diberi lubang, kamu dapat melihat cahaya merambat dalam bentuk garis lurus. Bayangan cahaya ini pun terlihat pada cermin. Jika sudut datang dan sudut pantul diukur, akan diperoleh besarnya sudut pantul (θ_r) dan sudut datang (θ_i) adalah sama. Misalnya membuktikan hukum pemantulan dengan menggunakan pointer inframerah, lalu pointer inframerah tersebut ditembakan pada sebuah cermin yang dialasi dengan karton maka pembentukan pantulan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

 Secara lengkap hukum pemantulan cahaya adalah sebagai berikut :

·         Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terletak pada atu bidang datar.

·         Sudut datang (θ_i)  sama dengan sudut pantul (θ_r).

3.      Klasifikasi Cermin

Cermin adalah salah satu benda yang dapat memantulkan cahaya secara sempurna. Cermin dapat dibagi menjadi 2  golongan yaitu :

·         Cermin datar

·         Cermin lengkung

4.      Pemantulan Pada Cermin Datar

            Cermin datar merupakan salah satu cermin memiliki permukaan yang rata, datar dan tidak melengkung pada bidang pantulnya. Untuk cermin datang biasanya memiliki sifat-sifat khusus yang ditunjukkan pada bayangan hasil dari cermin datar antara lain:

·         Tinggi bayangan akan sama dengan ukuran tinggi benda.

·         Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin.

·         Posisi hasil bayangan pada cermin datar akan berlawanan dengan bendanya.

·         Sifat bayangan tegak sama seperti bendanya.

·         Bayangan yang terbentuk bersifat semu atau maya, yaitu: bayangan dapat dilihat dalam cermin, akan tetapi bayangan tersebut tidak dapat ditangkap oleh sebuah layar.

·         Bayangan yang dibentuk oleh 2 cermin datar dengan sudut lancip