Optika Geometri ~ Fisika XI Semester 2

 Pengertian Optika

Optika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang konsep cahaya, terutama mengkaji sifat-sifat cahaya, hakikat, dan pemanfaatannya. Optika terbagi ke dalam dua bagian yaitu Optika Geometris dan Optika Fisis.

Optika Geometris

Optika Geometris merupakan optika yang membahas tentang pemantulan dan pembiasan cahaya. Sifat cahaya sama dengan sifat gelombang elektromagnetik. Cahaya dan gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang vakum (ruang hampa).

Jenis-jenis Pemantulan Cahaya

Ada dua jenis pemantulan cahaya, yaitu pemantulan teratur dan pemantulan baur. Pemantulan teratur terjadi ketika suatu berkas cahaya sejajar datang pada permukaan yang halus atau rata seperti permukaan cermin datar atau permukaan air yang tenang. Sedangkan pemantulan baur terjadi ketika suatu berkas cahaya sejajar datang pada permukaan yang kasar atau tidak rata sehingga dipantulkan keberbagai arah yang tidak tertentu.

1. Hukum Pemantulan Cahaya

Cermin merupakan suatu benda yang tidak tembus cahaya dan permukaannya sangat halus dan rata sehingga hampir semua cahaya yang datang padanya dapat dipantulkan.

Dari sifat-sifat pemantulan cahaya pada cermin diperoleh hukum pemantulan cahaya, yaitu :
a. Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar,
b. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Keterangan :
Sinar datang adalah sinar yang datang ke cermin.
Sinar pantul adalah sinar yang dipantulkan ke cermin.
Garis normal adalah garis yang tegak lurus permukaan cermin.
Sudut pantul adalah sudut antara sinar pantul dan garis normal.

2. Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar

Cermin datar merupakan cermin yang permukaan pemantulnya datar (rata) dan salah satu permukaannya dilapisi logam (biasanya perak). Dalam kehidupan sehari-hari, contoh cermin datar adalah cermin yang biasa kita gunakan untuk berhias.

Bayangan pada cermin datar memiliki sifat-sifat sebagai berikut :

a. Merupakan bayangan maya.
b. Tegak seperti bendanya.
c. Sama besar dengan bendanya.

   d. Menghadap terbalik dengan bendanya.
e. Jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan ke cermin.

3. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung

Cermin cekung adalah cermin yang permukaan pemantulnya melengkung kedalam. Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar pantul atau konvergen.

Tiga sinar istimewa pada cermin cekung, yaitu :

a. Sinar datang sejajar sumbu utama cermin akan dipantulkan melalui titik fokus (f).

b. Sinar datang melalui titik fokus akan dipantlkan sejajar sumbu utama.

c. Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan (M) akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan tersebut.

Bayangan benda yang terbentuk oleh cermin cekung memiliki sifat yang berbeda-beda tergantung letak benda terhadap cermin cekung.

4. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cembung

Cermin cembung merupakan jenis cermin lengkung yang permukaan pemantulnya melengkung keluar. Cermin cembung disebut juga cermin divergen, karena cermin cembung bersifat menyebarkan cahaya yang mengenainya.

Tiga sinar istimewa pada cermin cembung, yaitu :

a. Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus cermin (f)
b. Sinar datang menuju titik fokus (f) dipantulkan sejajar sumbu utama.
c. Sinar datang menuju titik pusat kelengkungan cermin (M) dipantulkan kembali seakan-akan datang dari titik pusat kelengkungan tersebut.

Bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung selalu bersifat maya, tegak, dan diperkecil.

5. Perhitungan pada Cermin Lengkung (cekung atau cembung)

Secara matematis, hubungan antara jarak benda ke cermin (s) jarak bayangan (s’), dan jarak fokus (f) atau jari-jari kelengkunagan (R) dapat ditulis sebagai berikut :

Keterangan :

s = jarak benda ke lensa (m),

s’ = jarak bayangan ke lensa (m), dan

f = jarak fokus lensa (m).

Nilai f untuk cermin cekung bernilai positif (+) dan apabila dalam perhitungan diperoleh s’ yang bernilai negatif (-), maka bayangan yang terbentuk terletak dibelakang cermin.

6. Hukum Pembiasan Cahaya

Pembiasan cahaya diselidiki oleh Willebrod Snellius dan Willebrod van Roijen yang hasilnya dinyatakan dengan hukum Snellius sebagai berikut.

1. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak dalam satu bidang datar.

2. Perbandingan proyeksi antara sinar datang dan sinar bias yang sama panjangnya pada bidang batas antara dua zat bening selalu merupakan bilangan tetap. Perbandingan tetap ini disebut indeks bias antara kedua zat itu.

Keterangan:
OA = sinar datang
∠AON = i = sudut datang
NN’ = garis normal
∠BON’ = r = sudut bias
OB = sinar bias

Untuk mengukur besarnya pembelokan arah cahaya jika sinar berpindah dari satu media ke media lain digunakan indeks bias (angka bias = penunjuk bias). Indeks bias mutlak suatu zat adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam zat itu.

Nz = C : Cn

Keterangan:
Nz = indeks bias mutlak zat itu
C = kecepatan cahaya dalam hampa (3 x 10⁸ m/s)
Cn = kecepatan cahaya dalam zat itu

Karena yang dilihat sehari-hari sinar berpindah dari satu media ke media lain maka indeks bias adalah perbandingan kecepatan cahaya dalam zat-zat itu. Misalkan, cahaya berpindah dari zat A ke zat B maka indeks biasnya dirumuskan sebagai berikut.

ndeks bias suatu medium dapat ditentukan jika kecepatan cahaya pada masing-masing medium diketahui.

CA = cepat rambat cahaya di medium A
CB = cepat rambat cahaya di medium B

Karena cahaya adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi dan panjang gelombang maka rumus gelombang juga berlaku pada cahaya.

V = λ x f

v = cepat rambat gelombang

Jadi, indeks bias cahaya dari zat A ke zat B adalah