Gelombang Cahaya, Optika Fisis, dan Optika Geometri

Anggota kelompok :
1.Febby Mutiara R H1E010012
2. Elvira Kunthi H1E010031
3. Daru Priya P H1E010034
4. Fadllah Farah Diba H1E010038
Gelombang
Cahaya
Optika Fisis
Perubahan fase gelombang cahaya
dispersi
interferensi
difraksi
polarisasi
Optika
Geometri
pemantulan
Cermin datar
Cermin cekung dan
cembung
pembiasan
Pada cahaya
Pada lensa
Alat-alat
optik
Mata, kacamata, lup, mikroskop,
teropong, dan kamera
1. Definisi Cahaya :
Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik transversal dengan panjang gelombang antara 400 nm
hingga 600 nm. Karena merupakan gelombang elektromagnetik, cahaya tidak memerlukan medium
sebagai media perambatannya. Artinya, walaupun tidak ada medium, gelombang cahaya dapat
merambat dari sumber cahaya ke penerima gelombang cahaya

2. Sifat-sifat Cahaya
1. Cahaya merambat lurus
2. Cahaya dapat menembus benda bening (benda transparan)
3. Cahaya dapat dipantulkan
4. Cahaya dapat dibiaskan (bila melalui dua medium dengan indeks bias yang berbeda
5. Cahaya monokromatis (cahaya putih) dapat diuraikan menjadi beberapa cahaya berwarna
6. Cahaya memiliki energi
7. Cahaya dapat berbentuk gelombang maupun berbentuk partikel
8. Cahaya dapat merambat tanpa medium perantara
9. Cahaya dipancarkan dalam bentuk radiasi.
3. Perubahan Fase Gelombang Cahaya
3.1 Karena Perubahan Kerapatan Medium
Persamaan cepat rambat gelombang cahaya (gelombang elektromagnetik) diperoleh melalui
persamaan-persamaan Maxwell. Hasil perhitungannya menunjukkan bahwa cepat rambat
gelombang elektromagnetik dalam suatu medium adalah :
(2.1)

: permitivitas listrik medium, : permeabilitas magnetik medium. Cepat rambat gelombang
elektromagnetik tergantung dari tempat ia menjalar. Dalam ruang hampa,
farad/meter atau dan
Dengan memasukkan kedua tetapan tersebut pada
persamaan di atas akan didapat nilai cepat rambat gelombang elektromagnetik di ruang hampa
sebesar Untuk medium lain, nilai permitivitas listrik menjadi
dan permeabilitas magnetiknya sehingga laju rambat gelombang menjadi :
(2.2)







dengan r dan r masing-masing merupakan permitivitas relatif dan permeabilitas relatif medium dan n
menyatakan ukuran kerapatan medium. Oleh karena permeabilitas relatif berbagai macam bahan pada
umumnya mendekati nilai 1, maka permitivitas listriknya saja. Tabel 2.1 menyajikan nilai
indeks bias beberapa bahan.







Telah diketahui bahwa perpindahan cahaya dari satu medium ke medium yang lain besaran yang tidak
berubah adalah ferkuensi. Sekarang, bila seberkas sinar memiliki panjang gelombang dalam ruang
hampa, dapat dibuktikan sendiri bahwa sinar itu dalam suatu medium berindeks bias n, akan memiliki
panjang gelombang
(2.3)



Semakin rapat suatu medium, maka panjang gelombang sinar yang melaluinya semakin pendek. Ini
berarti jumlah gelombang (lebih tepatnya disebut sebagai jumlah getaran) yang melalui medium itu
menjadi lebih banyak dibandingkan di ruang hampa atau di medium lain yang kurang rapat untuk
jarak tempuh yang sama. Andaikan seberkas sinar menempuh jarak sejauh L dalam medium itu, maka
jumlah gelombang yang ada adalam rentang jarak L itu adalah


dengan N adalah jumlah gelombang dalam rentang jarak yang sama di ruang hampa. Karena n > 1,
maka Nn > N.
lintasan optis : hasil kali antara indek bias (n) dengan panjang lintasan geometrik yang dilalui oleh
cahaya. Dalan kasus di atas lintasan optis bagi berkas sinar tersebut adalah nL.



3.2 Karena Pemantulan
Perubahan fase gelombang cahaya dapat diakibatkan oleh peristiwa pemantulan. Tetapi perubahan fase
akibat pemantulan bersifat diskret atau pembalikan fase. Pemantulan cahaya oleh bidang batas dua
medium yang memiliki indeks bias berbeda dianalogikan dengan pemantulan gelombang yang merambat
pada tali dengan ujung tetap dan ujung bebas.
1. Jika cahaya datang dari medium dengan indeks bias lebih tinggi dan dipantulkan oleh medium
dengan indeks bias yang lebih rendah, maka tidak ada perubahan atau pembalikan fase.
Contoh : pemantulan gelombang yang merambat pada tali oleh ujung bebas.
2. Jika cahaya menjalar dari medium dengan indeks bias lebih rendah dan dipantulkan oleh permukaan
medium dengan indeks bias lebih tinggi maka terjadi pembalikan fase, yakni mengalami perubahan
fase sebesar . Hal ini terjadi sebagaimana pada pemantulan gelombang yang merambat pada tali
oleh ujung tetap.
Contoh pembalikan fase pemantulan : gejala interferensi pada lapisan tipis seperti gelembung sabun
ataupun tumpahan minyak tanah di atas air. Gejala lain yang diakibatkan oleh pembalikan fase
akibat pemantulan ini adalah peristiwa interferensi pada cermin Llyod.
2.Dispersi
Cahaya matahari bersifat polikromatik, artinya terdiri dari banyak frekuensi. Di ruang hampa seluruh
frekuensi yang dimiliki cahaya merambat dengan kecepatan sama. Tetapi begitu memasuki medium,
kerapatan medium tersebut besarnya berlainan untuk tiap-tiap frekuensi, sehingga masing-masing
frekuensi merambat dengan kecepatan berbeda satu dari yang lain. Dengan suatu teknik tertentu
(memakai prisma), cahaya akan terurai menjadi komponen-komponen, mulai dari warna merah dengan
frekuensi paling rendah sampai dengan warna ungu dengan frekuensi paling tinggi. Kita menyebut
spektrum cahaya matahari ini dengan istilah pelangi.
Gejala seperti ini dikenal sebagai peristiwa penguaraian cahaya atau dispersi, yaitu
peristiwa penguraian gelombang elektromagnetik berfrekuensi banyak (polikromatik) atas komponen-
kompnennya yang berfrekuensi tunggal (monokromatik). Salah satu gejala alamiah yang terjadi sebagai
akibat dispersi adalah pelangi. Medium pengurainya adalah titik-titik air di angkasa setelah hujan
turun. Semenatara di dalam laboratorium, menampilkan dispersi dengan menggunakan prisma atau
melalui interferensi. Pada saat cahaya berada di dalam bahan prisma, warna-warna cahaya akan
terpecah. Pecahan warna-warna ini akan keluar sebagai spektrum pelangi karena memiliki sudut
pembelokan yang berbeda-beda Indeks bias untuk warna merah dan ungu dari beberapa bahan bening
dapat kita lihat dalam tabel
Tampak bahwa indeks bias untuk warna ungu lebih besar daripada indeks bias untuk warna merah,
persis yang ditampilkan oleh dispersi pada prisma. Lebar spektrum pelangi diukur dengan sudut
dispersi.
Dispersi juga terjadi pada lensa. Namun,
dispersi ini merugikan, misalnya pada lensa
kamera. Untuk melenyapkan gejala dispersi
pada lensa kamera kita dapat membuat
susunan lensa akromatik. Cahaya putih akan
masuk ke lensa pertama dan terjadi dispersi.
Spektrum hasil dispersi lensa pertama akan
masuk ke lensa kedua dan dikeluarkan
sebagai cahaya putih lagi.
Interferensi
Interferensi cahaya merupakan interaksi dua atau
lebih gelombang cahaya yang menghasilkan suatu
radiasi yang menyimpang dari jumlah masing-
masing komponen radiasi gelombangnya.

Interferensi cahaya menghasilkan suatu pola
interferensi (terang-gelap).

Secara prinsip, interferensi merupakan proses
superposisi gelombang/cahaya.

Syarat Kondisi Interferensi
Dua buah gelombang akan menghasilkan pola
interferensi yang stabil, jika memiliki frekuensi
yang sama.
Perbedaan frekuensi yang signifikan
mengakibatkan beda fasa yang bergantung
waktu, sehingga I12 = 0.
Jika sumber memancarkan cahaya putih, maka
komponen merah berinterferensi dengan merah,
biru dengan biru dst.
Jika sumbernya monokromatik, maka pola
interferensi adalah hitam-putih.
Interferensi Celah Ganda
Interferensi adalah perpaduan antara dua
gelombang cahaya yang datang pada suatu
tempat secara bersamaan. Interferensi
terjadi akibat perbedaan lintasan gelombang
cahaya dengan syarat kedua gelombang
memiliki beda fase yang sama.

Jika Hasil perpaduan saling menguatkan maka
terjadi pola terang.
Jika hasil perpaduan gelombang tersebut
saling melemahkan maka terjadi pola gelap.

Interferensi maksimum :

Interferensi minimum :
m d sin

2
1
) 1 2 ( sin m d
Gambar. Sinar dari S1 dan S2 bergabung di titik P. Berkas cahaya
yang datang (Interferensi)
B. Lup
Lup adalah alat optik untuk mengamati benda-benda kecil sehingga kelihatan lebih besar. Biasanya
digunakan oleh tukang arloji dan ahli tekstil. Benda diletakkan di ruang I yaitu antara lup dan fokus.
Sifat bayangan yang dihasilkan : diperbesar, maya, dan tegak. Pembesaran lup yaitu pembesaran linier
(m) dan pembesaran sudut (). Pembesaran sudut adalah perbandingan antara sudut lihat dengan alat
() dan sudut lihat tanpa alat ().

a. Pengamatan mata tak berakomodasi: benda diletakkan di titik fokus lensa . Besarnya pembesaran
sudut: M = pp/f , untuk mata normal pp = 25 cm.






b. Pengamatan mata berakomodasi pada jarak tertentu (x). Pembesaran sudutnya : M= pp/f
+ pp/x
c. Pengamatan mata berakomodasi maksimum: benda diletakkan di ruang I yaitu antara
lensa dan fokus. Pembesaran sudutnya : M = pp/f + 1
C. Mikroskop
Mikroskop merupakan alat optik untuk melihat benda-benda kecil (mikro) seperti bakteri, penampang
sel, dan sejenisnya. Pertama kali mikroskop dibuat oleh seorang ilmuwan Belanda, Antoni van
Leeuwenhoek (1632 1723), yang terdiri dari gabungan dua buah lensa cembung. Dengan
menggunakan mikroskop sederhana bisa dihasilkan pembesaran bayangan hingga 300 kali lebih besar
dari benda. Gambar penampang sebuah mikroskop diperlihatkan pada Gambar 8.33.









Gambar 8.33. Penampang sebuah mikroskop








Pada dasarnya mikroskop terdiri dari dua buah lensa lembung (bikonvek). Lensa cembung pertama
terletak di dekat mata, dinamakan lensa okuler, dan lensa cembung kedua terletak di dekat benda,
dinamakan lensa objektif. Ketika kita mengamati sebuah benda menggunakan sebuah mikroskop, maka
bayangan benda yang dihasilkan oleh lensa objektif di belakang lensa objektif. Kemudian bagi lensa
okuler, bayangan ini menjadi benda, sehingga dihasilkan bayangan akhir oleh lensa okuler yang
berukuran beberapa kali lebih besar. Proses perjalanan sinar pada mikroskop dapat dilihat pada Gambar
8.34.








Gambar 8.34. Perjalanan sinar pada mikroskop
Mikroskop menggunakan dua lensa positif yaitu lensa obyektif (ob) dan lensa okuler (ok). Lensa ob
terletak di depan benda dan lensa ok terletak di dekat mata. Besarnya fokus ob lebih kecil dari fokus
ok. Bayangan yang dibentuk mikroskop bersifat diperbesar, maya, dan terbalik.

a. Pengamatan mata tak berakomodasi.
Bayangan dari lensa ob harus jatuh di fokus ok sehinggga bayangan yang dibentuk oleh lensa ok berada
di jauh tak terhingga. Pembesaran mikroskop untuk mata tak berakomodasi :
M = S'ob / Sob x pp/fok
Jarak antara lensa ob dan lensa ok adalah
d = S'ob + fok
b. Pengamatan mata berakomodasi maksimum.
Bayangan yang dibentuk oleh lensa ok harus berada di titik dekat mata (S'ok = - pp = - 25 cm ).
Pembesaran untuk mata berakomodasi :
M = S'ob/ Sob x ( pp/fok + 1 ).
Jarak antara lensa ob dan lensa ok adalah
d = S'ob + Sok L
D. Teropong
Teropong digunakan untuk melihat benda-benda yang jauh seperti gunung, bintang dan lain-lain agar
tampak lebih dekat dan jelas. Teropong dikelompokkan menjadi : teropong bias (lensa) dan teropong
pantul (cermin).
1.Teropong Bias, meliputi teropong bintang, teropong bumi, teropong prisma dan teropong pangggung.
a) Teropong bintang, menggunakan dua lensa (+) dimana fob lebih besar dari fok, ditemukan oleh
Galileo-Galilei. Bayangan yang dihasilkan bersifat : diperbesar, maya, dan terbalik. Biasanya
pengamatan dilakukan dengan mata tak berakomodasi, sehingga bayangan dari lensa ob jatuh di
fokus lensa ok yang berimpit dengan fokus lensa ob. Panjang teropong (d) = fob + fok.
b) Teropong bumi, sering disebut teropong medan atau teropong Yojana, menggunakan tiga lensa (+)
yaitu lensa obyektif (ob), lensa okuler (ok), dan lensa pembalik (p). Fokus ob lebih besar dari fokus
ok. Bayangan yang dibentuk bersifat : diperbesar, maya, dan tegak. Jika pengamatan tak
berakomodasi, benda terletak di jauh tak terhingga ( Sob = ). Pembesaran benda (M)= fob/fok. Dan
panjang teropong (d) = fob + 4 fp + fok.
c) Teropong Prisma, menggunakan dua buah prisma siku-siku sama kaki yang disisipkan di antara
lensa obyektif dan lensa okuler.




d). Teropong Panggung, sering disebut teropong sandiwara atau teropong belanda atau teropong Galilei.
Menggunakan dua lensa yaitu lensa positif sebagai lensa obyektif dan lensa obyektif sebagai lensa
okuler, dimana fokus ob lebih besar dari fokus ok. Bayangan yang dibentuk bersifat : diperbesar,
tegak, dan maya. Biasanya pengamatan tak berakomodasi. Besarnya pembesaran (M)=fob/-fok Dan
panjang teropong (d) = fob + fok

2. Teropong Pantul (teropong pantul astronomi), terdiri dari cermin cekung besar, cermin datar kecil,
dan lensa cembung sebagai okuler. Teropong astronomi terbesar adalah teropong pantul,
diantaranya adalah Mount Palomar yang berdiameter 5 m berada di Amerika Serikat.


E. Kamera
Kamera merupakan alat optik untuk mengambil gambar suatu objek atau benda. Jenis-jenis kamera
yang dikenal diantaranya kamera autofokus, kamera single-lens reflex (SLR), dan kamera digital.






Gambar 8.30. Jenis-jenis kamera

Pada dasarnya kamera terdiri dari beberapa bagian, diantaranya :
Lensa cembung (+) : untuk membiaskan cahaya sehingga terbentuk bayangan benda di film.
Film : untuk menangkap bayangan.
Diafragma : alat pengatur banyak sedikitnya cahaya yang boleh masuk.
Penutup lensa.


Ketika mengambil gambar sebuah benda dengan menggunakan kamera, cahaya yang dipantulkan benda
tersebut masuk ke lensa kamera. Banyaknya cahaya yang masuk ke dalam kamera diatur oleh diafragma
(mirip dengan pupil pada mata), dan pengatur cahaya (shutter). Untuk menghasilkan kualitas gambar
yang baik dan tajam, maka perlu diatur fokus lensanya, yaitu dengan memajukan atau memundurkan
lensa tersebut. Dengan pengaturan yang tepat, maka pantulan bayangan benda tersebut akan tepat jatuh
pada film foto (film foto mirip dengan retina pada mata). Bayangan gambar yang dihasilkan pada
kamera bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil.








Gambar 8.31. Persamaan pembentukan bayangan pada kamera dan mata
F. Teleskop
Teleskop atau teropong merupakan alat optik untuk melihat benda-benda yang letaknya jauh agar
tampak lebih dekat dan jelas. Teleskop pertama kali ditemukan oleh Galileo Galilei (1564 1642) pada
tahun 1609. Gambar 8.35 memperlihatkan teleskop pertama yang dibuat oleh Galileo.









Gambar 8.35. Teleskop Galileo

Pada dasarnya ada dua jenis teleskop yaitu teleskop bias dan teleskop pantul. Hal ini didasarkan pada
cara kerjanya yang berdasarkan prinsip pembiasan dan prinsip pemantulan.
Teleskop bias bekerja berdasarkan prinsip pembiasan, sehingga teleskop jenis ini menggunakan
sejumlah lensa. Seperti halnya mikroskop, teleskop bias menggunakan lensa objektif dan lensa okuler.
Beberapa contoh teleskop bias diantaranya teleskop bintang atau teleskop astronomi, teleskop bumi,
teleskop panggung, dan teleskop prisma atau teleskop binokuler. Struktur teleskop bias diperlihatkan
pada Gambar 8.36.










Gambar 8.36. Teleskop bias
Disamping teleskop bias, ada yang dinamakan teleskop pantul, atau disebut juga teleskop Newtonian.
Teleskop pantul ini bekerja berdasarkan prinsip pembiasan dan pemantulan, sehingga teleskop jenis ini
menggunakan sejumlah lensa dan cermin. Teleskop pantul menggunakan cermin cekung sebagai
objektif dan lensa cembung sebagai okuler. Struktur teleskop pantul diperlihatkan pada Gambar 8.37.











Gambar 8.37. Teleskop pantul