Optik

Posted on July 14, 2016        Written by Ade

a

Apakah benda yang pertama kali kamu lihat saat kamu bangun di pagi hari ? Mungkin benda tersebut adalah jam di dinding atau tanaman yang ada di luar jendela kamarmu. Pernahkah terpikir olehmu bagaimanakah kita dapat melihat benda-benda yang ada di sekitar kita ? Lalu apakah yang terpikir olehmu saat kamu melihat pelangi ? Ada sebagian dari kamu mungkin yang bertanya bagaimanakah pelangi dapat terjadi dan mengapa cahaya matahari dapat diuraikan menjadi cahaya berwarna-warni. Di bagian ini kita akan mempelajari cahaya dan berbagai hal yang berhubungan dengannya. Banyak ilmuwan yang tertarik untuk mempelajari cahaya. Pada tahun 1670 – 1672 Isaac Newton mempelajari pembiasan (pembelokan arah rambat) cahaya. Newton menemukan bahwa suatu cahaya putih dapat diuraikan menjadi cahaya warna-warni ketika dilewatkan melalui prisma kaca.

b

Sampai dengan hari ini, para ilmuwan masih menyelidiki cahaya. Nah, jika kita dapat melihat berbagai warna yang ada pada benda-benda di sekeliling kita, proses ini terjadi dari proses penyerapan sejumlah warna oleh benda tersebut, yang tidak dilihat oleh mata dan pemantulan beberapa warna yang dilihat oleh mata.

Cahaya matahari yang berwarna putih mengandung cahaya warna-warni dari warna ungu sampai dengan merah. Cahaya sebenarnya hanya memiliki tiga warna dasar, yaitu merah, hijau dan biru. Saat mata kita melihat benda berwarna merah maka sebenarnya  warna hijau dan biru diserap oleh benda tersebut. Namun hanya warna merah lah yang di pantulkan dan masuk ke mata kita.

c

Sebuah benda terlihat berwarna kuning apabila cahaya biru diserap oleh benda namun cahaya merah dan hijau dipantulkan.

d

Sebuah benda terlihat berwarna magenta (merah keunguan) apabila warna hijau diserap namun warna merah dan biru dipantulkan dan masuk ke dalam mata.

e

Lalu sebuah benda terlihat berwarna cyan (hijau kebiruan) apabila cahaya warna merah terserap oleh benda namun cahaya biru dan hijau oleh benda dan diterima oleh mata.

f

Berikut ini kita akan mempelajari sifat-sifat cahaya secara umum

  1. Cahaya dapat merambat di dalam ruang hampa
  1. Cahaya merambat menurut garis lurus

Perhatikan bagaimana arah rambat sinar laser yang diarahkan ke suatu tempat. Akan terlihat bahwa sinar laser tersebut merambat menurut garis lurus.  Cahaya merambat menurut garis lurus, ini adalah salah satu sifat dari cahaya. Selain itu, cahaya dapat merambat di dalam ruang yang hampa (luar angkasa), contohnya adalah cahaya yang dipancarkan oleh matahari, bintang yang ada di angkasa dapat dilihat di bumi. Cahaya merambat dengan kecepatan 300 juta m/s di dalam ruang hampa dan di udara. Cahaya matahari memerlukan waktu sekitar 9 menit untuk sampai ke bumi.

  1. Cahaya dapat dipantulkan

Apabila cahaya diarahkan ke sebuah permukaan yang mengkilap maka cahaya dapat dipantulkan oleh permukaan tersebut. Cahaya yang diarahkan oleh sebuah permukaan  akan menghasilkan sudut datang terhadap garis normal (garis yang tegak lurus terhadap bidang pantul). Kemudian cahaya yang terpantul akan menghasilkan sudut pantul terhadap garis normal tersebut.  Hukum pemantulan cahaya menyatakan bahwa sudut datang besarnya sama dengan sudut pantul.

Cermin Cekung

Beberapa pembentukan bayangan pada cermin cekung:

g

h

i

j

k

Bayangan sejati adalah bayangan yang dapat ditangkap menggunakan layar. Beberapa ilustrasi pembentukan bayangan pada cermin cekung:

Aplikasi cermin cekung

l

m

n

Cermin Cembung

Beberapa ilustrasi pembentukan bayangan pada cermin cembung:

o

Secara umum hubungan antara letak benda, bayangan dan fokus cermin (cembung dan cekung) dapat dituliskan sebagai berikut:

p

Dengan f = 0,5 R, dimana R adalah besar jari-jari kelengkungan cermin. Untuk cermin cekung, nilai f adalah positif dan untuk cermin cembung, nilai f adalah negatif.

  1. Cahaya dapat dibiaskan (dibelokkan arah rambatnya)

Apabila cahaya merambat melalui dua zat yang berbeda kerapatannya, maka arah rambat cahaya dapat berbelok. Inilah yang membuat pensil tampak bengkok apabila kita letakkan di dalam gelas yang berisi air. Selain itu, peristiwa pembiasan dapat diamati pada sungai yang terlihat lebih dangkal dari yang sebenarnya.

q

Kebalikannya,  apabila kita berenang di dalam air maka kita melihat benda-benda yang berada di daratan berada lebih tinggi dari posisi yang sebenarnya

r

Secara umum, setiap medium (zat perantara) yang dapat dilewati cahaya memiliki indeks bias. Indeks bias suatu zat merupakan perbandingan antara cepat rambat udara di ruang hampa dengan cepat rambat cahaya di zat tersebut. Sebuah sinar yang jatuh ke suatu bidang batas antara dua zat akan membentuk sudut datang (i, incident). Sudut datang merupakan sudut yang dibentuk antara sinar datang dengan garis normal (garis yang tegak lurus terhadap bidang batas antara dua zat). Sedangkan sinar yang dibiaskan (dibelokkan) akan membentuk sudut bias (r, refraction) terhadap garis normal.

s

Hubungan antara indeks bias dengan sudut datang dan sudut bias di dalam peristiwa pembiasan dapat ditulis dalam persamaan :

t

Penguraian cahaya putih menjadi berbagai warna

u

Lensa cembung

Beberapa ilustrasi pembentukan bayangan pada lensa cembung :

v

w

x

y

z

Lensa Cekung

Beberapa ilustrasi pembentukan bayangan pada lensa cekung

1

Masalah pada mata

2

3

Kamera

Proyektor

Mikroskop

Teleskop

Teropong Binokuler

Optik Fisis ( Interferensi Young)

Pada saat Newton mempelajari tentang cahaya, dia memunculkan ide bahwa cahaya adalah sebagai partikel. Namun beberapa ilmuwan tidak sependapat dengan Newton. Salah satu di antaranya adalah Thomas Young, dia menjadi salah seorang penggagas teori cahaya sebagai gelombang. Thomas Young melakukan percobaan interferensi cahaya dengan melewatkannya melalui dua celah sempit. Sebuah layar ditempatkan di depan kedua celah tersebut untuk menangkap gelombang cahaya yang muncul dari kedua celah itu. Di layar tersebut teramati pita gelap dan pita terang berselang-seling hasil interferensi cahaya yang keluar dari kedua celah tersebut.

4

Pita yang terang adalah hasil perpaduan (interferensi) gelombang cahaya yang saling menguatkan/konstruktif, sedangkan pita yang gelap adalah hasil perpaduan gelombang cahaya yang saling meniadakan (destruktif).

5

6

Pada percobaan interferensi Young, lintasan gelombang yang keluar dari celah pertama (S1) adalah L1 dan lintasan gelombang yang keluar dari celah kedua (S2) adalah L2. Selisih kedua lintasan gelombang tersebut adalah ΔL. Jika jarak antara celah 1 dan celah 2 adalah d, maka;

7

Untuk interferensi yang menguatkan (pita terang) maka ΔL = nλ. Sedangkan pada interferensi yang meniadakan (pita terang) maka ΔL = (n – ½ ).λ.

Jika jarak kedua sumber cahaya tersebut dengan layar adalah sejauh L maka untuk sudut yang kecil.

8

Sehingga untuk peristiwa pita terang :

9

Dengan n = 0 untuk terang pusat dan n = 1, 2, 3, dan seterusnya untuk terang pertama, kedua dan seterusnya.

Sedangkan untuk peristiwa pita gelap :

10

Dengan n = 1, 2, 3, dan seterusnya untuk gelap pertama, kedua dan seterusnya.

Difraksi celah tunggal

11

Difraksi merupakan suatu peristiwa yang terjadi apabila sebuah gelombang dilewatkan ke sebuah celah yang sempit maka arah rambat gelombang ini akan disebarkan ke segala arah. Pada kasus difraksi celah tunggal, cahaya melewati sebuah celah sempit dengan lebar sebesar a. Di depan celah tersebut ditempatkan sebuah layar untuk menangkap pola difraksi cahaya yang dihasilkan. Pada layar terlihat pita terang di pusat dengan intensitas yang paling kuat kemudian di samping-sampingnya terdapat pita gelap dan terang berselang-seling.

12

Seperti pada peristiwa interferensi cahaya melewati dua celah (interferensi Young), pada difraksi celah tunggal, pita terang terjadi sebagai akibat perpaduan gelombang cahaya yang saling menguatkan dan pita gelap terjadi sebagai akibat perpaduan gelombang cahaya yang saling meniadakan.

13

14

Pada difraksi celah tunggal, posisi gelap pertama dapat dihitung dengan persamaan :

15

sehingga

16

Pada difraksi celah tunggal, lebar pita terang pusat adalah sebesar 2 x jarak pita gelap pertama.

Difraksi celah lingkaran

17

Selain cahaya yang melewati sebuah celah sempit, ada peristiwa serupa yang melewatkan cahaya pada sebuah lubang yang sangat kecil. Namun, pola yang dihasilkan pada layar bukanlah pola pita terang dan gelap melainkan pola lingkaran terang dan lingkaran gelap yang sepusat. Pola lingkaran gelap dan terang tersebut dinamakan pola Airy, sedangkan lingkaran pusat yang terang dinamakan cakram Airy (Airy disc)  diberi nama dari seorang penemu bernama George Biddell Airy.

18

Pada difraksi celah lingkaran, jari-jari lingkaran gelap pertama dapat dihitung dengan

19

Kriteria Rayleigh

20

Ketika kita sedang menelusuri jalanan yang memiliki lampu-lampu yang berdiri berjejer, maka mata kita akan sulit membedakan bahwa pada jarak yang jauh ada banyak lampu. Apa yang kita lihat adalah seolah-olah di jarak yang sangat jauh tersebut lampu-lampu jalanan itu menjadi satu. Saat dua sumber cahaya masuk ke dalam mata kita, maka juga akan mengalami peristiwa difraksi. Apabila pola difraksi dari sumber cahaya tersebut bertumpukan di retina maka yang kita amati adalah masih seolah-olah satu buah sumber cahaya.

Kriteria Rayleigh mendiskusikan bagaimana kita mulai bisa membedakan bahwa sumber cahaya yang dilihat adalah lebih dari satu buah sumber. Hal ini terjadi saat lingkaran gelap pertama dari difraksi sumber cahaya pertama melalui pusat dari lingkaran terang pusat dari difraksi sumber cahaya kedua.

21

22

Polarisasi

23

Merupakan suatu peristiwa yang terjadi pada gelombang dimana apabila ia melewati suatu penghalang/polarisator (polarizer) maka gelombang tersebut akan dilewatkan oleh penghalang yang sejajar dengan arah getar gelombang tersebut namun akan dihalangi oleh penghalang yang tegak lurus dengan arah getar gelombang tersebut. Cahaya merupakan gelombang dan dapat mengalami peristiwa polarisasi. Secara fisik, cahaya yang mengalami peristiwa polarisasi akan terlihat lebih redup dibanding sebelum cahaya tersebut melalui suatu polarisator. Pada cahaya yang belum terpolarisasi, dapat diilustrasikan arah getar cahaya tersebut adalah ke segala arah. Kemudian setelah cahaya melewati sebuah polarisator maka arah getar dari cahaya tersebut adalah sejajar dengan arah sumbu polarisator tersebut.

24

Anggap intensitas cahaya mula-mula sebelum melalui polarisator adalah sebesar I0, maka setelah cahaya itu melewati polarisator intensitasnya akan menjadi ½ I0.

25

Apabila setelah polarisator 1 kita tempatkan polarisator kedua, maka intensitas akhir I dari cahaya yang melewati polarisator kedua ini akan dipengaruhi oleh sudut antara sumbu polarisator 1 dan sumbu polarisator 2. Jika sumbu antara polarisator 1 dan sumbu polarisator 2 sejajar maka Intensitas akhir yang keluar (I) adalah sama, yaitu sebesar I0 (gambar (a)). Namun apabila sumbu antara polarisator 1 dan polarisator 2 saling tegak lurus maka tidak ada cahaya yang dilewatkan setelah polarisator 2 tersebut (I = 0) (gambar (b)).

26

Secara umum, apabila sudut antara sumbu polarisator 1 dan polarisator 2 membentuk sudut θ maka intensitas akhir yang dihasilkan adalah :

27

28



Leave a Reply


Calendar

September 2017
M T W T F S S
« May    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930  

Support Us

Galileo To Einstein is entirely supported and maintained by generous people who are very passionate about education. We will always improve its service and keep it for free for

View details

Sitemap