Rangkuma Materi Cahaya dan Alat Optik
Pada bab ini, Anda akan diajak untuk dapat menerapkan konsep dan prinsip kerja alat-alat optik dengan cara menganalisis alat-alat optik secara kuantitatif serta menerapkan alat-alat optik dalam kehidupan sehari-hari. Anda memiliki kamera? Meskipun Anda tidak memiliki kamera, tetapi setidaknya Anda pasti pernah berhadapan dengan kamera, yakni ketika Anda difoto.
Pernahkah Anda bertanya, bagaimana kamera itu bekerja? Kamera merupakan salah satu alat optik. Dewasa ini, seiring dengan pesatnya perkembangan teknologi, kualitas gambar yang dihasilkan kamera semakin baik. Hasil foto pun dapat diolah lagi.
Ketika Anda difoto dengan latar belakang rumah Anda, hal tersebut dapat disulap menjadi berlatar belakang menara Pissa atau Istana Negara. Hal ini tidak terlepas dari berkembangnya kamera digital yang hasilnya dapat dibaca dan diolah dengan bantuan komputer.
Rangkuman Materi Cahaya dan Alat Optik
Pemantulan Cahaya
Hukum pemantulan (Hukum Snellius)
1. Sinar datang,sinar pantul, dan garis normal berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar
2. Sudut datang sama dengan sudut pantul
1. Sinar datang,sinar pantul, dan garis normal berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar
2. Sudut datang sama dengan sudut pantul
i = r
Pemantulan bayangan pada cermin datar
Sifat bayangan pada cermin datar :
1. Bayangan bersifat sama besar, maya dan tegak
2. Jarak bayangan ke cermin = jarak benda dari cermin
3. Bayangan tegak, dan menghadap berlawanan arah terhadap bendanya
1. Bayangan bersifat sama besar, maya dan tegak
2. Jarak bayangan ke cermin = jarak benda dari cermin
3. Bayangan tegak, dan menghadap berlawanan arah terhadap bendanya
a. Pemantulan pada cermin cekung (Concave)
Dikatakan cermin cekung jika sisi depan cermin melengkung ke dalam. Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar (Konvergen). Jarak fokus pada cermin cekung bernilai positif, hubungan fokus dengan jari-jari yaitu:
b. Pemantulan pada cermin cembung
Dikatakan cermin cembung jika sisi depan cermin melengkung keluar. Titik fokusnya (f) berada di sisi belakang cermin sehingga jark fokus cermin bertanda negatif. Hubungan antara titik fokus dengan jari-jari yaitu:
c. Cermin cembung bersifat menyebarkan sinar (divergen)
Persamaan pada cermin cekung dan cembung
Keterangan :
f = titik fokus
s = jarak benda ke cermin
s’ = jarak bayangan ke cermin
f = titik fokus
s = jarak benda ke cermin
s’ = jarak bayangan ke cermin
Pembesaran cermin cekung dan cembung
Keterangan:
M = pembesaran bayangan
s = jarak benda ke cermin
s’ = jarak bayangan ke cermin
h = tinggi benda
h’ = tinggi bayangan
M = pembesaran bayangan
s = jarak benda ke cermin
s’ = jarak bayangan ke cermin
h = tinggi benda
h’ = tinggi bayangan
Perjanjian tanda pada cermin lengkung
PEMBIASAN CAHAYA
Yaitu Pembelokan cahaya karena perubahan kecepatan rambat dari suatu medium ke medium yang lain. Hukum pembiasan diantaranya:
1. Sinar datang, sinar bias dan garis normal berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar.
1. Sinar datang, sinar bias dan garis normal berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar.
2. Persamaan Snellius yang menghubungkan sudut datang dan sudut bias dinyatakan sebagai berikut:
n1 sin θ1 = n2 sin θ2
Berlaku juga:
Keterangan:
n1 = indeks bias medium 1
n2 = indeks bias medium 2
v1 = kecepatan cahaya di medium 1
v2 = kecepatan cahaya di medium 2
λ1 = Panjang gelombang di medium 1
λ2 = Panjang gelombang di medium 2
n1 = indeks bias medium 1
n2 = indeks bias medium 2
v1 = kecepatan cahaya di medium 1
v2 = kecepatan cahaya di medium 2
λ1 = Panjang gelombang di medium 1
λ2 = Panjang gelombang di medium 2
Pembiasan pada lensa
Sama halnya pada cermin lengkung, berlaku juga:
Jika terdiri dari dua permukaan yang berbeda dan medium yang berbeda berlaku:
Keterangan:
n2 = indeks bias lensa
n1 = indeks bias medium
R1 , R2 = Jari-jari kelengkungan kedua permukaan lensa
n2 = indeks bias lensa
n1 = indeks bias medium
R1 , R2 = Jari-jari kelengkungan kedua permukaan lensa
Pembesaran cermin cekung dan cembung
Perjanjian tanda pada lensa
Kuat lensa
Yaitu kemampuan lensa cembung untuk mengumpulkan sinar atau kemampuan lensa cembung untuk memancarkan sinar, secara matematis di tulis:
Fokus lensa cembung bernilai positif
Fokus lensa cekung bernilai negatif
Alat Optik
mata
Beberapa cacat mata diantaranya:
a.miopi (rabun jauh)
a.miopi (rabun jauh)
yaitu kondisi mata yang tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang letaknya jauh. Penderita miopi memiliki titik dekat lebih kecil daripada 25 cm tetapi titik jauhnya pada jarak tertentu. Lensa cekung digunakan untuk mengkoreksi rabun jauh. kekuatan lensa dapat dirumuskan sebagai berikut:
P = Kuat lensa
PP = titik jauh dari mata
b.hipermetropi (rabun dekat)
yaitu cacat mata dimana mata tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang letaknya dekat . penderita hipermetropi memiliki titik dekat lebih besar dari 25 cm dan titik jauh pada tak terhingga. Dapat ditolong dengan lensa cembung (positif).kekuatan lensa dapat dirumuskan sebagai
PR = titik dekat dari mata
Sn = titik dekat mata normal
c.presbiopi (mata tua)
yaitu cacat mata akibat berkurangnya daya akomodasi pada usia lanjut. Pada mata presbiopi,titik dekatnya lebih jauh daripada titik dekat mata normal (titik dekat > 25 cm) dan titik jauhnya lebih dekat daripada titik jauh mata normal (titik jauh <~). Dapat ditolong dengan kacamata berlensa rangkap (kacamata bivokal).
d.astigmatisme
astigmatisme adalah cacat mata dimana kelengkungan selaput bening atau lensa mata tidak merata sehingga berkas sinar yang mengenai mata tidak dapat terpusat dengan sempurna . cacat mata astigmatisma tidak dapat membedakan garis tegak dengan garis mendatar secara bersama-sama. Dapat ditolong dengan kacamata berlensa silinder.
lup (kaca pembesar)
Lup terdiri dari sebuah lensa cembung yang membentuk sebuah bayangan maya, tegak, dan diperbesar . lup digunakan untuk melihat benda-benda kecil agar Nampak lebuh besar dan jelas . Perbesaran pada lup ada 2 macam yakni:
1. Mata tanpa berakomodasi
2. Mata berakomodasi maksimum
Sn = jarak titik dekat mata
f = jarak fokus lensa
Mikroskop
Mikroskop adalah alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda berukuran sangat kecil. Terdiri dari dua lensa cembung. Dua lensa cembung tersebut berada di dekat mata dan di dekat benda. Lensa cembung di dekat benda dinamakan lensa obyektif, sedangkan lensa di dekat mata dinamakan lensa okuler.
Bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif adalah nyata, terbalik, diperbesar. Adapun bayangan akhir yang dibentuk oleh lensa okuler adalah maya, terbalik, dan diperbesar. Pengamatan mikroskop dibedakan dua jenis:
a. Berakomodasi maksimum
Perbesaran bayangan:
d= s’ob + sok
b. Tanpa berakomodasi
Perbesaran bayangan:
d= sob‘+ fok
keterangan:
M = perbesaran bayangan total
s’ob = jarak bayangan lensa obyektif (cm)
Sn = jarak titik dekat mata pengamat (cm)
d = jarak antara lensa obyektif dan lensa okuler (cm)
fok = focus lensa okuler (cm)
sok = jarak benda lensa okuler (cm)
fok = focus lensa okuler (cm)
sok = jarak benda lensa okuler (cm)
Teropong
Teropong/teleskop digunakan untuk melihat benda yang sangat jauh agar tampak lebih dekat dan jelas. Terbagi menjadi dua macam, yaitu :
Teropong Bias
1. Teropong bintang
1. Teropong bintang
Teropong bintang digunakan untuk mengamati benda-benda di angkasa.
a. Tidak Berakomodasi
Perbesaran bayangan yang dihasilkan
Jarak antara lensa obyektif dan okuler sebagai berikut.
d= fob + fok
d= fob + fok
b. Berakomodasi maksimum
Perbesaran bayangan yang dihasilkan.
d= fob + sok
2. Teropong bumi
Untuk mengamati benda-benda yang berada di permukaan bumi
a. Tidak Berakomodasi
a. Tidak Berakomodasi
Perbesaran bayangan yang dihasilkan
Jarak antara lensa obyektif dan okuler sebagai berikut.
d= fob + 4fp + fok
d= fob + 4fp + fok
b. Berakomodasi maksimum
Pembesaran bayangan yang dihasilkan
d = fob + 4fp + sok
keterangan:
fp = jarak fokus lensa pembalik
Soal dan Pembahasan Cahaya dan Alat Optik
Soal No 1
Ayah Joko lupa membawa kacamata yang biasa digunakan untuk membaca koran sehingga saat itu beliau membaca koran dengan diletakkan sedikit lebih jauh dari jarak normal yaitu 50 cm. Perkirakan:
a) jenis kelainan mata yang terjadi pada ayah Joko
b) ukuran kacamata yang biasa dipakai ayah Joko
c) jenis lensa kacamata ayah Joko
d) panjang fokus lensa kacamata ayah Joko
a) jenis kelainan mata yang terjadi pada ayah Joko
b) ukuran kacamata yang biasa dipakai ayah Joko
c) jenis lensa kacamata ayah Joko
d) panjang fokus lensa kacamata ayah Joko
Pembahasan
a) jenis kelainan mata yang terjadi pada ayah Joko
Jarak titik dekat ayah joko bergeser menjauh dari titik dekat normal yang berada pada kisaran 25 cm atau 30 cm hingga disimpulkan bahwa beliau tidak bisa melihat jelas pada jarak dekat alias rabun dekat atau hipermetrop
b) ukuran kacamata yang biasa dipakai ayah Joko
Ukuran kacamata ditentukan dengan rumus berikut:
P = 100 / PPN - 100 / PP
dimana
PPN = titik dekat normal dalam satuan cm, PP = titik dekat penderita miopi dalam satuan cm
sehingga
P = 100/25 - 100/50
P = 4 - 2 = 2 dioptri = + 2 D
Catatan:
Jika PPN dan PP dinyatakan dalam satuan meter maka gunakan rumus berikut
P = 1/ PPN - 1/ PP
Hasil akhir haruslah sama dengan rumus sebelumnya!
c) jenis lensa kacamata ayah Joko
Jenis lensa kacamata yang dipakai adalah lensa positif atau lensa cembung.
d) panjang fokus lensa kacamata ayah Joko
Hubungan panjang fokus lensa (f) dengan kuat lensa (P)
f = 1/P
f = 1/2 meter. Jika diubah ke cm P = 100/2 cm = 50 cm
Soal No. 2
Joko memiliki penglihatan jauh yang lemah dengan titik jauhnya kurang lebih 5 meter. Perkirakan ukuran kacamata yang harus dipakai Joko, jenis lensa kacamatanya dan panjang fokus dari lensa kacamata tersebut!
Pembahasan
Si Joko termasuk penderita rabun jauh atau miopi, dimana titik jauh mata bergeser mendekat, ukuran kacamata yang digunakan ditentukan dengan rumus:
P = − 100/PR
dimana PR adalah titik jauh mata penderita dengan PR dinyatakan dalam centimeter atau
P = − 1/PR
dengan PR dinyatakan dalam satuan meter. Sehingga:
P = − 1/PR = − 1/5 = − 0,2 dioptri = − 0,2 D
Jenis kacamatanya adalah lensa cekung atau lensa negatif dengan jarak fokus
f = 1/P = 1/0,2 = 5 meter
Soal No. 3
Titik dekat mata seseorang 200 cm di muka mata. Agar orang itu dapat melihat pada jarak 25 cm, maka perlu kacamata berkekuatan....dioptri
A. 3,5
B. 0,2
C. -0,2
D. -0,4
E. -0,5
(Soal UMPTN 1995)
Pembahasan
Rabun dekat
P = 100/PPN - 100/PP
P = 100/25 - 100/200 = 4 - 0,5 = 3,5 dioptri
Jarak titik dekat ayah joko bergeser menjauh dari titik dekat normal yang berada pada kisaran 25 cm atau 30 cm hingga disimpulkan bahwa beliau tidak bisa melihat jelas pada jarak dekat alias rabun dekat atau hipermetrop
b) ukuran kacamata yang biasa dipakai ayah Joko
Ukuran kacamata ditentukan dengan rumus berikut:
P = 100 / PPN - 100 / PP
dimana
PPN = titik dekat normal dalam satuan cm, PP = titik dekat penderita miopi dalam satuan cm
sehingga
P = 100/25 - 100/50
P = 4 - 2 = 2 dioptri = + 2 D
Catatan:
Jika PPN dan PP dinyatakan dalam satuan meter maka gunakan rumus berikut
P = 1/ PPN - 1/ PP
Hasil akhir haruslah sama dengan rumus sebelumnya!
c) jenis lensa kacamata ayah Joko
Jenis lensa kacamata yang dipakai adalah lensa positif atau lensa cembung.
d) panjang fokus lensa kacamata ayah Joko
Hubungan panjang fokus lensa (f) dengan kuat lensa (P)
f = 1/P
f = 1/2 meter. Jika diubah ke cm P = 100/2 cm = 50 cm
Soal No. 2
Joko memiliki penglihatan jauh yang lemah dengan titik jauhnya kurang lebih 5 meter. Perkirakan ukuran kacamata yang harus dipakai Joko, jenis lensa kacamatanya dan panjang fokus dari lensa kacamata tersebut!
Pembahasan
Si Joko termasuk penderita rabun jauh atau miopi, dimana titik jauh mata bergeser mendekat, ukuran kacamata yang digunakan ditentukan dengan rumus:
P = − 100/PR
dimana PR adalah titik jauh mata penderita dengan PR dinyatakan dalam centimeter atau
P = − 1/PR
dengan PR dinyatakan dalam satuan meter. Sehingga:
P = − 1/PR = − 1/5 = − 0,2 dioptri = − 0,2 D
Jenis kacamatanya adalah lensa cekung atau lensa negatif dengan jarak fokus
f = 1/P = 1/0,2 = 5 meter
Soal No. 3
Titik dekat mata seseorang 200 cm di muka mata. Agar orang itu dapat melihat pada jarak 25 cm, maka perlu kacamata berkekuatan....dioptri
A. 3,5
B. 0,2
C. -0,2
D. -0,4
E. -0,5
(Soal UMPTN 1995)
Pembahasan
Rabun dekat
P = 100/PPN - 100/PP
P = 100/25 - 100/200 = 4 - 0,5 = 3,5 dioptri
