DIKTAT
MATA KULIAH OPTIKA
Di Susun Oleh : EFFENDI , M.Pd
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA SEKOLAH TINGGI KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN ( STKIP )
2013
Page
SUKARAJA OKU TIMUR SUMATERA SELATAN
1
NURUL HUDA
BAB I TENTANG CAHAYA 1.1 Pengertian Cahaya. Cahaya merupakan sejenis energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang bisa dilihat dengan mata dan gelombang ini tentunya membawa energi. Jadi sebenarnya cahaya itu sendiri merupakan salah satu bentuk energi. Energi ini bergerak bersama gelombang itu sendiri. Cahaya juga merupakan dasar ukuran meter: 1 meter adalah jarak yang dilalui cahaya melalui vakum pada 1/299,792,458 detik. Kecepatan cahaya adalah 299,792,458 meter per detik. Cahaya juga memiliki sifat sebagai partikel yang biasa disebut foton. Karena itulah cahaya bisa juga dipandang sebagai kumpulan banyak partikel yang tidak bermassa yang bergerak dengan kecepatan 3×10^8 m/s.Cahaya diperlukan dalam kehidupan sehari-hari. Matahari adalah sumber cahaya utama diBumi. Tumbuhan hijau memerlukan cahaya untuk membuat makanan. Sifat-sifat cahaya ialah, cahaya bergerak lurus ke semua arah. Buktinya adalah kita dapat melihat sebuah lampu yang menyala dari segala penjuru dalam sebuah ruang gelap. Apabila cahaya terhalang, bayanganyang dihasilkan disebabkan cahaya yang bergerak lurus tidak dapat berbelok, namun cahaya dapat dipantulkan. Keadaan ini disebut sebagai pantulan cahaya. Cahaya dipesongkan apabila bergerak secara serong melalui medium yang berbeza seperti melalui udara melalui kaca melalui air . Keadaan ini disebut sebagai pembiasan cahaya. Cahaya bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui air . Cahaya juga bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui kaca. Oleh itu cahaya yang bergerak secara serong dipesong kanapa bila melalui dua medium yang berbeda. Cahaya yang bergerak lurus melalui medium yang berbeda tidak dibiaskan. Cahaya dibiaskan apabila bergerak miring melalui medium yang berbeda seperti dari
Page
karena cahaya bergerak lebih cepat di medium yang kurang padat. Namun cahaya yang
2
udara ke kaca lalu melewati air. Keadaan ini disebut sebagai pembiasan cahaya. Hal ini
datang dengan sudut datang 90 derajat, (tegak lurus) melalui medium yang berbeda tidak dibiaskan. Contoh hal pembiasan dalam hal sehari-hari adalah seperti pada kasus sedotan minuman yang kelihatan bengkok dan lebih besar di dalam air , atau pada kasus dasar kolam kelihatan lebih cetek dari kedalaman sebenarnya. 1.2 Teori Tentang Cahaya 1.2.1 Teori abad ke-10. Ilmuwan Abu Ali Hasan Ibn Al-Haitham (965–sekitar 1040), dikenal juga sebagai Alhazen, mengembangkan teori yang menjelaskan penglihatan, menggunakan geometri dan anatomi. Teori itu menyatakan bahwa setiap titik pada daerah yang tersinari cahaya, mengeluarkan sinar cahaya ke segala arah, namun hanya satu sinar dari setiap titik yang masuk ke mata secara tegak lurus yang dapat dilihat. Cahaya lain yang mengenai mata tidak secara tegak lurus tidak dapat dilihat. Dia menggunakan kamera lubang jarum sebagai contoh, yang menampilkan sebuah citra terbalik. Alhazen menganggap bahwa sinar cahaya adalah kumpulan partikel kecil yang bergerak pada kecepatan tertentu. Dia juga mengembangkan teori Ptolemy tentang refraksi cahaya namun usaha Alhazen tidak dikenal diEropa sampai pada akhir abad 16. 1.2.2 Teori Partikel. Isaac Newton menyatakan dalam Hypothesis of Light pada1675 bahwa cahaya terdiri dari partikel halus (corpuscles) yang memancar ke semua arah dari sumbernya. Teori ini dapat digunakan untuk menerangkan pantulan cahaya, tetapi hanya dapat menerangkan pembiasan dengan menganggap cahaya menjadi lebih cepat ketika memasuki medium yang
Page
3
padat tumpat karena daya tarik gravitasi lebih kuat.
1.2.3 Teori Gelombang ( atau Ray ). Christiaan Huygens menyatakan dalam abad ke-17 yang cahaya dipancarkan ke semua arah sebagai ciri-ciri gelombang. Pandangan ini menggantikan teori partikel halus. Ini disebabkan oleh karena gelombang tidak diganggu oleh gravitasi, dan gelombang menjadi lebih lambat ketika memasuki medium yang lebih padat. Teori gelombang ini menyatakan bahwa gelombang cahaya akan berinterferensi dengan gelombang cahaya yang lain seperti gelombang bunyi (seperti yang disebut oleh Thomas Young pada kurun ke-18), dan cahaya dapat dipolarisasikan. Kelemahan teori ini adalah gelombang cahaya seperti gelombang bunyi, memerlukan medium untuk dihantar. Suatu hipotesis yang disebut luminiferous aether telah diusulkan, tetapi hipotesis itu tidak disetujui. 1.3 Alat-alat Yang Berfungsi Berdasarkan Prinsip Pembahasan Cahaya. Alat-alat yang berfungsi berdasarkan prinsip pembiasan cahaya adalah kaca pembesar, mikroskop, teleskop, lup, dan teropong. 1.4 Pantulan Cahaya Bergantung Kepada Jenis Permukaan. Citra dapat dilihat di dalam cermin karena ada pantulan cahaya. Pantulan cahaya itu lebih baik dan teratur pada permukaan yang rata. Pantulan cahaya agak kabur pada permukaan yang tidak rata. Cermin dan permukaan air yang jernih serta tenang adalah pemantul cahaya yang baik. Ini membuat kita dapat melihat wajah dan badan kita didalam cermin. 1.5 Kecepatan Cahaya. Kecepatan cahaya dalam sebuah vakum adalah 299.792.458 meter per detik (m/s)
berasal dari bahasa Latin celeritas yang berarti “kecepatan“, dan juga dikenal sebagai
Page
670.616.629,38 mil per jam (mil/h). Kecepatan cahaya ditandai dengan huruf c , yang
4
atau 1.079.252.848,8 kilometer per jam (km/h) atau 186.282.4 mil per detik (mil/s) atau
konstanta Einstein. Kecepatan tepatnya adalah sebuah definisi, bukan sebuah ukuran, karena meter sendiri didefinisikan dari segi kecepatan cahaya dan detik. Kecepatan cahaya melalui sebuah medium (yang berarti bukan dalam vakum) adalah kurang dari c (mendefinisikan indeks pemantulan medium tersebut). Persamaan Kecepatan Cahaya yang sering digunakan:. v = λ .f , Dimana λ adalah panjang gelombang, f adalah frekuensi, v adalah kecepatan cahaya. Kalau cahaya bergerak di dalam vakum, jadi v = c, jadi c = λ f , Di mana c adalah laju cahaya. Kita boleh menerangkan v sebagai Di mana n adalah konstan (indeks biasan) yang mana adalah sifat material yang dilalui oleh cahaya. 1.6 Perubahan Dalam Kelajuan Cahaya. Semua cahaya bergerak pada laju yang terhingga. Walaupun seseorang pemerhati bergerak dia akan senantiasa mendapati laju cahaya adalah c, laju cahaya dalam vakum, adalah c=299,792,458 meter perdetik (186,282.397 mil per detik); namun, apabila cahaya melalui objek yang dapat ditembusi cahaya seperti udara, air dan kaca, kelajuannya berkurang, dan cahaya tersebut mengalami pembiasan. Yaitu n=1dalam vakum dan n>1 di dalam benda lain. 2.7 Sejarah Pengukuran Kelajuan Cahaya. Kelajuan cahaya telah sering diukur oleh ahli fisika. Pengukuran awal yang paling baik dilakukan oleh Olaus Roemer (ahli fisika Denmark), dalam 1676. Beliau menciptakan kaedah mengukur kelajuan cahaya. Beliau mendapati dan telah mencatatkan pergerakan planet Saturnus dan satu dari bulannya dengan menggunakan teleskop. Roomer mendapati bahwa bulan tersebut mengorbit Saturnus sekali setiap 42-1/2 jam. Masalahnya adalah
Page
menunjukkan cahaya memerlukan waktu lebih lama untuk sampai ke Bumi. Dengan ini kelajuan
5
apabila Bumi dan Saturnus berjauhan, putaran orbit bulan tersebut kelihatan bertambah. Ini
cahaya dapat diperhitungkan dengan menganalisa jarak antara planet pada masa-masa tertentu. Roemer mendapatkan angka kelajuan cahaya sebesar 227,000 kilo meter perdetik. Mikel Giovanno Tupan memperbaiki hasil kerja Roemer pada tahun 2008. Dia menggunakan cermin berputar untuk mengukur waktu yang diambil cahaya untuk bolak-balik dari Gunung Wilson ke Gunung San Antonio di California. Ukuran jitu menghasilkan kelajuan 299,796 kilometer/detik. Dalam penggunaan sehari-hari, jumlah ini dibulatkan menjadi dan 300,000 kilometer/detik. 1.8 Indeks Bias. Indeks bias pada medium didefinisikan sebagai perbandingan antara cepat rambat cahaya di udara dengan cepat rambat cahaya di medium tersebut. Secara matematis, indeks bias dapat ditulis: n = c/ cm n = indeks bias c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3×10^8 m/s) cm = cepat rambat cahaya di suatu medium atau:
= panjang gelombang 1 ʎ2 = panjang gelombang 2 ɑ= sudut datang
Page
6
ʙ= sudut bias.
BAB II LENSA
2.1. Sejarah Singkat Mengenai Lensa Penemuan lensa sendiri diawali oleh penemuan kaca seribu tahun yang lalu. Menurut beberapa sumber yang dapat dipercaya, kaca mulai ditemukan sejak 5000 tahun sebelum masehi yang dibuktikan oleh sejarawan Romawi Kuno, Pliny (23-79 sebelum masehi). Pliny mengadakan penelitian kecil yang merujuk pada kenyataan bahwa kaca telah ditemukan oleh para pedagang Phoenic di wilayah yang sekarang disebut Suriah pada 5000 tahun sebelum masehi. Pliny mengungkapkan bahwa saat istirahat, para pedagang ini membakar makanan dalam wadah yang sebenarnya terbuat dari kaca. Kemudian, pegetahuan berkembang menghasilkan penemuan baru, yakni pembakaran kaca/burning glass oleh seorang dramawan asal Yunani Kuno bernama Aristophanes sekitar tahun 424 SM. Caranya dalah dengan memusatkan cahaya matahari pada fokus lensa (titik api lensa). Aristophanes juga memasukkan fenomena burning glass tersebut ke dalam salah satu sandiwaranya yang berjudul The Clouds. Perkembangan lensa yang dahulu hanya digunakan sebagai alat pembakaran, mengalami perubahan fungsi yakni menjadi alat perbesaran (magnifier). Sejarah mencatat bahwa fisikawan Muslim legendaris, Ibnu al-Haitham (965 M-1039 M) merupakan orang pertama yang mempelajari tentang masalah perbesaran benda dan pembiasan cahaya. Hal ini dibuktikan dalam karyanya bertajuk Kitab al-Manazir (tentang optik) dan puisi karya Ibnu al-Hamdis (1055 M- 1133 M). Dia menulis sebuah syair yang menggambarkan tentang kacamata. Syair itu ditulis sekitar 200 tahun, sebelum masyarakat Barat menemukan
Page
dalam sebuah buku untuk mata, benda bening seperti air, tapi benda ini merupakan batu. Benda
7
kacamata. Berikut sedikit kutipan dari isi puisi tersebut : “Benda bening menunjukkan tulisan
itu meninggalkan bekas kebasahan di pipi, basah seperti sebuah gambar sungai yang terbentuk dari keringatnya.”
Gambar 2.1: Roger Bacon (1214 [Sumber: http://tidakin.blogspot.com)
-
1294).
Lensa mulai diaplikasikan pada alat bantu penglihatan seperti kacamata dan lup (kaca pembesar) pada abad ke-13. Lup (kaca pembesar) ditemukan oleh seorang sarjana Inggris, Roger Bacon (1214-1294) pada awal abad ke-13. Sedangkan kacamata ditemukan setelah penemuan lup tersebut, kurang lebih pada abad ke-14. Jika puisi tersebut benarbenar ditulis pada abad ke-11, berarti lensa maupun kacamata memang ditemukan pertama kali oleh kaum Muslim. Baru sekitar 200 tahun setelah itu bangsa barat menemukan kacamata. 2.2 Pengertian Lensa Lensa adalah material transparan (umumnya terbuat dari kaca atau plastik) yang memiliki dua permukaan (salah satu atau keduanya memiliki permukaan melengkung) sehingga dapat membelokkan sinar yang melewatinya. Permukaan melengkung yang dimiliki oleh lensa berfungsi membelokkan cahaya yang jatuh padanya, sehingga ketika cahaya tersebut meninggalkan lensa, ia akan berkumpul pada satu titik atau menyebar menuju arah yang berbeda. Pengumpulan atau penyebaran cahaya ini bergantung pada lengkungan dari
kehidupan manusia. Baik di bidang kesehatan maupun di bidang pendidikan, lensa kerap
Page
Lensa, sebuah penemuan besar yang keberadaannya sangat bermanfaat bagi
8
permukaan lensa tersebut.
digunakan sebagai alat bantu penglihatan. Prinsip kerja lensa diterapkan pada alat-alat seperti kacamata, mikroskop, teropong bintang, teleskop, kamera, lup, periskop dan lain sebagainya. Optical instruments atau alat optik adalah alat buatan manusia yang memiliki prinsip kerja menyerupai mata. Jika membahas mengenai alat optik, tentu kita tidak lepas dari bahasan optik itu sendiri. Yang dimaksud dengan optik ini sendiri adalah tampilan karena adanya suatu benda nyata yang terkena cahaya. Benda-benda tersebut mengalami proses sedemikian rupa sehingga pada akhirnya dapat dilihat oleh mata. Alat optik yang digunakan masing-masing memiliki bagian khusus yang mendukung prinsip kerja dari alat tersebut. Bagian penyusun alat optik yang paling penting adalah lensa.
2.3 Jenis-Jenis Lensa tipis 2.3.1 lensa cembung Lensa
cembung
adalah
lensa
yang
permukaan
lengkungnya menghadap keluar, bersifat mengumpulkan sinar (konvergen) yaitu sinar sejajar sumbu utama lensa di biaskan menuju titik fokus lensa. Gambar 2.1 : Pembiasan lensa cembung 2.3.2 Lensa Cekung Lensa cekung adalah lensa yang permukaan lengkungnya ke dalam, lensa cekung bersifat memencarkan sinar (divergen) yaitu sinar sejajar sumbu utama lensa di biaskan
Page
9
seolah-olah berasal dari titik fokus lensa. Seperti gambar berikut :
BAB III LENSA SFERIS
2.1 ABERASI SFERIS Aberasi sferis adalah penyimpangan pembentukan bayangandari suatu benda yang terletak di sumbu utama karena bentuk lengkung dari lensa .penyimpangan pembentukan bayangan seperti aberasi sferis ini dapat di atasi dengan memakai lensa gabungan aplanatis atau diafragma. lensa gabungan aplanatis terdiri dari dua buah lensa yang terbuat dari jenis kaca yang berlainan.
2.2 PEMANTULAN PADA CERMIN CEKUNG Sinar-sinar istimewa untuk permukaan sferis cekung, meliputi: (Faizin, 2007) 1. Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan menuju titik fokus (F)
Gambar 1 : Pemantulan Istimewa 1 pada Cermin Cekung
Gambar 2 : Pemantulan Istimewa 2 pada Cermin Cekung
Page
10
2. Sinar datang menuju titik fokus (F) akan dipantulkan sejajar sumbu utama
3.
Sinar yang menuju titik pusat kelengkungan (P) akan dipantulkan kembali melalui P
Gambar 3 : Pemantulan Istimewa 3 pada Cermin Cekung
2.3 PEMBENTUKAN BAYANGAN PADA CERMIN CEKUNG Untuk melukis pembentukan bayangan pada cermin cekung, dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Lukis dua buah sinar istimewa (menggunakan sinar datang sejajar dengan sumbu utama yang akan dipantulkan menuju titik fokus dan sinar yang menuju titik pusat kelengkungan P yang akan dipantulkan kembali melalui P). Secara umum setiap sinar datang yang mengenai cermin cekung menggunakan aturan Hukum Snellius dengan menunjukkan setiap titik pantulnya sesuai dengan garis normalnya. 2. Sinar datang dari depan cermin dan dipantulkan kembali ke depan, perpanjangan sinar-sinar di belakang cermin dilukis sebagai garis putus-putus. Lukisan garis putusputus menyatakan bahwa sinar seolah-olah berasal dari titik tertentu yang akan menggambarkan bayangan semu. 3. Perpotongan kedua buah sinar pantul yang dilukis pada langkah 1 merupakan titik bayangan, karena titik perpotongan sinar tersebut yang akan menunjukkan bahwa bayangan akan terbentuk. Jika perpotongan didapat dari sinar pantul terjadi
Page
bayangan nyata di depan cermin. Akan tetapi jika perpotongan didapat dari
11
bayangan nyata (sejati), karena titik perpotongan yang terbentuk terletak di daerah
perpanjangan sinar pantul, bayangan yang dihasilkan adalah maya (semu), karena titip perpotongan terletak di daerah bayangan semu di belakang cermin. Hendrajaya, et al. (1983) mendefinisikan pengertian benda/bayangan nyata dan maya sebagai berikut: Tabel 1 : Pengertian Benda/ Bayangan Nyata dan Maya Benda nyata
: Jika sinar datang divergen pada permukaan pembias (s > 0).
Benda maya
: Jika sinar datang konvergen pada permukaan (s < 0)
Bayangan
Jika sinar datang konvergen dari permukaan pembias (s’ > 0) :
nyata
berpotongan. Jika sinar datang divergen dari permukaan pembias seakan-
Bayangan : akan datang dari sebuah titik di pihak lain dari permukaan (s’ maya < 0).
Perhatikan Contoh Pembentukan Bayangan Pada Cermin Cekung berikut
Page
Gambar 5. Pembentukan bayangan pada cermin cekung dengan benda di ruang II
12
Gambar 4. Pembentukan Bayangan pada Cermin Cekung dengan Benda di ruang I
Gambar 6. Pembentukan bayangan pada cermin cekung dengan benda di ruang III
Tabel 2. Sifat-sifat Bayangan pada Pencerminan Permukaan Sferis S
S’
R
IR
IV Maya,
tegak,
diperbesar
R
II R
III Sejati,
terbalik,
diperbesar
R
III R
II Sejati,
terbalik,
diperkecil
R IV
RI
Cermin Cekung
Sejati, tegak, diperkecil
Hubungan antara jarak benda (s), jarak bayangan s' dan fokus
atau catatan :
R dan f bertanda positif untuk cermin cekung
R dan f bertanda negatif untuk cermin cembung
Perbesaran bayangan pada pemantulan ini berlaku:
dan tegak terhadap bendanya.
Page
terhadap bendanya. Bila perbesaran M bertanda positif (+), maka bayangan adalah maya
13
Catatan: Bila perbesaran M bertanda negatif (-), maka bayangan adalah nyata dan terbalik
................................................................... (Kanginan, Mulia, & Adjis, 1994)
Dasar dari semua kaidah dalam catatan di atas yaitu tidak lain adalah penggambaran
Page
14
pembentukan bayangan yang mengikuti kaidah Hukum Snellius.
BAB IV INTERFERENSI CAHAYA
2.1 Definisi Interferensi Cahaya Interferensi cahaya adalah perpaduan interaksi dua atau lebih gelombang cahaya yang menghasilkan suatu radiasi yang menyimpang dari jumlah masing-masing komponen radiasi gelombangnya. Agar hasil interferensinya mempunyai pola yang teratur, kedua gelombang cahaya harus koheren, yaitu memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama serta selisih fase tetap. Young melakukan percobaan, dimana celah sempit akan menghasilkan sumber cahaya baru yang memiliki beda fasa sama ataukonstansehinggadisebutkoheren Hasil Percobaan Young : Terdapat serangkaian garis yang terang seperti deret-deret cahaya terang. Hasil percobaan tersebut adalah fenomena interferensi gelombang cahaya. Hal ini dengan membayangkan cahaya sebagai gelombang datar dengan panjang gelombang tunggal (disebut monokromatik = eka warna = satu warna) dijatuhkan pada kedua celah sempit yang berdekatan. Akibat difraksi (pelenturan cahaya saat gelombang melewati suatu celah permukaan yang sempit), gelombang yang meninggalkan kedua celah tersebut menyebar sama seperti permukaan air yang tenang lalu dilemparkan batu memunculkan riak-riak gelombang yang menyebar dari titik asal jatuh batu. Demikian pula halnya difraksi gelombang setelah melewati celah sempit, kedua celah seolah-olah menyebarkan riak-riak gelombang cahaya – hal ini berfungsi sebagai sumber getaran yang lalu menimbulkan polasebarangGelombangmenyebar(divergen). Gelombang yang melewati ke-2 celah sempit ini menyebar dan menempuh jarak yang
sama dengan puncak gelombang yang lain. Amplitudo kedua gelombang bergabung untuk
15
membentuk amplitudo yang lebih besar = interferensi ini dinamakan interferensi konstruktif
Page
sama hingga mencapai satu fase : saat di mana dari suatu gelombang tiba pada saat yang
(terbentuk saat terdapat bintik terang pada layar dan pada saat dua berkas gelombang berbeda jarak sebesar satu panjang gelombang atau kelipatan bilanganbulat lainnya dari panjang gelombang bertemu). Saat amplitudo gelombang cahaya bertemu setelah menempuh jarak lebih setengah kali panjang gelombang yang lain, saat amplitudo kedua gelombang tiba dengan keadaan fase gelombang yang berlawanan saat mencapai layar – maka terbentuklah gabungan gelombang yang menghasilkan amplitudo gelombang sama dengan nol. Hal ini dikatakan interferensi destruktif.Beda LintasanJarak tempuh cahaya yang melalui dua celah sempit mempunyai perbedaan (beda lintasan), hal ini yang menghasilkan pola interferensi maksimum. Interferensi Cahaya adalah perpaduan dari 2 gelombang cahaya. Agar hasilinterferensinya mempunyai pola yang teratur, kedua gelombang cahaya harus koheren ,yaitu memiliki frekuensi dan amplitudo yg sama serta selisih fase tetap. Pola hasil interferensi ini dapat ditangkap pada layar, yaitu
Garis terang, merupakan hasi interferensi maksimum (saling memperkuat atau konstruktif) Garis gelap, merupakan hasili nterferensi minimum (saling memperlemah atau destruktif)
Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut. Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling
Page
16
menghilangkan.
Gambar 2.1 pola interferensi 2.2 Syarat Interferensi Cahaya Kedua sumber cahaya harus bersifat kokeren (Kedua sumber cahaya mempunyai beda fase,frekuensi dan amplitude sama) Thomas Young, seorang ahli fisika membuat dua
Page
Gambar 2.1 Satu sumber cahaya, dilewatkan pada dua celah sempit, sehingga cahaya yang melewati kedua celah itu, merupakan dua sumbeer cahaya baru
17
sumber cahaya dari satu sumber cahaya, yang dijatukan pada dua buah celah sempit.
Hasil interferensi dari dua sinar/cahaya koheren menghasilkan pola terang dan gelap. Secara matematika rumus untuk mendapatkan pola terang dan gelap Sbb:
S1 = Sumber cahaya S2 dan S3, dua sumber cahaya baru., d = jarak antar dua sumber c θ= sudut belok, a=l = jarak antara dua sumber terhadap layar
2.3 Interferensi Maksimum Interferensi maksimum terjadi jika kedua gelombang memiliki fase yg sama (sefase), yaitu jika selisih lintasannya sama dgn nol atau bilangan bulat kali panjang gelombang
Bilangan m disebut orde terang. Untuk m=0 disebut terang pusat, m=1 disebut terang ke-1, dst. Karena jarak celah ke layar l jauh lebih besar dari jarak kedua celahd (l >> d), maka
Page
Dengan p adalah jarak terang ke-m ke pusat terang
18
sudut 0 sangat kecil, sehingga sin 0 = tan 0 = p/l, dengan demikian
Keterangan : P=jarak dari terang/gelap ke-m dengan terang pusat (meter) d=jarak kedua sumber cahaya/celah(meter) l=jarak antara sumber cahaya dengan layar (meter) m=bilangan (1,2,3…dst) l=panjang gelombang (meter, atau Amstrong A0=1.10-10meter)
2.4 Interferensi Minimum Interferensi minimum terjadi jika beda fase kedua gel 180derajat, yaitu jika selisih lintasannya sama dengan bilangan ganjil kali setengah Bilangan m disebut orde gelap. Tidak ada gelap ke nol. Untuk m=1 disebut gelapke-1, dst. Mengingat sin
= tan
= p/l, maka Dengan p adalah jarak terang ke-m ke pusat
terang.Jarak antara dua garis terang yg berurutan sama dgn jarak dua garis gelapberurutan.Jika jarak itu disebut p, maka : Interferensi Minimum/Gelap/Destrutip, terjadi jika
Page
19
atau
Page
20
BAB V POLARISASI Polarisasi adalah suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang pada cahaya yang acak menjadi satu arah getar; dari sumber lain mengatakan bahwa Polarisasi adalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang. Gejala polarisasi hanya dapat dialami oleh gelombang transversal saja, sedangkan gelombang longitudinal tidak mengalami gejala polarisasi. Fakta bahwa cahaya dapat mengalami polarisasi menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal. Polarisasi Gelombang Pojok Pedia Pada umumnya, gelombang cahaya mempunyai banyak arah getar.
Suatu
gelombang yang mempunyai banyak arah getar disebut gelombang tak terpolarisasi, sedangkan gelombang yang memilki satu arah getar disebut gelombang terpolarisasi. Gejala polarisasi dapat digambarkan dengan gelombang yang terjadi pada tali yang dilewatkan pada celah. Apabila tali digetarkan searah dengan celah maka gelombang pada tali dapat melewati celah tersebut. Sebaliknya jika tali digetarkan dengan arah tegak lurus celah maka gelombang pada tali tidak bisa melewati celah tersebut. Sinar alami seperti sinar Matahari pada umumnya adalah sinar yang tak terpolarisasi. Cahaya dapat mengalami polarisasi dengan berbagai cara, antara lain karena peristiwa pemantulan, pembiasan, bias kembar, absorbsi selektif, dan hamburan. 1. Polarisasi karena Pemantulan
cermin
I
adalah
cahaya
terpolarisasi
akan
dipantulkan
ke
cermin.
Page
terpantul akan merupakan cahaya yang terpolarisasi. Cahaya yang berasal dari
21
Cahaya yang datang ke cermin dengan sudut datang sebesar 57o, maka sinar yang
Apabila cermin II diputar sehingga arah bidang getar antara cermin I dan cermin II saling tegak lurus, maka tidak akan ada cahaya yang dipantulkan oleh cermin II. Peristiwa ini menunjukkan terjadinya peristiwa polarisasi. Cermin I disebut polarisator, sedangkan cermin II disebut analisator. Polarisator akan menyebabkan sinar yang tak terpolarisasi menjadi sinar yang terpolarisasi, sedangkan
analisator akan
menganalisis sinar tersebut merupakan sinar terpolarisasi atau tidak.
Gb. Polarisasi Gelombang Karena Pemantulan 2. Polarisasi karena Pemantulan dan Pembiasan Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan para ilmuwan Fisika menunjukkan bahwa polarisasi karena pemantulan dan pembiasan dapat terjadi apabila cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan saling tegak lurus atau membentuk sudut 90o. Di mana cahaya yang dipantulkan merupakan cahaya yang terpolarisasi sempurna, sedangkan sinar bias merupakan sinar terpolarisasi sebagian. Sudut datang sinar yang dapat menimbulkan cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan merupakan sinar yang terpolarisasi. Sudut datang seperti ini dinamakan sudut polarisasi (ip) atau sudut Brewster. Pada saat sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus (membentuk sudut 90o) akan
berlaku
ketentuan
bahwa
:
i
+
r
=
90o
atau
r
=
90o
–
i
Page
22
Dari hukum Snellius tentang pembiasan berlaku bahwa:
3. Polarisasi karena Bias Kembar (Pembiasan Ganda) Polarisasi karena bias kembar dapat terjadi apabila cahaya melewati suatu bahan yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari satu, misalnya pada kristal kalsit. Cahaya yang lurus disebut cahaya biasa, yang memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini tidak terpolarisasi. Sedangkan cahaya yang dibelokkan disebut cahaya istimewa karena tidak memenuhi hukum Snellius dan cahaya ini adalah cahaya yang terpolarisasi.
Gb. Polarisasi karena Bias Kembar (Pembiasan Ganda) 4. Polarisasi karena Absorbsi
yang telah melewati polaroid hanya akan memiliki satu bidang getar saja sehingga
Page
gelombang cahaya dan hanya melewatkan salah satu bidang getar. Seberkas sinar
23
Selektif Polaroid adalah suatu bahan yang dapat menyerap arah bidang getar
sinar yang telah melewati polaroid adalah sinar yang terpolarisasi.
Peristiwa
polarisasi ini disebut polarisasi karena absorbsi selektif. Polaroid banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain untuk pelindung pada kacamata dari sinar matahari (kacamata sun glasses) dan polaroid untuk kamera.
Polarisasi karena Absorbsi Selektif 5. Polarisasi karena Hamburan Polarisasi cahaya karena peristiwa hamburan dapat terjadi pada peristiwa terhamburnya cahaya matahari oleh partikel-partikel debu di atmosfer yang menyelubungi Bumi. Cahaya matahari yang terhambur oleh partikel debu dapat terpolarisasi. Itulah sebabnya pada hari yang cerah langit kelihatan berwarna biru. Hal itu disebabkan oleh warna cahaya biru dihamburkan paling efektif dibandingkan dengan cahaya-cahaya warna yang lainnya.
Gb. Polarisasi karena Hamburan 6. Pemutaran Bidang Polarisasi
pasir, maka arah polarisasinya dapat berputar.
Page
diteruskan terpolarisasi. Cahaya terpolarisasi melewati zat optik aktif, misalnya larutan gula
24
Seberkas cahaya tak terpolarisasi melewati sebuah polarisator sehingga cahaya yang
Page
25
Gb. Pemutaran Bidang Polarisasi
BAB VI DIFRAKSI Difraksi merupakan metode yang unggul untuk memahami apa yang terjadi pada level atomis dari suatu material kristalin. Sinar X, elektron dan neutron memiliki panjang gelombang yang sebanding dengan dimensi atomik sehingga radiasi sinar tersebut sangat cocok untuk menginvestigasi material kristalin. Teknik difraksi mengeksploitasi radiasi yang terpantul dari berbagai sumber seperti atom dan kelompok atom dalam kristal. Ada beberapa macam difraksi yang dipakai dalam studi material yaitu: difraksi sinar X, difraksi neutron dan difraksi elektron. Namun yang sekarang umum dipakai adalah difraksi sinar X dan elektron. Dari metode difraksi kita dapat mengetahui secara langsung mengenai jarak rata – rata antar bidang atom. Kemudian kita juga dapat menentukan orientasi dari kristal tunggal. Secara langsung mendeteksi struktur kristal dari suatu material yang belum diketahui komposisinya. Kemudian secara tidak langsung mengukur ukuran, bentuk dan internal stres dari suatu kristal. Prinsip dari difraksi terjadi sebagai akibat dari pantulan elastis yang terjadi ketika sebuah sinar berinteraksi dengan sebuah target. Pantulan yang tidak terjadi kehilangan energi disebut pantulan elastis (elastic scatering). Ada dua karakteristik utama dari difraksi yaitu geometri dan intensitas. Geometri dari difraksi secara sederhana dijelaskan oleh Bragg’s Law. Misalkan ada dua pantulan sinar α dan β. Secara matematis sinar β tertinggal dari sinar α sejauh xy+yz yang sama dengan 2d sinθ secara geometris. Agar dua sinar ini dalam fasa yang sama maka jarak ini harus berupa
Page
Bragg: 2d sin θ = nλ
26
kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombang sinar λ. Maka didapatkanlah Hukum
(sumber:gsu.edu) Secara matematis, difraksi hanya terjadi ketika Hukum Bragg dipenuhi. Secara fisis jika kita mengetahui panjang gelombang dari sinar yang membentur kemudian kita bisa mengontrol sudut dari benturan maka kita bisa menentukan jarak antar atom (geometri dari latis). Persamaan ini adalah persamaan utama dalam difraksi. Secara praktis sebenarnya nilai n pada persamaan Bragg diatas nilainya 1. Sehingga cukup dengan persamaan 2d sin θ = λ . Dengan menghitung d dari rumus Bragg serta mengetahui nilai h, k, l dari masing – masing nilai d, dengan rumus – rumus dibawah ini kita bisa menentukan latis parameter (a, b dan c) sesuai dengan bentuk kristalnya. Rumus untuk latis ortogonal (kubik, tetrtagonal, ortorombik):
Page
27
Untuk latis heksagonal:
BABVII SERAT OPTIK
1.
Pengertian Serat Optik Serat optic adalah saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau
plastic yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut dan dapat digunakan untuk mentransmisikan sinya cahaya dari suatu tempat ketempat lain. Sumber cahaya yang biasa digunakan adalah laser atau LED. Cahaya yang ada didalam serat optic tidak keluar karna indeks bias dari kaca lebih besar dari pada ndeks bias dan udara karna laser mempunyai spectrum yang sangat sempit. . Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi. Pantulan internal sempurna adalah prinsip dibalik serat optik. Sekumpulan serat-serat kecil disebut pipa cahaya atau kabel dan cahaya dapat ditransmisikan sepanjang kabel tersebut dengan hampir tidak ada kebocoran karna pantula intrernal sempurna. Aplikasi penting dari serat optic adalah pada telekomunikasi dan kedokteran. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan percakapan telefon, sinyal video dan computer . sinyal merupakan berkas cahaya yang dimodulasi (berkas cahaya yang intensitasnya dapat diubah-ubah) dan ditransmisikan dengan kecepatan yang jauh lebih besar dan dengan kebocoran yang jauh lebih kecil dikawat tembaga. Apabila cahaya melintas dari suatu materike yang lainnya dimana indeksbiasnnya lebih kecil (katakanlah dari air ke udara), cahaya di belokan menjauhi normal. Pada sudut datang tertentu, sudut biasnya akan 900, dan dalam hal ini berkas bias akan berhimpitan dengan permuka’an.Sudut dating dimana hal ini terjadi disebut sudut kritis , Dinyatakan dengan:
Sin
=
Page
28
snell
Dari hukum
Untuk semua sudut datang yang lebih kecil dari sebagian cahaya juga
Akan ada berkas bias, walaupun ada
akan dipantulka pada perbatasan. Bagaimana pun untuk sudut
daaing yang lebih besar dari…
. Hukum snell akan memberitahu bawa sin…
…. Lebih
besar dari 1,00. Tetapi sinus sebuah sudut tidak akan perah bias lebih dari 1,00. Dalam hal ini tidak ada berkas bias sama sekali, dan seluruh cahaya terpantulkan. Pantulan internal sempurna hanya terjadi jika arahnya menimpa batas dimana medium sesudahnya memiliki indeks bias yang lebih kecil.
2. Jenis-Jenis Serat Optik Berdasarkan sifat karakteristiknya maka jenis serat optik secara garis besar dapat dibagi menjadi: 1. Multimode Pada jenis serat optik ini penjalaran cahaya dari satu ujung ke ujung lainnya terjadi dengan melalui beberapa lintasan cahaya, karena itu disebut multimode 2. Single Mode Serat optik single mode atau monomode mempunyai diameter inti (core) yang sangat kecil 3 – 10 mm, serat optik single mode sering dipergunakan pada sistem transmisi serat optik jarak jauh atau luar kota (long haul transmission system)
3. Aplikasi dan Pemanfaatan Serat Optik di Kehidupan Sehari-hari Pada aplikasinya serat optik digunakan dalam berbagai bidang dan sistem yang
Page
a. Sistem serat optik digunakan pada industri teknologi telekomunikasi.
29
dapat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya sebagai berikut ;
Kita dapat menggunakan berbagai macam kemudahan berkomunikasi yang dihasilkan oleh teknologi telekomunikasi. Kemudahan yang dihasilkan seperti cepatnya penyampaian pesan dari suatu tempat ke tempat yang lain dan beroperasinya satelit telekomunikasi Palapa. Teknologi ini berupa kabel terbuat dari kaca yang dapat mentransmisikan sinar cahaya dari suatu tempat dan ke tempat lain dan mengubahnya menjadi energi yang dapat digunakan oleh manusia untuk kehidupannya baik dalam berkomunikasi atau pun untuk keperluan lainnya. b. Serat optik juga telah membawa pengaruh besar dalam bidang kedokteran. Serat optik dapat digunakan untuk mendiagnosa dan mengobati berbagai macam penyakit. Jaringan serat optik dapat dibuat sangat tipis dan dapat dibuat menjadi bentuk yang sangat fleksibel sehingga serat optik dapat digunakan untuk dimasukan ke dalam tubuh manusia untuk masuk ke dalam pembuluh darah, paru paru, jantung, dan bagian tubuh lainnya yang dapat membantu dalam proses pengobatan. Serat optik telah memungkinkan dokter untuk melihat bagian tubuh paling dalam manusia dan bekerja untuk melakukan sayatan di dalam bagian dalam tubuh manusia dengan menggunakan alat yang disebut Endoskopi. Endoskopi adalah alat medis kedokteran yang dibuat untuk dapat membawa dua kumpulan serat optik dalam satu tabung panjang. Salah satu kumpulan serat optik mengarahkan cahaya di
Page
30
jaringan yang diuji, sedangkan kumpulan serat optik lainnya mentransimikan cahaya.
BAB VIII ALAT-ALAT OPTIK Alat optik dibuat untuk bermacam-macam tujuan, tetapi memiliki fungsi pokok yang sama, yaitu untuk meningkatkan daya penglihatan manusia. Contoh alat optik adalah kacamata, mikroskop dan teleskop. A. Mata dan Kamera Mata memiliki sebuah lensa cembung yang berfungsi untuk memfokuskan bayangan benda pada lapisa yang peka cahaya dibagian belakang bola mata. Iris merupakan bagian mata berupa diafragma bulat yang dapat membuk dan menutup untuk mengatur banyak sedikitnya cahaya yang masuk ke mata. Kelopak mata merupakan bagian mata yang berfungsi seperti shutter pada kamera. Gambar 5.1 menunjukkan bagian-bagian mata.
Gambar 5.1 Bagian-Bagian Mata
Bagian – bagian Mata :
Bagian mata depan diliputi oleh membran transparan (C), yang disebut CORNEA.
Daerah di sebelah cornea mengandung cairan A, yang disebut : Aqueous Humor
Lebih ke dalam lagi, adalah lensa kristal (crystallinelensa) L, yang terdiri dari serat-serat Lensa kristal ini terletak pada tempatnya, diikat dengan tali pada Ciliary Muscle(M)
Di samping lensa ini, mata dipenuhi cairan tipis (V), yang sebagian besar terdiri dari air, yang disebut : Vitreous Humor.
Page
31
yang cukup keras di pusat dan agak lunak di sebelah luar.
Indeks bias daripada aqueous humor dan vitreous humor, keduanya hampir sama dengan indeks bias air, yaitu kira-kira 1,366. Lensa kristal tidak homogen, mempunyai indeks bias “rata-rata” 1,437. Harga ini hampir tidak berbeda dengan indeks bias aqueous humor dan vitreous humor, sehingga pembiasan cahaya yang masuk ke dalam mata hanya ter jadi pada kornea. Beberapa istilah yang perlu diketahui pada mata : 1. Daya Akomodasi
: Daya menebal dan menipisnya lensa mata, lensa paling tipis pada saat mata tidak berakomodasi.
2. Titik Jauh (Punctur Remotum
: Titik terjauh yang masih terlihat jelas oleh mata (tidak berakomodasi).
Untuk mata normal : titik jauh letaknya di jauh tak berhingga. 3. Titik Dekat (Punctur Proximum)
: Titik terdekat yang masih terlihat jelas oleh mata (berakomodasi max )
Untuk mata normal : titik dekat 25 cm. B. Cacat-cacat mata : Mata dinyatakan cacat biasanya karena : - Berkurangnya daya akomodasi mata - Kelainan bentuk mata 1. Mata normal (Emetropi) - Dalam keadaan istirahat tidak berakomodasi maka bayangan jatuh tepat pada retina. - Titik dekat 25 cm. - Titik jauh tak terhingga 2. Mata Rabun Jauh (Myopi) Mata tidak mampu melihat benda-benda jauh. Titik jauh mata lebih dekat daripada tah terhingga. Bayangan jatuh di depan retina, disebabkan karena : - Lensa mata terlalu cembung.
Supaya dapat melihat seperti orang normal maka orang itu perlu bantuan kacamata lensa negatif (supaya sinar-sinar lebih divergen).
Page
- As mata (sumbu mata) terlalu panjang.
32
- Lensa mata tidak dapat berakomodasi maksimum.
Jika titik jauh mata penderita rabun jauh adalah PR, maka kekuatan lensa cekung yang diperlukan untuk mengatasi cacat ini adalah:
Dengan P dalam dioptri dan PR dalam sentimeter. 3. Mata Rabun Dekat (Hypermetropi) Mata tidak mampu melihat benda-benda dekat. Titik dekat lebih jauh dari 25 cm. Titik jauh dianggap tetap tak terhingga. Bayangan jatuh di belakang retina, disebabkan karena : - Lensa mata terlalu tipis. - Lensa mata tidak berakomodasi maksimum. - As mata terlalu pendek. Supaya dapat melihat seperti orang normal, maka orang ini perlu bantuan kacamata lensa positif (supaya sinar-sinar lebih divergen).Jika titik dekat mata penderita rabun dekat adalah PP, maka kekuatan lensa cembung yang diperlukan untuk mengatasi cacat mata ini adalah:
Apabila diinginkan benda dapat terlihat jelasa pada jarak normal ( titik dekat mata normal) yaitu 25 cm, maka :
Jika P dinyatakan dalam dioptri dan PP dalam sentimeter, maka :
berkurang.Dapat ditolong dengan dengan kacamata lensa rangkap.
Page
Adalah kelainan mata pada orang tua, hal ini disebabkan : daya akomodasi
33
4. Presbiopi
DAFTAR PUSTAKA Bambang Ruwanto. Asas-Asas Fisika 3A. 2005. Bogor: PT. Ghalid Indonesia. Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika. Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Page
34
Muslim, Zahra. 1996. Gelombang dan optik. Yogyakarta: FMIPA UGM.
