CAHAYA

Cahaya

A. Pengertian Cahaya

Cahaya merupakan salah satu bentuk energi. Sumber cahaya memancarkan energi cahaya secara radiasi sehingga energi ini disebut energi radiasi .

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang merambat secara transversal. Cepat rambat ccahaya di ruang hampa kira-kira 300.000 km/s (300.000.000 m/s). Besaran fisis yang dimiliki cahaya mirip dengan besaran fisis yang dimiliki gelombang, seperti panjang gelombang, cepat rambat gelombang, dan  frekuensi gelombang.

Cahaya yang hanya bisa dilihat oleh mata manusia disebut cahaya tampak.

B. Sumber Cahaya

Sumber cahaya adalah benda yang bisa menghasilkan cahaya. Sumber cahaya dibedakan menjadi dua yakni sumber cahaya alami adalah benda yang dapat memancarkan cahayanya sendiri, seperti matahari, api dan bioluminesens. Dan sumber cahaya buatan adalah benda yang dapat memancarkan cahaya akibat suatu proses tertentu.

1.  Perambatan Cahaya dan Pembentukan Bayangan

Cahaya merambat menurut lintasan yang berbentuk garis lurus. Pembentukan bayangan suatu benda disebabkan oleh sifat cahaya yang merambat menurut garis lurus. Anggapan cahaya yang merambat menurut garis lurus disebut optik geometrik.

Akibat cahaya merambat lurus, benda yang tidak tembus cahaya seperti buku, pohon,kertas, atau tubuh manusia akan membentuk bayangan apabila terkena cahaya.

2.  Bayangan Umbra dan Penumbra

Jika sebuah benda tidak tembus cahaya dikenai cahaya, di belakang benda tersebut akan terbentuk dua bayangan, yaitu bayangan inti dan bayangan kabur. Bayangan inti disebut umbra dan bayangan kabur disebut penumbra.

C. Pemantulan Cahaya (Refleksi)

Pada pemantulan, berkas cahaya yang datang mengenai suatu benda disebut sinar datang, sedangkan berkas cahaya yang meninggalkan benda (dipantulkan) disebut sinar pantul.

Berkas cahaya yang dipantulkan bergantung pada jenis permukaan benda. Bila cahaya mengenai permukaan kasar maka cahaya akan di pantulkan secara tersebar yang disebut dengan pemantulan baur. Namun, bila cahaya mengenai permukaan yang mulus maka cahaya akan dipantulkan secara teratur yang disebut dengan pemantulan teratur.

Pemantulan teratur banyak dimanfaatkan seperti pada kaca spion dan pembuatan berlian. Benda yang dapat memantulkan cahaya secara teratur akan kelihatan mengkilap, sedangkan benda yang memantulkan cahaya secara baur akan kelihatan redup.

Selain bergantung pada jenis permukaan, pemantulan cahaya selalu mengikuti suatu aturan yang disebut hukum pemantulan cahaya, yang berbunyi sebagai berikut.

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

2.    Sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul.

Sudut sinar datang dan sudut sinar pantul diukur terhadap garis normal. Garis normal adalah garis yang tegak lurus terhadap bidang pantul.

1. Pemantulan cahaya pada cermin cekung

Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar (konvergen). Sinar-sinar yang sejajar sumbu utama dipantulkan oleh cermin cekung menuju satu titik yang disebut titik fokus. Titik fokus berada di sumbu utama cermin. Titik fokus cermin cekung bernilai positif karena berada di depan cermin.

Tiga sinar istimewa berguna untuk melukis pembentukan bayangan pada cermin cekung. Tiga sinar istimewa tersebut adalah:

  Sinar datang yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus cermin

  Sinar datang yang melalui titik fokus cermin akan dipantulkan sejajar sumbu utama cermin

  Sinar datang yang melalui titik pusat kelengkungan cermin, akan dipantulkan kembali melalui titik yang sama

Hubungan jarak benda, jarak fokus cermin, dan jarak bayangan yang terbentuk dinyatakan oleh rumus berikut:

 

Keterangan:

f : jarak fokus cermin
s : jarak benda ke cermin
s’ : jarak bayangan ke cermin
Antara jarak fokus f dan jari-jari kelengkungan cermin R terdapat hubungan sebagai berikut.

R = 2f

Jika terdapat dua buah cermin datar yang membentuk sudut α, maka banyaknya bayangan yang dibentuk dirumuskan oleh persamaan sebagai berikut.

Keterangan:

n = banyaknya bayangan yang dibentuk

α = sudut antara dua cermin

2. Pemantulan cahaya pada cermin cembung

Cermin cembung bersifat menyebarkan sinar (divergen). Sinar-sinar yang sejajar sumbu utama dipantulkan oleh cermin seolah-olah berasal dari satu titik di belakang cermin yang disebut titik fokus maya. Titik fokus cermin cembung terletak di belakang cermin dan berada di sumbu utama cermin. Dengan demikian, titik fokus cermin cembung bernilai negatif karena berada di belakang cermin.  

Tiga sinar istimewa cermin cembung:

1. Sinar datang yang sejajar sumbu utama cermin akan dipantulkan seolah-olah dari titik fokus maya cermin. 

2.    Sinar datang yang menuju titik fokus maya cermin akan dipantulkan sejajar sumbu utama cermin. 

3.  Sinar datang yang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan kembali seolah-olah dari titik yang sama.

D. Pembiasan Cahaya (Refraksi)

Refraksi adalah peristiwa pembelokan arah rambat cahaya, yang terjadi ketika cahaya tersebut berpindah dari medium satu ke medium lainnya. Pembelokan cahaya ini terjadi karena perubahan kecepatan cahaya ketika memasuki medium yang berbeda. Setiap medium memiliki kerapatan yangg berbeda.

Pembiasan arah rambat cahaya bergantung pada suatu aturan atau hukum yang disebut hukum pembiasan. Hukum pembiasan ditemukan oleh seorang ahli matematika asal Belanda yang bernama Willebrord van Roijen Snell sehingga hukum ini lebih dikenal dengan sebutan hukum Snellius. Hukum Snellius berbunyi sebagai berikut.

1.     Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar dan berpotongan di satu titik.

2.    Sinar yang datang dari medium kurang rapat menuju medium yang lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal. Sebaliknya sinar yang datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal.

Kerapatan medium yang mempengaruhi cepat rambat cahaya, selanjutnya disebut dengan indeks bias. Indeks bias merupakan perbandingan antara cepat rambat cahaya di dalam vakum dan cepat rambat cahaya di dalam medium.

Nilai sudut bias, bergantung pada nilai sudut datangnya. Bila sudut datangnya semakin besar maka sudut biasnya juga semakin besar, tetapi pertambahannya tidak terjadi secara linier.

Sehingga berlaku persamaan pembiasan

Dengan keterangan,

n₁ : indeks bias medium 1

n₂ : indeks bias medium 2

v₁ : cepat rambat cahaya di medium 1

v₂ : cepat rambat cahaya di medium 2

λ₁ : panjang gelombang cahaya di medium 1

λ₂ : panjang gelombang cahaya di medium 2

E. Cahaya Tampak dan Pelangi

Cahaya di alam ini banyak sekali jenisnya. Ada cahaya yang dapat dilihat dan ada cahaya yang tidak dapat dilihat. Cahaya yang tidak dapat dilihat misalnya cahaya sinar-X, sinar inframerah, sinar ultraviolet dan sianr yang dihailkan oleh zat radioaktif. Mata manusia hanya mampu melihat cahaya tertentu. Cahaya yang dapat dilihat oleh manusia disebut cahaya tampak.

Cahaya tampak yang berwarna putih, sebenarnya terdiri atas sejumlah warna yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu (Me-Ji-Ku-Hi-Bi-Ni-U). Setiap warna memiliki panjang gelombang dan energi tertentu. Warna merah memiliki panjang gelombang terpanjang, tetapi energinya paling kecil. Sementara warna ungu memiliki panjang gelombang terpendek, tetapi energinya paling besar.

Cahya bisa terurai menjadi penyusunnya melalui suatu peristiwa penguraian cahaya, contohnya pelangi. Peristiwa penguraian cahaya ini disebut dispersi cahaya. Tiga warna yang berfungsi sebagai filter yaitu merah, hijau dan biru disebut warna pokok.

Alat Optik

Alat optik adalah alat-alat yang salah satu atau lebih komponennya menggunakan benda optik, seperti: cermin, lensa, serat optik atau prisma.

A. Mata

Salah satu alat optik yang vital untuk melihat adalah mata.

1.  Bagian-bagian Mata

Lensa yang terdapat pada mata manusia merupakan salah satu contoh terbaik dari lensa cembung. Lensa ini memiliki bentuk yang sangat mulus dan lentur. Lensa mata berfungsi untuk memfokuskan berkas-berkas cahaya. Kelebihan lensa cembung pada mata adalah kemampuannya untuk menebal dan menipis secara otomatis. Kemampuan lensa mata untuk menebal dan menipis disebut dengan daya akomodasi mata.

Berkas cahaya yang masuk ke mata akan difokuskan oleh lensa mata dan dijatuhkan di bagian belakang mata yang disebut retina.  Sifat bayangan yang jatuh ke retina adalah nyata terbalik.

Bagian terluar dari mata terdiri atas kornea dan iris. Kornea merupakan membran transparan yang melindungi mata, sedangkan iris  berfungsi sebagai pengontrol jumlah cahaya yang masuk. Iris memiliki lubang kecil di bagian tengahnya yang disebut pupil. Pupil terlihat lebih gelap dibandingkan iris sehingga tidak ada berkas cahaya yang dipantulkan dari bagian ini. Ketebalan lensa mata diatur oleh otot ciliaris.

2.  Kelainan pada mata

Bila matamu normal maka jarak yang tepat agar mata dapat membaca dengan rileks adalah 25 cm. Jarak baca sejauh 25 cm ini disebut dengan  jarak baca mata normal. Jarak ini merupakan jarak terdekat yang masih dapat dilihat dengan jeelas oleh mata normal tanpa rasa sakit. Jarak ini disebut dengan titik dekat mata (punctum proksimum). Jarak terjauh yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata normal tanpa rasa sakit disebut sebagai titik jauh (punctum remotum).

Cacat mata bisa dibantu dengan menggunakan kacamata. Berikut ini adalah kelainan mata berdasarkan pergeseran titik dekat dan atau titik jauhnya.

a.  Rabun Dekat (Hipermetropi)

Istilah ini, dimaksudkan untuk mata yang mengalami kelainan tidak bisa melihat jelas benda-benda yang berada pada jarak dekat. Hal ini disebabkan karena kornea mata terlalu tipis sehingga bayangan jatuh di belakang retina. Upaya lain untuk membantu penderita hipermetropi adalah dentan menggunakan lensa cembung.

b.  Rabun Jauh (Miopi)

Istilah ini ditujukan untuk mata yang mengalami klainan tidak bisa melihat benda-benda yang terlalu jauh. Mata miopi disebabkan oleh kornea mata yang terlalu tebal sehingga bayangan jatuh di depan retina. Upaya lain yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan lensa cekung. Bila orang tuanya menderita miopi maka kecenderungan anaknya mengalami cacat mata serupa lebih besar.

c.   Mata Tua (Presbiopi)

Kelainan ini, dialami oleh hampir 100% orang-orang yang sudah berusia 50 tahun. Hilangnya kelenturan lensa mata ini menjadi penyebab utama penderita presbiopi ke atas.

3. Penggunaan Kaca Mata

Suatu benda dapat terlihat jelas oleh mata jika bayangannya terletak tepat di retina mata.

Berlaku rumus 1/f = 1/s + 1/s’

dimana f dapat berubah-ubah atau berakomodasi sesuai dengan rumus:

1/f = [n2/n1 – 1] [ 1/R1 – 1/R2]

Tititk Jauh (PR) : titik terjauh yang masih dapat dilihat jelas dengan mata tidak berakomodasi.

Tititk Dekat (PP) : titik terdekat yang masih dapat dilihat jelas dengan mata berakomodasi maksimum.

Mata Normal seringkali diamsumsikan titik dekatnya 25 cm di depan mata (jarak baca) den titik jauhnya di tak terhingga.

Rabun Jauh (miopi)

P_miopi =

Rabun Dekat (hipermetropi)

P_hipermitropi=

B. Kamera

Ada dua alasan yang utama dari penggunaan lensa pada kamera.

1.     Lensa berfungsi untuk mengumpulkan berkas cahaya dari suatu cakupan yang luas dan menjatuhkannya pada film yang cukup kecil.

2.    Dengan menggunakan lensa, maka bayangan yang dihasilkan akan lebih fokus dan jelas.

Pengatur jarak fokus disebut juga dengan istilah zoom. Pengaturan intensitas cahaya yang masuk, dilakukan oleh suatu bagian yang disebut diafragma. Luasan bukaan diafragma sering disebut dengan apertur.

Pada bagian belakang kamera di mana berkas cahaya jatuh, diletakkan film foto. Film ini digunakan untuk merekam berkas tersebut. Film ini biasanya terbuat dari bahan plastik yang dilapisi oleh bahan kimia yang peka terhadap cahaya. Suatu ukuran kecepatan film atau yang sering disebut dengan ASA.

Prinsip kerja kamera

Dengan mengarahkan lensa kamera pada benda yang akan dipotret, anda akan dapat melihat melalui celah belakang kamera, apakah bayangan sudah tepat atau belum. jika akomodasi lensa belum tepat sepenuhnya, lensa dapat diputar maju atau mundur sampai didapatkan objek yang tepat. Selanjutnya tombol ditekan, bersamaan dengan itu cahaya yang berasal dari bayangan lensa akan masuk. Setelah cahaya merambat melalui ruang gelap maka akan mengenai plat film. Ruang gelap harus rapat (tidak boleh ada kebocoran cahaya selain lensa).Pelat film merupakan bahan khusu yang mengandung celluiloid dari perak bromida sehingga sangat peka terhadap cahaya serta dapat membekas (merekam).

Diafragma dapat diukur sesuai dengan cakupan cahaya yang kita inginkan. Untuk mengetahui besarnya diafragma, biasanya digunakan angka  3,5,6,8,11 dan seterusnya. Semakin besar angka yang ditunjukkan maka lubang diafragma semakin kecil. Sifat bayangan yang terbentuk pada pelat film adalah nyata dan terbalik sehingga sering disebut gambar negatif (negatif film).Dengan proses laboratorium negatif film dapat dicuci cetak menjadi gambar positif (diapositif).

C. Kaca Pembesar (Lup)

Lup merupakan  alat optik yang paling sederhana karena hanya terdiri atas satu lensa cembung dan cara penggunaannya pun sangat sederhana. Alat ini digunakan untuk membantu melihat benda-benda kecil. Bayangan yang terbentuk oleh alat optik ini selalu diperbesar, tegak dan maya.

Ada tiga cara bagaimana menggunakan lup yaitu:

1.      Dengan cara mata berakomodasi maksimum

S’ = -N

M =

2.      Dengan cara mata tidak berakomodasi

S’ = -PR; s = f

M =

3.    Dengan cara mata akomodasi jarak

       X : s’ = -x

       M =

Ket :    M = perbesaran sudut

N = titik normal mata (25 cm)

PR = titik jauh mata

f = Jarak fokus lup

D. Mikroskop

Mikroskop dipercaya orang pertama kali ditemukan tahun 1595 oleh Zacharias Janssens dan ayahnya Hans Janssens, dengan susunan yang sangat primitif, hanya menggunakan dua lensa cembung.

Pada tahun 1665, Robert Hooke memperbaiki kinerja mikroskop agar dapat digunakan untuk mengamati benda-benda yang lebih kecil. Antony Van Leuwenhooke, dengan mikroskop ciptaannya berhasil memperbesar objek yang dilihatnya hingga 70-250 kali dari ukuran sebenarnya. Beliau juga merupakan orang pertama yang melihat bentuk bakteri.

Pada mikroskop dipasang dua buah lensa cembung. Kedua lensa tersebut yaitu lensa okuler ( merupakan lensa yang mengarah ke mata) dan lensa objektif (lensa yang mengarah ke objek atau benda).

Pada mikroskop terdapat bagian penting lainnya yang juga menggunakan prinsip optik yaitu cermin. Cermin berfungsi untuk mengatur jumlah cahaya yang datang ke tempat benda.

Pengaturan fokus mikroskop dilakukan oleh dua sekrup putar. Sekrup yang lebih besar menggerakkan tabung lensa mundur maju dengan cepat, sedangkan sekrup putar yang lebih kecil menggerakkan tabung lensa mundur maju dengan perlahan. Benda yang akan dilihat disiapkan dalam sebuah kaca preparat tipis yang dijepit pada meja mikroskop tempat benda diletakkan.

Rumus mikroskop (f_ob < s_ob < 2f_ob)

1. Tanpa Akomodasi :

d = s’_ob + f_ok

M_tot =

2. Akomodasi Maksimum:

d = s’_ob + s_ok

M =

E. Teropong

Galileo (abad ke-16) adalah, orang pertama yang mempelajari astronomi dengan mengembangkan sebuah alat bantu untuk melihat objek-objek di langit yang sangat jauh letaknya. Alat tersebut dikenal dengan nama teleskop atau teropong. Semenjak ditemukannya alat ini, berbagai penelitian di bidang astronomi mulai dikembangkan.

-          Teropong Bintang

Pembesaran Teropong Bintang pada saat mata tidak berakomodasi

Agar mata berakomodasi maksimum, jarak lensa objektif dan lensa okuler dirumuskan:

Dengan ketentuan:

• = Jarak lensa objektif dan lensa okuler
• = Pembesaran teropong bintang
• = Jarak fokus lensa objektif
• = Jarak fokus lensa okuler
• = jarak benda di depan lensa okuler

-          Teropong Bumi

Pembesaran Teropong Bumi

Jarak lensa objektif dan lensa okuler

Dengan ketentuan:

• = Pembesaran teropong bumi
• = Jarak lensa objektif dan lensa okuler
• = Jarak fokus lensa objektif
• = Jarak fokus lensa pembalik
• = Jarak fokus lensa okuler  

-          Teropong Panggung

Prinsip/cara kerja teropong panggung : sinar sejajar yang masuk ke lensa obyektif membentuk bayangan nyata tepat di titik fokus obyektif. Bayangan ini akan berfungsi sebagai benda maya bagi lensa okuler. Dan oleh lensa okuler akan dibentuk bayangan yang dapat dilihat oleh mata.

Pada pengamatan tanpa berakomodasi maka panjang teropong adalah :

d = f_ob – f_ok

Ket :

d = panjang teropong dalam meter
f_ob = panjang fokus lensa obyektif dalam meter

f_ok = panjang fokus lensa okuiler dalam meter

F. Periskop

Periskop digunakan untuk melihat daerah yang berada pada posisi yang tidak sejajar dengan posisi pengamat. Pada prinsipnya, periskop terdiri atas dua cermin datar atau prisma yang disusun berhadapan dengan sudut tertentu.

Untuk menyaksikan langsung gerhana matahari, orang-orang membuat periskop multi cermin (menggunakan banyak cermin). Tujuan menggunakan banyak cermin adalah agar kuat cahaya yang masuk ke mata tidak sebesar kalau melihat langsung ke matahari.

Soal dan Pembahasan

1.  Seberkas sinar datang mengenai cermin dan dipantulkan. Jika sudut antara sinar datang dan cermin membentuk sudut 50°, hitunglah sudut datangnya!

Garis normal

Sinar datang

Pembahasan :

 

Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh sudut datang dan garis normal. Sudut datang = 90° – 50° = 40°. Jadi, sudut datangnya adalah 40°.

2. Cahaya datang dari udara menuju medium yang berindeks bias . Tentukan kecepatan cahaya dalam medium tersebut!

Pembahasan

Diketahui : n₁ = 1 (udara)

v₁ = 3x10⁸ m/s (udara)

n₂ = 

Ditanya : v₂ = …?

Jawab :

 

 = 2x10⁸ m/s

Jadi, kecepatan cahaya dalam medium tersebut adalah 2x10⁸ m/s.

3. Suatu tulisan berukuran sangat kecil sehingga tidak bisa terbaca. Seseorang membaca tulisan menggunakan lup ketika mata berakomodasi minimum, perbesaran sudut lup adalah 5 x. Berapa panjang fokus lup tersebut ?
Pembahasan
Diketahui :
Titik dekat mata normal (N) = 25 cm
Perbesaran sudut lup (M) = 5 x
Ditanya : Panjang fokus lup (f)
Jawab :
Rumus perbesaran sudut lup ketika mata berakomodasi maksimum :
M = (N/f) + 1
5 = (25 cm / f) + 1
5 – 1 = 25 cm / f
4 = 25 cm / f
f = 25 cm / 4
f = 6,25 cm
Panjang fokus lup adalah 6,25 cm. Panjang fokus lup bertanda positif karena lup menggunakan lensa cembung alias lensa positif.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat, inayah, taufik, dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana, semoga makalah ini dapat dipergunakan sebagai salah satu acuan, petunjuk, maupun pedoman bagi pembacanya.

Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini.

Akhir kata, kami sampaikan terima kasih kepada semua pihak yang yang telah berperan serta dalam penyusunan makalah ini dari awal sampai akhir, semoga Allah Yang Maha Esa senantiasa meridhoi segala usaha kita. Amin.

Tasikmalaya, 5 Mei 2016

 Penyusun

DAFTAR PUSTAKA

http://risanurisandira.blogspot.co.id/2013/03/rangkuman-bab-cahaya-alat-optik.html.  [30 April 2016]

http://malixyz.blogspot.co.id/2015/01/makalah-materi-fisika-tentang-alat-optik.html. [30 April 2016]

http://pemantulancahaya.blogspot.co.id/2013/05/pemantulan-cahaya-pembiasan-cahaya-dan.html. [30 April 2016]

https://gurumuda.net/contoh-soal-alat-optik.html. [30 April 2016]

http://fisikastudycenter.com/fisika-x-sma/8-pembiasan-cahaya.html. [5 Mei 2016]

CAHAYA DAN ALAT OPTIK

MAKALAH

(Disusun untuk memenuhi salah satu tugas Mata Kuliah Fisika Dasar II)

Disusun :

Dinda Melinda                      (152151049)

Ruliyanti                                (152151050)

Suci Amalaia                         (152151058)

Juni Satria Siregar                 (152151061)

Fazri Nurachman                   (152151062)

Aris Muhamad Ridwan         (132151073)

Kelas 2015 B

UNIVERSITAS SILIWANGI

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

PROGRAM STUDI MATEMATIKA

TAHUN AJARAN 2015/2016