[Ringkasan] Optik dan Alat Optik

A.  Optik

1.      Pemantulan

Cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Cahaya merambat tanpa memerlukan zat perantara. Cepat rambat cahaya di ruang hampa adalah 3 x 10⁸ m/s. Sifat-sifat cahaya antara lain :

a.      Merambat menurut garis lurus

b.      Dapat dipantulkan

c.       Dapat dibelokkan/dibiaskan

d.      Dapat mengalami interferensi

e.      Dapat mengalami difraksi

f.        Dapat mengalami polarisasi

Hukum pemantulan

a.      Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.

b.      Sudut sinar datang = sudut sinar pantul.

Keterangan :

i = sudut datang

r = sudut pantul

a.         Cermin datar

Cermin datar adalah cermin yang permukaan mengkilapnya datar.

Sifat bayangan yang dibentuk cermin datar :

1.      Ukuran (besar tinggi) bayangan sama dengan ukuran beda

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

3.      Bayangan bersifat maya, artinya bayangan benda di belakang cermin.

                        Perbesaran

Perbesaran adalah perbandingan antara tinggi bayangan dengan tinggi bendanya :

Keterangan :

M         = perbesaran bayangan

h’         = tinggi bayangan

h          = tinggi benda

s’          = jarak bayangan

s           = jarak benda

Jika sebuah benda diletakkan di depan dua buah cermin datar yang membentuk sudut, maka akan terlihat lebih dari satu bayangan. Banyak bayangan dapat dicari dengan rumus :

Keterangan :

N          = banyak bayangan

X/a       = sudut antara dua cermin datar

b.       Cermin Cekung

Cermin cekung adalah cermin yang bidang permukaan pantulnya melengkung ke dalam berbentuk cekung.

Sifat cermin cekung adalah mengumpulkan sinar pantul (konvergen)

Sinar-sinar istimewa pada cermin cekung :

1.      Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.

2.      Sinar datang melalui titik fokus (f) dipantulkan sejajar sumbu utama.

3.      Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin (P/C) dipantulkan melalui titik itu juga

Sifat bayangan cermin cekung :

1.      Apabila benda berada di titik fokus (f), maka tidak terjadi bayangan benda.

2.      Apabila benda berada di ruang III, maka bayangan benda berada di ruang II, sifat bayangan nyata, terbalik, dan diperkecil.

3.      Apabila benda berada di ruang II, maka bayangan benda di ruang III, sifat bayangan nyata, terbalik, dan diperbesar.

4.      Apabila benda berada di titik P, maka bayangan benda berada di titik P, sifat bayangan nyata, terbalik, dan sama besar.

5.      Apabila benda berada di titik ruang I, maka bayangan di ruang IV, sifat bayangan maya, tegak, dan diperbesar.

Hubungan antara jarak benda (s), jarak bayangan (s’), dan jarak fokus.

Keterangan :

                        f           = jarak fokus

                        s           = jarak benda

                        s’          = jarak bayangan

Perbesaran bayangan :

Keterangan :

M         = perbesaran bayangan

h’         = tinggi bayangan

h          = tinggi benda

s’          = jarak bayangan

s           = jarak benda

c.         Cermin Cembung

Cermin cembung adalah cermin lengkung yang permukaan pantulnya cembung.

Sinar istimewa cermin cembung :

1.      Sinar datang sejajar sumbu utama cermin dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus.

2.      Sinar datang seolah-olah menuju titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.

3.      Sinar datang menuju titik pusat kelengkungan cermin dipnatulkan seolah-olah berasal dari titik pusat kelengkungan tersebut

Sifat cermin cembung adalah menyebarkan sinar pantul (divergen)

Sifat bayangan pada cermin cembung, yaitu selalu maya, tegak, dan diperkecil.

Hubungan antara jarak benda (s), jarak bayangan (s’), dan jarak fokus :

 Keterangan :

                        f           = jarak fokus

                        s           = jarak benda

                        s’          = jarak bayangan

Perbesaran bayangan :

Keterangan :

M         = perbesaran bayangan

h’         = tinggi bayangan

h          = tinggi benda

s’          = jarak bayangan

s           = jarak benda

1.      Pembiasan

Pembiasan adalah peristiwa perubahan atau pembelokan arah rambatan cahaya. Bunyi hukum pembiasan cahaya :

-         Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.

-         Perbandingan antara proyeksi sinar datang dengan sinar bias antara medium yang berbeda merupakan suatu bilangan tetap yang disebut indeks bias relatif.

a.         Lensa

Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua bidang lengkung atau sebuah permukaan dan sebuah permukaan datar.

Lensa yang bagian tengahnya lebih tebal daripada bagian tepinya disebut lensa cembung.

Lensa yang bagian tengahnya lebih tipis daripada bagian tepinya disebut lensa cekung.

1.      Lensa cembung (Lensa konveks)

Pembiasan pada lensa cembung :

Sifat lensa cembung adalah mengumpulkan sinar bias (konvergen)

Sinar istimewa pada lensa cembung :

•  Berkas sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan menuju titik fokus (f)

• Berkas sinar datang melalui titik fokus (f) dibiaskan sejajar sumbu utama 

• Berkas sinar datang melalui titik pusat optik tidak dibiaskan, melainkan diteruskan.

Sifat –sifat bayangan pada lensa cembung :

Ruang benda	Letak benda (s)	Letak bayangan (s’)	Ruang bayangan	Sifat bayangan
R I	s < f	Di depan lensa	R IV	Maya, tegak diperbesar
R II	f < s < P	s’ > P	R III	Nyata, terbalik, diperbesar
R III	s > P	f < s’ < P	R II	Nyata, terbalik, diperkecil
Titik f	s = f	∞	-	Tidak terjadi bayangan
Titik P	s = 2f	s’ = 2f	Di P	Nyata, terbalik sama besar

Manfaat lensa cembung :

a.      Kaca mata untuk penderita hipermetropi

b.      LUP

c.       Mikroskop

d.      Kamera

e.      Teropong

2.      Lensa cekung (Lensa Konkaf)

Sinar istimewa pada lensa cekung :

• Berkas sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik fokus 

• Berkas sinar datang yang menuju titik fokus di belakang lensa dibiaskan sejajar sumbu utama 

• Berkas sinar datang yang melalui titik pusat optik (O) tidak dibiaskan, tetapi diteruskan.

Kekuatan lensa dapat dihitung dengan rumus :

Keterangan :

P   = kekuatan lensa (dioptri)

f    = jarak fokus lensa (m)

Indeks bias dapat dihitung dengan rumus :

Keterangan :

n   = indeks bias

c    = cepat rambat cahaya di ruang hampa

c_n     = cepat rambat cahaya di ruang medium

Pembiasan cahaya pada lensa cekung :

Sifat lensa cekung adalah menyebarkan sinar bias. Sifat bayangan pada lensa cekung selalu maya, tegak, diperkecil.

Manfaat lensa cekung :

a.      Untuk kaca mata rabun miopi

b.      Lensa okuler teropong punggung

Persamaan pada cermin dan lensa :

       Keterangan :

                               f    = jarak fokus cermin/lensa (m)

s    = jarak benda dari cermin /lensa (m)

                               s’   = jarak bayangan terhadap cermin/lensa (m)

       Perbesaran bayangan :

  

Keterangan :

M = perbesaran bayangan

h’  = tinggi bayangan (m)

h   = tinggi benda (m)

Perjanjian tanda :

a.      Cermin cekung atau lensa cembung → f (+)

b.      Cermin cembung atau lensa cekung → f (-)

c.       Bayangan nyata → s’ (+)

d.      Bayangan maya → s’ (-)

CONTOH SOAL

1.      Sebuah benda diletakkan di depan cermin cekung sejauh 8 cm. Jika jarak fokus cermin 12 cm, maka perbesaran bayangan yang dibentuk cermin adalah...

a.      1/3 kali, nyata

b.      1/3 kali, maya

c.       3 kali, nyata

d.      3 kali, maya

Pembahasan

Diketahui

s       = 8 cm

f       = 12 cm

Ditanya = s’ dan sifat bayangan

Jawaban = 1/s'=  1/12 - 1/18 = 3/24 - 2/24 = - 1/36

Maka s’ = -24 cm (maya)

Perbesaran M = 24/8 = 3 kali (D)