Rangkuman Bab Cahaya & Alat Optik
Bab 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.
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.
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.
Bab Alat Optik
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.
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.
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.
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.
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.
Berdasarkan
alat optik yang digunakan, teropong dapat dibedakan menjadi dua yaitu.
1. Teropong
Bias (Refraktor)
Teropong bias menggunakan lensa
untuk mengumpulkan dan memfokuskan cahaya yang masuk.
Keuntungan dari teropong bias yaitu.
1.
Lensa pada teropong bias biasanya
terikat kuat atau tersusun dengan rapi sehingga selamanya akan dipertahankan
seperti itu.
2.
Lensa terletak di dalam tabung
sehingga terlindung dari udara luar.
3.
Suhu udara di dalam tabung dapat
dijaga tetap atau tidak terpengaruh oleh perubahan suhu udara luar yang bisa
mengganggu pembentukan bayangan.
Kerugian
dari teropong bias yaitu.
1.
Karena menggunakan lensa maka
refraktor ini memiliki cacat warna (abreasi kromatik)
2.
Karena prinsip kerjanya berdasarkan
pembiasan maka sebagian dari sinar ultraviolet yang masuk tidak semuanya
dibiaskan menuju okuler.
3.
Lensa yang dibuat tebal
mengakibatkan cahaya yang melalui lensa akan berkuran intensitasnya
4.
Cukup sulit untuk membuat lensa yang
memiliki kedua permukaan benar-benar sama dan mulus.
2. Teropong
Pantul (Reflektor)
Teropong pantul menggunakan cermin untuk
mengumpulkan cahaya yang masuk.
Keuntungan dari teropong pantul
yaitu.
1.
Teropong pantul tidak mengalami
cacat warna.
2.
Bagian belakang teropong bisa
ditutup semua dengan cermin pemantul sehingga teropong akan memiliki cakupan
yang lebih luas.
3.
Teropong pantul hanya menggunakan
cermin sehingga hanya diperlukan satu sisi permukaan cermin yang harus mulus.
4.
Teropong pantul lebih mudah dibuat
sehingga harganya lebih murah.
Kerugian
dari teropong pantul yaitu.
1.
Susunan cerminnya mudah terganggu
sehingga posisinya mudah bergeser dari posisi semula.
2.
Teropong pantul memiliki tabung
terbuka sehingga cerimn-cermin tersebut perlu sering dibersihkan.
3.
Penggunaan cermin tambahan sering
kali meenyebabkan terjadinya efek difraksi .
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.