A. Pemantulan Cahaya.
1. Jenis dan Hukum Pemantulan.
a. Perbedaan Antara Pemantulan Teratur dengan Pemantulan Baur.
| Pemantulan Teratur (specular). | Pemantulan Baur (diffuse). |
| Berkas - berkas sinar sejajar dipantulkan sebagai berkas-berkas sinar sejajar. | Berkas – berkas sinar sejajar dipantulkan ke segala arah (berkas tidak sejajar satu sama lain). |
| Pemantulan cahaya oleh permukaan benda yang halus (cermin datar). | Pemantulan cahaya oleh permukaan benda yang kasar (kertas). |
b. Hukum Pemantulan.
1) Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar.
2) Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r).
i = r
2. Pemantulan pada Cermin Datar.
a. Sifat – Sifat Bayangan pada Cermin Datar.
1) Maya.
2) Sama besar dengan bendanya (perbesaran = 1).
3) Tegak dan berlawanan arah (terbalik) terhadap bendanya.
4) Jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan dari cermin.
b. Melukis Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar.
1) Buatlah garis tegak lurus yang cukup tebal di tengah kertas / bidang datar lainnya. Garis ini diumpamakan sebagai cermin datar.
2) Buatlah garis, bidang, atau gambar yang lainnya. Untuk lebih mudah, buatlah tongkat di salah satu sisi cermin.
3) Tariklah garis datang dengan kemiringan tertentu sampai menyentuh cermin. Agar lebih mudah, awali garis tersebut dari salah satu ujung tongkat.
4) Gambarkan garis normal pada ujung garis yang berada di cermin. Garis normal harus tegak lurus dengan cermin.
5) Gambarlah garis pantul yang dimulai dari ujung garis normal yang menempel pada cermin. Besar sudut antara garis pantul dengan garis normal harus sama dengan besar sudut antara garis normal dengan garis datang.
6) Tarik garis putus – putus yang dimulai dari gabungan dari sudut datang dan sudut pantul yang sejajar dengan garis pantul. Garis putus – putus harus berlawanan arah dengan garis pantul.
7) Lakukan kegiatan 3 - 6 dengan kemiringan sinar datang yang berbeda.
8) Buatlah titik/tanda pada perpotongan garis putus – putus di sisi kaca yang lain.
9) Ulangi kembali kegiatan yang sama dari kegiatan 3 – 8 dengan kemiringan sinar datang yang berbeda.
10) Tarik garis antara titik/tanda yang ada di sisi cermin yang lain.
11) Garis yang terbentuk adalah bayangan dari tongkat. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar.
c. Medan Penglihatan.
Medan penglihatan adalah ruang di belakang cermin yang dapat dilihat oleh mata. Medan penglihatan bergantung pada besar ukuran cermin dan letak mata di depan cermin.
3. Pemantulan pada Cermin Lengkung.
a. Cermin Silinder.
b. Cermin Bola.
1) Cermin cekung (concave mirror).
2) Cermin cembung (convex mirror).
Sinar paraksial, yaitu sinar – sinar yang dekat tengan sumbu utama. Pada cermin lengkung, garis normal adalah garis yang menghubungkan titik pusat lengkung cermin dan titik jatuh sinar.
4. Pemantulan pada Cermin Cekung.
Sinar – sinar sejajar dipantulkan oleh cermin cekung menuju ke suatu titik.
a. Tiga Sinar Istimewa pada Cermin Cekung.
1) Sinar datang sejajar sumbu utama cermin dipantulkan melalui titik fokus.
2) Sinar datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
3) Sinar datang melalui titik pusat lengkung dipantulkan kembali ke titik pusat lengkung tersebut.
b. Melukis Pembentukan Bayangan pada Cermin Cekung.
1) Lukis dua buah sinar istimewa.
2) Sinar selalu datang dari bagian depan cermin dan dipantulkan kembali ke bagian depan. Perpanjangan sinar – sinar di belakang cermin dilukis sebagai garis putus – putus.
3) Perpotongan kedua buah sinar pantul yang dilukis dengan langkah 1 merupakan letak bayangan. Jika perpotongan didapat dari perpanjangan sinar pantul, bayangan yang dihasilkan adalah maya, dan dilukis dengan gari putus – putus.
| Sifat – Sifat Bayangan pada Cermin Cekung |
| o Makin dekat letak benda di depan cermin cekung, makin besar bayangannya. o Titik fokus nyata. o Konvergen. o Bayangan nyata selalu terletak di depan cermin dan terbalik, sedangkan bayangan maya selalu terletak di belakang cermin, tegak, dan diperbesar. o Sifat – sifat bayangan pada jarak tertentu. · Di Ruang III, bayangan nyata, terbalik, dan diperkecil. · Di Sumbu Utama, bayangan nyata, terbalik, dan sama besar dengan bendanya. · Di Ruang II, bayangan nyata, terbalik, dan diperbesar. · Di titik Fokus, bayangan berada di tak terhingga, maya, dan tegak. · Di Ruang I, bayangan maya, tegak, dan diperbesar. o Nilai so + si maksimum = 4f. |
c. Hubungan Jarak Fokus dan Jari – Jari Lengkung Cermin.
Jarak fokus sama dengan setengah jari – jari lengkung cermin.
f = ½ R
d. Perbesaran Bayangan.
Jika ukuran bayangan lebih besar daripada ukuran benda, maka bayangan diperbesar. Jika ukuran bayangan lebih kecil daripada ukuran benda, maka bayangan diperkecil.
Perbesaran linear (M) adalah perbandingan antara tinggi bayangan (hi) dan tinggi benda (ho).
Rumus perbesaran linear cermin lengkung adalah sebagai berikut:
| M | = | hi | = | -si |
| ho | so |
M bertanda negatif menandakan bayangan nyata dan terbalik.
M bertanda positif menandakan bayangan maya dan tegak.
| Nilai M | Sifat bayangan |
| M > 1 (positif) 0 < M < 1 (positif) | Maya, tegak, diperbesar. Maya, tegak, diperkecil. |
| M < -1 (negatif) M = -1 (negatif) -1 < M < 0 (negatif) | Nyata, terbalik, diperbesar. Nyata, terbalik, sama besar. Nyata, terbalik, diperkecil. |
e. Rumus Umum Cermin Lengkung.
Hubungan antara jarak benda (so) dengan jarak bayangan (si) dinyatakan sebagai berikut:
| 1 | + | 1 | = | 1 |
| so | si | f |
Rumus umum cermin cekung berlaku untuk cermin cekung dan cermin cembung.
| Syarat – Syarat Penggunaan Tanda pada Rumus Umum Cermin Lengkung |
| so bertanda + : benda terletak di depan cermin (benda nyata). so bertanda - : benda terletak di belakang cermin (benda maya). si bertanda + : bayangan terletak di depan cermin (bayangan nyata). si bertanda - : bayangan terletak di belakang cermin (bayangan maya). f dan R bertanda + : pusat lengkung cermin terletak di depan cermin (cermin cekung). f dan R bertanda – : pusat lengkung cermin terletak di belakang cermin (cermin cembung). |
5. Pemantulan pada Cermin Cembung.
o Titik fokus terletak di belakang cermin.
o Merupakan titik fokus maya.
o Bersifat divergen.
a. Tiga Sinar Istimewa pada Cermin Cembung.
1) Sinar datang sejajar sumbu utama cermin dipantulkan seakan – akan datang dari titik fokus.
2) Sinar datang menuju titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
3) Sinar datang menuju titik pusat lengkung dipantulkan kembali seakan – akan datan dari titik pusat lengkung tersebut.
| Sifat Bayangan pada Cermin Cembung |
| Benda yang diletakkan di depan cermin cembung (benda nyata), bayangan yang dihasilkan selalu bersifat : maya, tegak, dan diperkecil. |
b. Melukis Pembentukan Bayangan pada Cermin Cembung.
Hanya diperlukan dua buah sinar istimewa.
c. Medan Penglihatan Cermin Cembung.
Cermin cembung memberikan medan penglihatan lebih luas dibanding cermin datar.
d. Rumus Cermin Cembung.
Rumus – rumus yang berlaku untuk cermin cekung berlaku juga pada cermin cembung. Hanya saja jarak fokus dan jari – jari lengkung cermin selalu dimasukkan bertanda negatif.
6. Susunan Dua Cermin Saling Dihadapkan dengan Sumbu Utama Berhimpit.
Hasil perhitungan dari soal pemantulan oleh cermin cekung (cermin I) dan cermin cembung (cermin II) berbeda dengan hasil perhitungan dari soal pemantulan oleh cermin cembung (cermin I) dan cermin cekung (cermin II). Bayangan dari cermin I akan menjadi benda bagi cermin II. Jarak kedua cermin adalah d.
sIi + sIIo = d
M = MI x MII
| M | = | hiII | = | siI x siII |
| hoI | soI x soII |
B. Pembiasan Cahaya.
1. Konsep Dasar Pembiasan Cahaya.
a. Hukum Snellius tentang Pembiasan.
Hukum I Snellius:
Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
Hukum II Snellius:
Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih tapat maka sinar dibelokkan mendekati garis normal. Sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat maka sinar dibelokkan menjauhi garis normal.
b. Persamaan Snellius dan Indeks Bias Mutlak.
Sin 0i berbanding lurus dengan sin 0r. Dapat dijabarkan dengan rumus berikut:
Sifat khas benda disebut indeks bias mutlak (n).
| sin | = | Tetapan (n) |
| sin |
Indeks bias mutlak suatu medium dapat dipandang sebagai ukuran kemampuan medium itu untuk membelokkan cahaya. Medium yang memiliki indeks bias lebih besar adalah medium yang lebih kuat membelokkan cahaya.
c. Indeks Bias Relatif.
Dipakai untuk meramalkan yang terjadi dengan cahaya yang datang dari medium rapat ke medium renggang.
Untuk dua medium, digunakan rumus berikut:
n1 sin 01 = n2 sin 02
Persamaan diatas lebih sering digunakan karena mudah dihafal dan digunakan.
d. Hubungan Cepat Rambat, Frekuensi, dan Panjang Gelombang Cahaya dengan Indeks Bias.
1) Cahaya akan dibiaskan karena cepat rambat cahaya berbeda dalam kedua medium.
| v1 | = | n2 |
| v2 | n1 |
v1 n1 = v2 n2
2) Cahaya mencapai cepat rambat maksimum dalam ruangan udara. Indeks bias medium relatif terhadap udara (n) biasa disebut indeks bias mutlak.
| n | = | cepat rambat cahaya dalam udara | = | c |
| cepat rambat cahaya dalam medium | v |
3) Indeks bias mutlak adalah hasil bagi antara cepat rambat cahaya dalam udara dengan cepat rambat cahaya dalam suatu medium. Ketika cahaya lewat dari satu medium ke medium lainnya, frekuensi cahaya tidak berubah.
4) Hubungan antara panjang gelombang dan indeks bias bisa kita peroleh dengan membagi kedua persamaan, kemudian menggabungkannya dengan persamaan 2.
e. Teori Dasar Kolam yang Tampak Dangkal.
1) Gunakan persamaan Snellius untuk bidang batas air-udara. Persamaan ini berlaku untuk mengamati dari udara dan benda di dalam air.
| hi | = | 1 |
| ho | na |
2) Jika pengamat dalam air mengamati benda vertikal di udara dengan ketinggian tertentu dari permukaan air, maka tinggi benda dari permukaan air yang diamati oleh pengamat dalam air, maka rumusnya adalah berikut.
| hi | = | na |
| ho | 1 |
3) Jika koin berada di dalam wadah yang berisi lebih dari satu cairan berbeda jenis (tak bercampur), maka rumusnya adalah berikut.
2. Pemantulan Sempurna.
a. Syarat terjadinya pemantulan sempurna.
1) Sinar harus datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat.
2) Sudut datang lebih besar daripada sudut kritis.
Sudut kritis (ik) adalah sudut datang sinar dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat yang menghasilkan sudut bias sama dengan 90o.
b. Penurunan rumus sudut kritis.
Dapat ditentukan melalui persamaan Snellius.
| sin ik | = | n2 | ; dengan n2 < n1 |
| n1 |
c. Pemantulan sempurna pada prisma.
Prisma adalah balok transparan dengan penampang berbentuk segitiga, yang dibuat dari bahan kaca. Kaca memiliki sudut kritis 42o. Prinsip kerja kaca digunakan oleh periskop pada kapal selam dan kamera.
d. Pemantulan sempurna pada serat optik.
Serat optik menggunakan inti yang memiliki indeks bias tinggi, dan dilapisi oleh lapisan tipis kaca dengan indeks bias rendah. Hasilnya, cahaya yang keluar tidak kehilangan intensitasnya (intensitas cahaya masuk = intensitas cahaya keluar). Serat optik sangat bermanfaat di bidang komunikasi dan kedokteran.
3. Pembiasan Cahaya pada Lensa.
a. Jenis-jenis lensa.
Sumbu utama adalah garis yang menghubungkan pusat kedua bola (membentuk permukaan). Titik fokus adalah titik pada sumbu utama tempat dipusatkannya berkas-berkas sinar yang sejajar dengan sumbu utama. Jarak fokus adalah jarak dari titik fokus ke pusat lensa, yang mempunyai hubungan dengan jari-jari kelengkungan kedua permukaan lensa.
Lensa cembung memiliki bagian tengah yang lebih tebal daripada tepinya, sehingga bersifat mengumpul (konvergen). Lensa cekung memiliki bagian tengah lebih tipis daripada bagian tepinya, sehingga bersifat menyebar (divergen).
Lensa dibatasi oleh dua bidang, sehingga masing-masing jenis lensa (cembung dan cekung) digolongkan menjadi tiga golongan.
Lensa Cembung:
1) Cembung rangkap.
2) Cembung datar.
3) Cembung cekung.
Lensa Cekung:
1) Cekung rangkap.
2) Cekung datar.
3) Cekung cembung.
b. Sinar-sinar istimewa.
Sinar-sinar sejajar sumbu utama dibiaskan menuju suatu titik yang disebut dengan titik fokus. Sinar dapat datang dari dua arah, sehingga ada dua titik fokus. Titik f1 disebut fokus aktif, yaitu dimana sinar-sinar dibiaskan, dan titik f2 disebut fokus pasif. Jarak titik-titik tersebut ke pusat optik disebut jarak fokus (f).
Titik f pada lensa cembung diperoleh dari perpotongan langsung sinar-sinar bias (fokus nyata), sehingga disebut lensa positif. Sedangkan titik f pada lensa cekung diperoleh dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar bias, yang dilukis dengan garis putus-putus (fokus maya), sehingga disebut lensa negatif.
c. Melukis pembentukan bayangan pada lensa.
Cara-cara melukisnya sama dengan cara-cara melukis pada cermin lengkung. Pada lensa cekung menghasilkan bayangan yang bersifat maya, karena berada di belakang lensa.Sedangkan pada lensa cembung menghasilkan bayangan yang bersifat maya dan menghasilkan bayangan yang lebih besar dari bendanya,
d. Rumus untuk lensa tipis.
Rumus yang digunakan sama dengan rumus-rumus yang dipakai pada cermin lengkung (rumus umum dan perbesaran linear). Hanya saja beberapa syarat yang harus dipenuhi, yaitu sebagai berikut.
| Perjanjian tanda untuk menggunakan rumus lensa tipis |
| so bertanda + = benda di depan lensa (benda nyata). so bertanda - = benda di belakang lensa (benda maya). si bertanda + = bayangan di belakang lensa (bayangan nyata). si bertanda - = bayangan di depan lensa (bayangan maya). f bertanda + = lensa cembung atau konveks atau konvergen. f bertanda - = lensa cekung atau konkaf atau divergen. hi bertanda + = bayangan tegak (maya). hi bertanda - = bayangan terbalik (nyata). |
e. Persamaan pembuat lensa.
Jarak fokus lensa berhubungan dengan jari-jari kelengkungan bidang depan dan bidang belakang lensa, serta indeks bias badan lensa. Rumus berikut menghubungkan jarak fokus yang ingin dibuat dengan jari-jari kelengkungan kedua bidang lensa dan indeks bias bahan lensa.
| 1 | = | ( | n2 | - | 1 | ) | ( | 1 | + | 1 | ) |
| f | n1 | R1 | R2 |
Tidak ada komentar:
Posting Komentar