MATERI 6

OPTIK FISIS ;HAKIKAT CAHAYA, SPEKTRUM CAHAYA PADA GEM, TEORI MAXWELL, ENERGI PADA GEM

HAKIKAT CAHAYA

Beberapa teori tentang hakikat cahaya, antara lain:

a)   Teori kospulkuler menurut Newton (The corpuscular theory of light)

Teori ini mengatakan bahwa cahaya adalah partikel-partikel atau korpuskel-korpuskel yang dipancarkan oleh sumber cahaya dan merambat menurut garis lurus dengan kecepatan besar.Teori ini dianggap benar sampai kira-kira pertengahan abad 17.Teori ini dapat menerangkan dengan jelas peristiwa pemantulan dan pembiasan, tetapi tidak dapat dipakai untuk menerangkan terjadinya peristiwa interferensi.Peristiwa interferensi hanya dapat diterangkan dengan teori gelombang, sedangkan menurut Newton cahaya merupakan partikel.

b)   Kemudian pada awal pertengahan abad 17, Christian Huygens mengemukakan teori gelombang atau teori undulasi.

Menurut Huygens, cahaya adalah gelombang yang berasal dari sumber yang bergetar. Gelombang yang berasal dari sumber yang bergetar ini merambat dalam medium yang disebut eter, yaitu zat yang mengisi seluruh ruangan termasuk ruang vakum.Padahal sebenarnya zat eter ini tidak ada, hanya merupakan model saja supaya teorinya dapat diterima.Jadi teori ini sebenarnya belum sempurna benar, tetapi diterima karena teori ini dapat menerangkan kejadian-kejadian interferensi, difraksi, dan polarisasi, tetapi teori ini tidak dapat menerangkan mengapa cahaya dapat merambat pada garis lurus.

c)   Teori gelombang elektromagnetik menurut Maxwell (The electromagnetic wave theory of light). Kira-kira awal abad 19, Maxwell mengemukakan teori, bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

2.      SPEKTRUM CAHAYA PADA GEM

Komponen spectrum gem berenergi lebih besar bila panjang gelombangnya lebih pendek. Berikut ini adalah susunan komponen spectrum gem, yang dimulai dari energi terendah: gelombang radio dan TV, mikrogelombang, inframerah, cahaya, ultraviolet, sinar x, dan sinar gamma  (pople, 1993).

Mikrogelombang (microwave) biasa dipakai untuk komunikasi telepon, dan radar.Panjang gelombang berorde 1 cm. gelombang ini, pada nilai frekuensi tertentu dapat menyebabkan pemanasan bahan secara cepat, sehingga biasa dimanfaatkan juga sebagai dasar pembuatan oven microwave.

3.      TEORI MAXWELL

gelombang elektromagnetik

Maxwell adalah salah seorang ilmuwan Fisika yang berjasa dalam kemajuan ilmu pengetahuan serta teknologi yang berhubungan dengan gelombang. Maxwell berhasil mempersatukan penemuan-penumuan dari berbagai fisikawan  diantaranya Ampere dan Faraday. Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik mempersatukan Kedua teori ini dimana menurut Faraday”medan listrik dapat ditimbulkan dari perubahan medan magnet”.

Sedangkan Maxwell membuat hipotesa bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan medan magnet, yang sama halnya dengan dengan medan magnet yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan akan menghasilkan medan listrik. Hal ini melengkapi teori maxwell , yaitu hubungan yang sangat penting antara medan listrik dan medan magnet yang dikenal dengan persamaan Maxwell.

Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik mempersatukan pula teori Newton serta Huygesa tentang ilmu cahaya. Menurut teori maxwell tentang gelombang elektromagnetik bahwa cahaya adalah suatu bentuk radiasi gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik dihasilkan oleh muatan yang dipercepat terdiri dari medan magnet B dan Medan listrik E yang bergetar saling tegak lurus serta keduanya tegak lurus arah perambatan gelombang. Sehingga gelombang elektromagnetik temasuk gelombang transversal.

Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik, Maxwell menghitung cepat rambat gelomabang elektromagnetik dengan persamaan

Keterangan :

• C= cepat rambat gelombang elektromagnetik
• μₒ = permeabilitas ruang hampa = 4π x 10^-7Wb/Am
•  Ԑₒ = permitivitas ruang hampa = 8,85418 x 10^-12C²/N m²

Dengan memasukkan harga μₒ dan Ԑₒ diatas maka di peroleh cepat rambat gelombang elektromagnetik sebesar c= 2,99792 x 10⁸ m/s = 3 x 10⁸ m/s.

Nilai tersebut ternyata sesuai dengan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa. Dengan hasil ini maka Maxwell mengatakan bahwa cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Seperti gelombang mekanik maka cahaya mengalami gejala gelombang pada umumnya yaitu reflksi(pemantulan), refraksi(pembiasan), interferensi, difraksi serta polarisasi.

Dengan Teori Maxwel tentang gelombang ekektromagnetik menyimpulkan bahwa Sifat-sifat gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

1. Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi pada saat yang bersamaan sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.
2. Arah medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang
3. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal
4. Mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi juga polarisasi
5. Besar medan listrik dan medan magnet (E=cB)
6. Tidak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet karena gelombang elektromagnetik tidak memiliki muatan
7. Kecepatan dalam ruang hampa sama dengan kecepatan di udara 3 x 10⁸ m/s.

  ENERGI GEM

Hubungan antara kuat medan listrik dengan medan magnetik :

 Dimana :

Dengan :

Em, Bm = nilai max amplitudo medan listrik dan magnetik

c = cepat rambat cahaya

DAFTAR PUSTAKA
http://fisikasmasmk.blogspot.co.id/2012/01/teorimaxwell-gelombangelektromagnetik.html DIAKSES PADA SELASA 12 JANUARI 2016 PUKUL 21:00

 http://materi-forever.blogspot.co.id/2012/08/gelombang-elektromagnetik-gem.html
DIAKSES PADA SELASA 12 JANUARI 2016 PUKUL 21:03

Materi 4

PEMBIASAN PADA LENSA CEKUNG

1.      Pembiasan Cahaya

Pembiasan cahaya merupakan pembelokkan gelombang cahaya yang disebabkan adanya perubahan kelajuan gelombang cahaya ketika cahaya merambat melalui dua zat yang indeks biasnya berbeda.

2.      Indeks Bias Medium

Indeks bias suatu zat merupakan perbandingan cepat rambat cahaya pada udara dengan cepat rambat cahaya pada medium atau zat lain. Semakin besar indeks bias suatu benda, semakin besar cahaya dibelokkan oleh zat tersebut. Besarnya pembiasan juga bergantung pada panjang gelombang cahaya. Dalam spektrum cahaya tampak, panjang gelombang cahaya beragam dari gelombang merah dengan panjang gelombang merah yang terpanjang sampai panjang gelombang ungu yang paling pendek.

3.      Hukum Pembiasan

Orang pertama yang menemukan bahwa terdapat perbandingan yang tetap antara proyeksi sinar datang dengan proyeksi sinar bias adalah seorang ilmuwan Belanda yang bernama Willebrord Snell. Oleh karena itu, pernyataan tersebut dinamakan hukum Snell, atau lebih dikenal dengan hukum Snellius.

·         Hukum I Snellius: Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar (gambar ).

·         Hukum II Snellius: Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (misalnya dari udara ke air atau dari udara ke kaca), maka sinar dibelokkan mendekati garis normal (gambar a); jika sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat (misalnya dari air ke udara), maka sinar dibelokkan menjauhi garis normal (gambar b).

 

   

4.      Pembiasan Pada Lensa Cekung

Lensa adalah benda bening yang dibatasi dua bidang lengkung. Dua bidang lengkung yang membentuk lensa dapat berbentuk silindris atau bola. Lensa silindris memusatkan cahaya dari sumber yang jauh pada suatu garis, sedang permukaan bola yang melengkung ke segala arah memusatkan cahaya dari sumber yang jauh pada suatu titik. Dalam pembahasan ini hanya dibahas pada lensa bola (lensa sferik) yang tipis. Lensa tipis adalah lensa dengan ketebalan dapt diabaikan terhadap diameter lengkung lensa, sehingga sinar-sinar sejajar sumbu utama hampir tepat difokuskan ke suatu titik, yaitu titik fokus.

Ada dua jenis lensa, yaitu lensa cembung dan lensa cekung. Lensa cembung (konveks / convex) memiliki bagian tengah lebih tebal daripada bagian tepinya. Lensa cekung (konkaf / concave) memiliki bagian tengah yang lebih tipis daripada bagian tepinya. Sinar-sinar bias pada lensa ini bersifat memencar (divergen). Oleh karena itu, lensa cekung disebut lensa divergen.

Lensa cekung seperti ini memiliki dua buah permukaan lengkung, sehingga lensa cekung memiliki dua jari-jari kelengkungan dan dua titik fokus. Pada lensa cekung, jari-jari kelengkungan (R) dan titik fokus (F) bertanda negatif (-), sehingga lensa cekung sering dinamakan lensa negatif.

5.      Sinar-Sinar Istimewa

Pada lensa, sinar datang dari dua arah sehingga pada lensa terdapat dua titik fokus (diberi lambang F1 dan F2). Titik fokus F1 yang mana sinar-sinar sejajar dibiaskan disebut fokus aktif, sedang titik fokus F2 disebut fokus pasif. Jarak fokus aktif F1 ke titik pusat optik O sama dengan jarak fokus pasif F2 ke titik pusat optik O, dan disebut jarak fokus (diberi lambang f).

Fokus aktif F1 untuk lensa cekung diperoleh dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar bias yang dilukis dengan garis putusputus sehingga fokus aktif F1 adalah fokus maya. Oleh karena itu, jarak fokus lensa cekung disebut juga lensa negatif. Jadi, sinar-sinar sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus F1 untuk lensa cembung, dan dibiaskan seakan-akan berasal dari titik fokus F1 untuk lensa cekung.

Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung antara lain:

ü  Sinar datang sejajar sumbu utama lensa dibiaskan seakanakan berasal dari titik fokus aktif F1.

ü  Sinar datang seakan-akan menuju ke titik fokus pasif F2 dibiaskan sejajar sumbu utama.

ü  Sinar datang melalui titik pusat optik O diteruskan tanpa membias.

6.      Menggambarkan Bayangan Pada Lensa Cekung

a)      Penomoran ruang pada Lensa Tipis

 Untuk lensa nomor ruang untuk benda dan nomor-ruang untuk bayangan dibedakan.nomor ruang untuk benda menggunakan angka Romawi (I, II, III, dan IV), sedangkan untuk ruang bayangan menggunakan angka Arab (1, 2, 3 dan 4) seperti pada gambar berikut ini:

  

Untuk ruang benda berlaku :

ruang I antara titik pusat optic (O) dan F₂,

ruang II antara F₂ dan 2F₂

ruang III di sebelah kiri 2F₂,

ruang IV benda (untuk benda maya) ada di belakang lensa.

Untuk ruang bayangan berlaku :

ruang 1 antara titik pusat optic (O) dan F₁,

ruang 2 antara F₁ dan 2F₁

ruang 3 di sebelah kanan 2F₁,

ruang 4 (untuk bayangan maya) ada di depan lensa.

Berlaku pula : R _benda + R _bayangan = 5

b)     Melukis pembentukan bayangan pada lensa

·         Benda AB berada di ruang II lensa cekung

Apabila sebuah benda berada di salah satu sisi lensa cekung, lensa cekung dapat membentuk bayangan benda tersebut. Jika posisi benda di salah satu sisi lensa cekung diketahui, bagaimana cara menggambar pembentukan bayangan benda tersebut? Untuk memperjelas hal ini, andaikan suatu benda berada di sisi kiri lensa cekung sebagaimana ditunjukkan gambar di atas.

Keterangan gambar :

Garis berwarna orange = lensa cekung

Garis berwarna biru = sumbu lensa

Tanda panah (berwarna hijau) = benda

F₁ = panjang fokus 1 dan F₂ = panjang fokus 2

7.      Pembentukan Bayangan Pada Lensa Cekung

Seperti halnya pada lensa cembung, untuk menggambarkan bayangan pada lensa cekung pun dapat digunakan perjalanan tiga sinar istimewanya.Tiga sinar istimewa pada lensa cekung adalah sebagai berikut.

a.      Sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dibiaskan seolah-olah dari titik fokus F₁.

b.      Sinar datang menuju titik fokus pasif F₂ akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama.

c.       Sinar datang melalui pusat lensa O akan diteruskan.

8.      Pembagian Ruang pada Lensa

Untuk memudahkan pemeriksaan bayangan, kita dapat membagi-bagi ruang benda dan ruang bayangan, yaitu:

Aturan pemakaian ruang benda dan bayangan adalah sebagai berikut:

a)         Jumlah ruang benda dan ruang bayangan sama dengan 5 (lima).

b)         Jika nomor ruang bayangan lebih besar dari ruang benda, bayangan akan diperbesar.

c)         Jika nomor ruang bayangan lebih kecil daripada ruang benda, bayangan akan diperkecil.

d)        Jika bayangan berada di belakang lensa, sifatnya nyata dan terbalik.

e)         Jika bayangan berada di depan lensa, sifatnya maya dan sama tegak.

·        Benda terletak lebih jauh dari titik pusat kelengkungan lensa ( 2F1 )

Jarak benda lebih besar dari 2F₁, dengan menggunakan sinar istimewa lensa cekung yaitu nomor 1 dan nomor 3, diperoleh bayangan yang bersifat maya, tegak, diperkecil, dan letak bayangannya di depan lensa, Benda terletak di antara titik pusat kelengkungan lensa (2F1 ) dan titik fokus lensa (F1). Jarak benda di antara 2F₁ dan F₁, dengan menggunakan sinar istimewa lensa cekung yaitu nomor 1 dan nomor 3, diperoleh bayangan yang bersifat maya, tegak, diperkecil, dan letak bayangannya di depan lensa

·        Benda terletak di antara titik fokus (F1)  dan O

Benda diletakkan di antara F dan pusat lensa, dengan menggunakan sinar istimewa lensa cekung yaitu nomor 1 dan nomor 3, diperoleh bayangan yang bersifat maya, tegak, diperkecil, dan letak bayangannya di depan lensa.

DAFTAR PUSTAKA

Haliday, David dan Resnick. Fisika Edisi ketiga Jilid 2. Jakarta: Erlangga, 1978

Priyambodo, Tri Kuntoro. Fisika Dasar. Yogyakarta :ANDI Yogyakarta, 2010

Suwarna, Iwan Permana. Optik. Cet.1. Bogor : Duta Grafika, 2010.

Cahaya dan Alat Optik.pdf diakses dari http://file.upi.edu>konsep_dasar_fisika

Optika Geometris.pdf diakses dari htt://staff.uny.ac.id>sites>default?files>tmp