OPTIKA GEOMETRI
OPTIKA GEOMETRI
OPTIKA GEOMETRI
OPTIKA GEOMETRI
Oleh :
Oleh :
Ir. ARIANTO
Ir. ARIANTO
BERKAS CAHAYA MACAM PEMANTULAN HUKUM PEMANTULAN PERJANJIAN TANDA CERMIN DATAR 2 CERMIN DATAR CARA MELUKIS BAYANGANCERMIN CEKUNG SIFAT BAYANGAN DI RUANG 1 BENDA DI FOKUS TEPAT DI PUSAT DI RUANG 2 DI RUANG 3
PEMANTULAN
CERMIN CEMBUNG CERMIN GABUNGANPEMBIASAN
INDEX BIAS INDEX BIAS RELATIF HUKUM PEMBIASAN
HUKUM SNELIUS SUDUT KRITIS PEMANTULAN TOTAL
KACA PLAN PARALEL PEMBIASAN PADA PRISMA (UMUM)
DEVIASI MINIMUM PERMUKAAN LENGKUNG PERJANJIAN TANDA LENSA TEBAL LENSA TIPIS JENIS LENSA KEKUATAN LENSA LENSA GABUNGAN CONTOH SOAL CONTOH SOAL CONTOH SOAL CONTOH SOAL CONTOH SOAL CONTOH SOAL CONTOH SOAL CONTOH SOAL CONTOH SOAL CONTOH SOAL
PEMANTULAN
Macam-macam berkas cahaya.
1.Divergen (berkas cahaya yang memancar) yaitu sinar datang dari satu titik.
2.Konvergen (berkas cahaya yang mengumpul) yaitu sinar yang menuju ke satu titik.
3.Paralel yaitu sinar sejajar satu sama lain.
MACAM PEMANTULAN
Pemantulan cahaya dibedakan 2 macam yitu :
Pemantulan teratur (Speculer reflection) Yaitu : pemantulan cahaya dalam satu arah.
Contoh : pemantulan pada kertas lapis dari perak, aluminium atau dari baja. Pemantulan baur (diffuse reflection)
Yaitu : pemantulan cahaya ke segala arah. Contoh : pemantulan kertas putih tanpa lapis.
HUKUM PEMANTULAN
hukum-hukum pemantulan cahaya yaitu :
1.Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada bidang datar. 2.Sudut datang ( i ) = sudut pantul ( r ).
PERJANJIAN TANDA
a.Semua jarak diukur dari vertex (v) ke titik yang bersangkutan. PEMBENTUKAN BAYANGAN KARENA PEMANTULAN.
c.Jarak benda (s) adalah positip, jika arah pengukuran berlawanan dengan arah sinar datang.
d.Jarak bayangan (s`) adalah positip, jika arah pengukuran berlawanan arah sinar, negatif jika searah dengan sinar.
e.Jari-jari (R) : positif jika diukur berlawanan dengan sinar, negatif jika searah dengan sinar.
f
s
s
1
`
1
1
s
s
h
h
m
`
`
S’ (-) bayangan maya S’ (+) banyangan sejati M (-) bayangan terbalik M (+) bayangan tegak b. Sinar datang dari kiri ke kananCERMIN DATAR
Permukaan datar dapat dianggap permukaan sferis dengan R = Jadi, jarak titik api (focus) untuk permukaan datar ialah :
2
R
f
Oleh karena itu sifat – sifat cermin datar : 1.Jarak benda (s) = jarak bayangan (s`) 2.Bayangan bersifat maya s` : negatip 3.Tinggibenda (h) = tinggi bayangan (h`) m = 1 4.Bayangan tegak m : positip
PEMANTULAN 2 CERMIN
DATAR BERSUDUT
Untuk dua buah cermin yang saling
membentuk
sudut
satu
dengan
yang lainya, jumlah bayangan yang
terjadi dari sebuah benda yang
diletakkan diantaranya adalah :
1
360
Cara melukis bayangan
60 derajat
Contoh soal dua cermin
datar bersudut
Dua buah cermin saling membentuk
sudut 30 derajat dan
dan 60 derajat, hitunglah selisih
banyaknya bayangan yang
Jawab contoh soal 2 buah
cermin datar
)
1
60
360
(
)
1
30
360
(
n
n = 11 – 5
= 6
Contoh 2 soal dua
cermin datar bersudut
Dua buah cermin datar diletakan saling
membetuk sudut x derajat, Jika
sudut tersebut diperkecil 35 derajat
maka bayangan yang terbentuk
menjadi 5 kali bayangan semula. (benda
diletakkan diantara dua buah cermin)
Hitunglah besar sudut x
Jawab Contoh 2 soal dua
cermin datar bersudut
)
1
35
360
(
:
)
1
360
(
5
:
x
x
m
m
)
1
35
360
(
:
)
1
360
(
:
2 1x
x
n
n
)
1
35
360
(
)
1
360
(
5
x
x
35
35
35
360
5
1800
x
x
x
x
x
x
35
35
360
5
1800
x
x
x
x
x
x
x
x
)(
35
)
(
395
)
5
1800
(
2 2395
175
5
000
.
63
1800
x
x
x
x
x
0
000
.
63
1580
4
x
2x
x
2395
x
15750
0
0
)
350
)(
45
(
x
x
x
45
derajat
CERMIN CEKUNG
Sifat – sifat sinar dan penomoran ruang :
1 1.Berkas sinar yang sejajar
dengan sumbu utama
dipantulkan lewat fokus (f) 2
2.Berkas sinar lewat fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
3
3.Berkas sinar lewat titik pusat kelengkungan cermin ® dipantulkan lewat titik itu juga.
1.Ruang I antara 0 < s < f 2.Ruang II antara f < s < R 3.Ruang III antara s > R
SIFAT BAYANGAN
SIFAT BAYANGAN DI RUANG I 0 < s < f
`
1
1
1
s
s
f
s
f
s
1
1
`
1
f
s
sxf
s
`
Sehingga : s` adalah negatips – f < 0
berarti bayangannya maya Pembesaran :s
s
m
`
=
(ss f.f s)f
s
f
m
m = positip berarti tegak.Sedang : m > 1
berarti diperbesar.
SIFAT BAYANGAN 2
Untuk benda tepat di f. (s = f )
s
f
s
1
1
`
1
f
f
s
1
1
`
1
0
`
1
s
0
1
`
s
SIFAT BAYANGAN 3
SIFAT BAYANGAN DI RUANG 2 f < s < 2f
`
1
1
1
s
s
f
s
f
s
1
1
`
1
f
s
sxf
s
`
Sehingga : s` adalah positifs – f > 0
berarti bayangannya nyata/sejati
Pembesaran :
s
s
m
`
=
(ss f.f s)f
s
f
m
m = negatif berartiterbalik.Sedang : m > 1
berarti diperbesar.
SIFAT BAYANGAN 4
SIFAT BAYANGAN DI PUSAT LINGKARAN s = 2f
`
1
1
1
s
s
f
s
f
s
1
1
`
1
f
f
sxf
s
2
`
Sehingga : s` adalah positifs – f > 0
berarti bayangannya nyata/sejati Pembesaran :s
s
m
`
=
(ss f.f s)f
f
f
m
2
m = negatif berarti terbalik.Sedang
: m = 1
SIFAT BAYANGAN 5
SIFAT BAYANGAN DI RUANG 3 s > 2f
`
1
1
1
s
s
f
s
f
s
1
1
`
1
f
s
sxf
s
`
Sehingga : s` adalah positifs – f > 0
berarti bayangannya nyata/sejati
Pembesaran :
s
s
m
`
=
(ss f.f s)f
s
f
m
m = negatif berartiterbalik.Sedang : m < 1
berarti diperkecil.
JUMLAH DARI NO RUANG BENDA DAN NO RUANG BAYANGAN = 5
CERMIN CEMBUNG
1
2 3
1.Berkas sinar sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari fokus (f).
2.Berkas sinar seolah-olah menuju fokus Dipantulkan sejajar sumbu utama. 3.Berkas sinar yang menuju titik pusat kelengkungan cermin ( R ) dipantulkan seolah berasal dari titik itu juga.
sifat cermin cembung selalu maya, tegak
dan diperkecil karena m selalu lebih kecil
dari satu. ( untuk s positip ).
Contoh soal cermin
lengkung
Jarak antara benda dan bayangan maya
yang ditimbulkan oleh cermin lengkung
adalah 120 cm. Jika tinggi benda 2 cm
dan tinggi bayangan 0,5 cm.
Tentukan jari-jari cermin dan macam
cermin.
Jawab soal cermin
lengkung
4
1
2
2
/
1
'
h
h
m
s
s
120
4
1
s
480
4
s
s + s’ = 120
s’ = 120 - s
cm
s
s
96
480
5
cm
s
'
120
96
24
96
3
24
1
96
1
'
1
1
1
s
s
f
cm
f
32
Jenis cermin cembung
CERMIN GABUNGAN
Bila kita letakkan dua cermin, cermin I dan cermin II dengan bidang pemantulan saling berhadapan dan sumbu utamanya berimpit dan bayangan yang dibentuk oleh cermin I merupakan benda oleh cermin II maka :
2
1
`
s
s
d
2
1
m
m
m
total
d = jarak antara kedua cermin 1
`
s
= jarak bayangan cermin I2
s
= jarak benda cermin II.CONTOH SOAL
CERMIN GABUNGAN
Terdapat 2 buah cermin yang berimpit sumbu utamanya.
cermin A adalah cermin cembung dengan fokus 8 cm
dan cermin B cermin cekung
dengan fokus 6 cm. Kedua cermin berhadapan pada
jarak 36 cm. Didepan cermin A diletakkan benda pada
jarak 24 cm. bayangan oleh cermin A dipantulkan oleh
cermin B. Hitunglah :
a. Jarak bayangan akhir ke benda semula.
b. Hitunglah perbesaran totalnya.
Jawab contoh soal cermin
gabungan
'1
1
1
B B Bf
s
s
'1
1
1
6
42
s
B '1
7
1
42
42
Bs
'1
1
1
A A Af
s
s
'1
1
1
8
24
s
A '1
1
1
8
24
As
' 1 4 24 A sS’
A= -6 cm
d = s
A’ + s
B36 = -6 + s
Bs
B= 42 cm
'1
6
42
Bs
S’
B= 7 cm
36 cm 24 cm 12 cm 7 cm Jarak bayangan ke Benda semula = 12 – 7 = 5 cm 1.
2M
M M
' ' . A B A B s s M s s6
7
1
.
24
42
24
M
1 2 6 cmINDEX BIAS
Pembiasan atau refraksi adalah suatu peristiwa
cahaya yang menembus permukaan suatu bahan
tertentu melalui satu medium ke medium lainnya,
cahaya akan dibelokkan.
Index bias mutlak : adalah perbandingan antara kecepatan cahaya di ruang hampa atau di udara ( c) dengan kecepatan cahaya di dalam bahan (v).
v
c
n
b
Karena : v = f .
b
fb
u
fu
n
bf
bf
u b u bn
INDEX BIAS RELATIF
Index bias relatif bahan 1 terhadap bahan 2 dapat ditulis :
n
21
perbandingan kecepatan cahaya didalam bahan 2 dengan
kecepatan cahaya di dalam bahan 1. atau perbandingan antara
panjang gelombang cahaya di dalam medium 2 dengan panjang
gelombang cahaya di dalam medium 1.
1
2
1
2
21
v
v
n
2
1
21
n
n
n
ATAU
CONTOH SOAL INDEX BIAS
Seberkas cahaya datang pada sebuah medium A
yang berindex bias Hitunglah kecepatan
cahaya ketika merambat dalam medium A.
kemudian cahaya masuk kemedium B yang
ber-indeks bias Hitunglah index bias relatif
medium B terhadap medium A, hitung pula
per-bandingan panjang gelombang ketika masuk
ke medium A dan medium B.
2
1
3
1 1 3Jawaban contoh soal
index bias
u
m
v
n
v
85
3.10
3
v
m 8 89.10
1,8.10
/
5
mv
m s
4 3
4
5
5
3
B AB An
n
n
:
u:
u A B A B4 5
:
:
:
4 : 5
3 3
A B B AHUKUM PEMBIASAN
Jika seberkas cahaya datang pada bidang batas dua medium yang tidak sama dan transparan, maka berkas cahaya tersebut :
1.Sebagian diserap. 2.Sebagian diteruskan. 3.Sebagian dibiaskan. 4.Sebagian dipantulkan.
* Sinar datang, garis normal dan sinar bias terletak pada sebuah bidang datar.
* Perbandingan sinus sudut datang ( i ) dan sudut – sudutbias ( r ) merupakan konstanta.
HUKUM SNELLIUS
n sin i = n` sin r
Bila seberkas sinar masuk dari medium yang index biasanya lebih besar kedalam medium yang index biasnya lebih kecil, maka sudut biasnya lebih besar daripada sudut datangnya. (sinar bias menjauhi garis normal).
SUDUT KRITIS/BATAS
Adalah : sudut datang (ik) yang menghasilkan sinar bias 90 derajat. ik
Syarat : n
n’
1. Sinar datang dari medium yang rapat ke medium yang renggang n > n’
2. Sinar biasnya 90 derajat n sin ik = n’ sin 90 Sin ik =
n
'
CONTOH SOAL SUDUT
KRITIS
Sebuah berkas sinar datang dari kaca
de-ngan indeks bias bias 3/2 masuk ke air
yang index biasnya 4/3, jika sudut datang
nya 30
o
maka :
a.Hitunglah sudut sinar biasnya.
b.Hitunglah sudut kristisnya.
Jawaban contoh soal
sudut kritis
n
air .
sin i = n
kaca
. Sin r
3/2 sin 30
o= 4/3 sin r
sin
3 / 2.1/ 2
9
4 / 3
16
r
r = 34,2289
on
air .
sin i
k
= n
kaca
. Sin 90
o
4
8
3
sin
3
9
2
k a c a k a irn
i
n
i
k
= 62,7340
o
PEMANTULAN TOTAL
Bila sudut datangnya diperbesar dari ik maka sinar tidak akan dibiaskan, akan tetapi dipantulkan seluruhnya.
Contoh : - cahaya masuk kedalam sebuah berlian, sehingga berlian tampak menawan, karena cahaya dipancarkan ke segala arah.
- Lapisan jalan aspal pada siang hari sehingga kelihatan seperti
berair.
Syarat terjadi pemantulan total adalah :
1.Sinar harus datang dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat.
2.sudut datang lebih besar daripada sudut kritis.
KACA PLANPARALEL
ialah : kaca yang dibatasi oleh dua bidang datar yang sejajar satu sama lain.
maka terjadi pergeseran sinar:
)
sin(
cos
r
i
r
d
t
CONTOH SOAL KACA
PLANPARALEL
Seberkas sinar didatangkan pada sebuah
kaca planparalel dengan tebal 3 cm berada
di udara, jika sudut datangnya 30
o
, maka
hitunglah pergeseran sinar yang keluar,
Jika index bias kaca 4/3.
Jawaban contoh soal kaca
planparalel
sin
sin
udara kacan
i
n
r
1sin 30
4
sin
3
or
1
4
sin
2
3
r
3
sin
8
r
r
22, 0243
osin
cos
d
t
i
r
r
3
sin(30 22, 0243)
cos 22, 0243
t
3(0,1388)
0, 4492
0, 9270
t
cm
PEMBIASAN PADA
PRISMA
= sudut puncak / sudut pembias. = index bias prisma.
= index bias media sekitar prisma. = sudut datang dari sinar udara ke
prisma.
= sudut bias dari sinar udara ke prisma. = sudut datang dari sinar prisma ke
udara.
= sudut bias dari sinar prisma ke udara.
Sudut deviasi ( ) adalah : sudut yang dibentuk antara sinar yang masuk dengan sinar yang keluar dari prisma.
1 1
sin
' sin
n
i
n
r
2 1i
r
2 2'sin
sin
n
i
n
r
2 1r
i
(1) (2) (3) (4) umumn
’n
i1 r1 i2 r2CONTOH SOAL PRISMA
Seberkas sinar didatangkan pada salah
satu prisma yang mempunyai sudut pembias
45
o
dan index biasnya 3/2 jika sudut datang
nya adalah 60
o
, maka hitunglah sudut
de-viasinya jika prisma berada di udara.
Jawaban contoh soal
prisma
1
1
.sin
.sin
udara
prisma
n
i
n
r
1sin 60
3
sin
12
or
11
3
3
sin
2
2
r
sin
r
10,5774
135, 2644
or
1
2
r
i
245 35, 2644
9, 7356
oi
2 2.sin
.sin
prisma udaran
i
n
r
23
sin 9, 7356
1.sin
2
or
2
sin
r
0, 2537
21 4 , 6 9 3 8
or
1 2i
r
60 14, 6938 45
29, 6938
oDEVIASI MINIMUM
Untuk > 10 derajat2
1
2
1
(
)
`
sin
sin
n
n
m
Untuk < 10 derajat)
1
`
(
n
n
m
deviasi minimum terjadi bila :
i
1
=
2
r
CONTOH SOAL PRISMA
DEVIASI MINIMUM
Seberkas sinar didatangkan pada salah
satu prisma yang mempunyai sudut pembias
45
o
dan index biasnya 3/2, maka hitunglah
sudut datangnya agar mengalami deviasi
minimum.
Contoh soal prisma
deviasi minimum
1 1
2 2
sin (
m)
prismasin
udaran
n
1
1
sin
(
45 ) 1, 5sin .45
2
2
o o m1
sin
(
45 )
0, 5740
2
o m1
sin
(
45 )
sin 35, 0314
2
o o m1
(
45 )
35, 0314
2
o m m25, 0628
1
2
i
r
m2
i
125, 0628
2
i
145
125, 0628 45
35, 0314
oi
PEMBIASAAN PADA
PERMUKAAN LENGKUNG
R
n
n
s
n
s
n
(
`
)
`
`
s
n
ns
m
`
`
Lensa adalah suatu sistem optik yang di batasi oleh dua permukaan bias baik itu cekung, cembung maupun datar dengan sumbu utama yang berimpit.
PERJANJIAN TANDA
1. Semua diukur dari vertex (o) (titik potong lengkungan dengan garis normal) 2. Sinar datang dari kiri ke kanan.
3. Jarak benda (s) positif (+) jika berlawanan dengan sinar negatif (-) jika se arah dengan sinar. 4. Jari-jari (R) positif (+) jika se arah sinar.
negatif (-) jika berlawanan dengan sinar. 5. Jarak bayangan (s’) positif (+) jika searah dengan sinar
negatif (-) jika berlawanan dengan sinar
o sinar S (+) s’ (+)
Contoh soal permukaan
lengkung
Sebuah akuarium dari bola dengan bahan
yang index bias tipis dan sama dengan air
4/3 dan berjari-jari 6 meter, jika terdapat
ikan yang berada 4 meter dari dinding,
dan dilihat orang yang berjarak 80 cm dari
dinding akuarium, hitunglah :
a.Bayangan ikan dilihat orang.
b.Bayangan orang dilihat oleh ikan.
Jawaban soal permukaan
lengkung
R
n
n
s
n
s
n
(
`
)
`
`
4 m 80 cmn
udaran
aira. Bayangan ikan dilihat orang, berarti sinar dari ikan, maka :
(
)
`
air udara udara air
n
n
n
n
s
s
R
4 / 3
1
1 4 / 3
4
s
'
6
1
1
1
'
18
3
s
1
1 6
'
18
s
'
3, 6
s
meter
Di sebelah kanan (didalam akuarium)Lanjutan jawaban soal
permukaan lengkung
R
n
n
s
n
s
n
(
`
)
`
`
4 m 80 cmn
udaran
aira. Bayangan orang dilihat ikan, berarti sinar dari orang, maka :
(
)
`
udara air air udara
n
n
n
n
s
s
R
1
4
4 / 3 1
0,8
3 '
s
6
4
1
5
3 '
s
18
4
4
2 45
3 '
s
36
5
'
1
43
s
meter
Di sebelah kiri (di luar akuarium)LENSA TEBAL
1 1 1`
`
`
R
n
n
s
n
s
n
`
1 2t
S
S
2 2 2`
`
`
R
n
n
S
n
S
n
Contoh soal lensa tebal
Sebuah lensa tebal bikonvexdengan
ketebal-an 10 cm dketebal-an berindex bias 3/2 berada di
udara, jika didepan diletakkan benda pada
Jarak 20 cm, hitunglah jarak bayangannya
jika jari-jari lensa 40 cm.
Jawaban contoh soal
lensa tebal
10 cm nudara nlensa nudara 1 1'
1udara lensa lensa udara
n
n
n
n
s
s
R
11
3 / 2
3 / 2 1
20
s
'
40
13
1
1
2 '
s
80
20
13
3
2 '
s
80
1'
40
s
cm
1'
2d
s
s
10
40
s
2 2 2'
2lensa udara udara lensa
n
n
n
n
s
s
R
23 / 2
1
1 3 / 2
50
s
'
40
21
5 12
'
400
s
21
'
57
7
s
cm
R1 R2LENSA TIPIS
Lensa tipis adalah lensa tebal dengan d = 0
)
1
1
)(
1
`
(
`
1
1
2 1R
R
n
n
S
S
perhatikan perjanjian tanda
)
1
1
)(
1
`
(
1
2 1R
R
n
n
f
Rumus ini merupkan Rumus untuk jarak titik api lensa tipis. 2
1 1 1
R
R < 0 maka f < 0, lensa disebut lensa negatif atau
lensa cekung 2 1 1 1 R
R > 0 maka f > 0, lensa disebut lensa positip ataulensa cembung.
Contoh soal lensa tipis
Sebuah lensa cembung-cekung dengan
jari-jari kelengkungan masing-masing 20 cm dan
30 cm dengan index bias 3/2 berada di udara
Hitunglah fokus lensa tipis tersebut.
Jawaban contoh soal
lensa tipis
1
2
1
1
1
(
lensa
1)(
)
udara
n
f
n
R
R
1
3 / 2
1
1
(
1)(
)
1
20
30
f
1
1 30 20
(
)
2
600
f
120
f
cm
JENIS LENSA
Lensa Konvergen / lensa positip :
Lensa Divergen / lensa negatip :
+
-Contoh soal lensa
Sebuah lensa di depannya terdapat benda
dan menghasilkan bayangan maya diperbesar
2 kali, jika benda didekatkan 2 cm ternyata
menghasilkan bayngan maya di perbesar
kali. Hitunglah :
Fokus lensa dan jarak benda mula-mula ke
lensa.
1
1
3
Jawaban contoh soal
lensa
'
2
s
s
Keadaan pertama :'
2
s
s
1
f
1
s
2
1
s
2
1
s
Keadaan kedua :4
'
3
2
s
s
4
'
(
2)
3
s
s
1
1
3
1
2
4(
2)
4(
2)
f
s
s
s
1
1
2
s
4(
s
2)
4(
s
2)
2
s
2
s
8
s
4
cm
1
1
1
1
4
8
8
f
fokus
8
cm
KEKUATAN LENSA
Definisi : Kesanggupan lensa untuk memancarkan atau mengumpulkan sinar – sinar.
)
1
1
)(
1
`
(
1
2 1R
R
n
f
P
SATUAN P = dioptri1 Dioptri adalah kekuatan lensa dengan jarak titik api 1 meter
LENSA GABUNGAN
n gab n gab P p p p f f f f .... 1 .... 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 11
1
1
f
f
d
f
f
f
gabLENSA GABUNGAN
Bila kita letakkan dua LENSA, lensa I dan lensa II dengan bidang pembiasan saling berhadapan dan sumbu utamanya berimpit dan bayangan yang dibentuk oleh lensa I merupakan benda oleh lensa II maka :
2
1
`
s
s
d
2
1
m
m
m
total
d = jarak antara kedua lensa 1
`
s
= jarak bayangan lensa I2