Kelompok 3 Sifat-Sifat Cahaya

SIFAT - SIFAT
CAHAYA
KELOMPOK 3
DISUSUN OLEH :
UCCA SWASTI PRAPTIWI
NURHIDAYAH
ULIA ANISATUR ROSIDAH
MAKRIPATUN AMANAH
PENDIDIKAN IPA
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2020
(0402519012)
(0402519027)
(0402519045)
(0402519048)
Topik Yang Akan Dipelajari :
1
Pengertian Cahaya
2
Sifat-Sifat Cahaya
3
Pemantulan Cahaya
4
Pembiasan Cahaya
5
Dualisme Gelombang Partikel
Pengertian Cahaya
Pengertian Cahaya
Cahaya merupakan salah satu contoh gelombang elektromagnetik, yang gelombang yang
tidak memerlukan medium sebagai media perambatannya. Di ruang hampa, cahaya
merambat dengan kecepatan 3 𝑥 108 m/s.
Misalnya, pada siang hari tampak terang karena cahaya matahari menerangi bumi.
Walaupun matahari berada jauh dari bumi dan dipisahkan oleh ruang hampa di ruang
angkasa, namun cahaya matahari mampu sampai di bumi.
Benda yang dapat memancarkan cahaya dinamakan sumber cahaya. Ada dua
macam sumber cahaya, yaitu sumber cahaya alami dan sumber cahaya buatan.
• Sumber cahaya alami merupakan sumber cahaya yang menghasilkan cahaya secara alamiah dan setiap
saat, contohnya matahari dan bintang
• Sumber cahaya buatan merupakan sumber cahaya yang memancarkan cahaya karena dibuat oleh
manusia, dan tidak tersedia setiap saat, contohnya lampu senter, lampu neon, dan lilin.
Sifat-Sifat Cahaya
Sifat-Sifat Cahaya
Cahaya merambat lurus
Cahaya dapat menembus benda bening
Cahaya dapat dibiaskan
Cahaya dapat dipantulkan
Cahaya dapat diuraikan
1. Cahaya Merambat Lurus
Cahaya akan selalu merambat menurut garis lurus, kecuali jika cahaya tersebut mengenai sesuatu yang merubah arahnya.
Sinar cahaya selalu berjalan lurus dari benda yang kita lihat dan menuju ke mata kita.
Sifat cahaya yang merambat lurus dapat kita lihat ketika ada cahaya
matahari yang masuk kedalam ruangan melewati jendela. Cahaya
matahari yang melewati jendela tersebut akan memperlihatkan
berkasberkas cahaya yang merambat lurus kedalam ruangan.
Dalam kehidupan sehari-hari banyak bukti yang menunjukkan bahwa
cahaya merambat lurus. Bukti-bukti tersebut antara lain sebagai
berikut:
Gambar 1. Sebuah berkas cahaya dapat merambat lurus
a) Sinar matahari yang melalui celah sempit dan menembus
ruangan gelap tampak seperti garis-garis putih yang lurus.
b) Cahaya lampu mobil atau senter pada malam hari.
c) Nyala lilin tidak tampak jika dilihat melalui pipa bengkok.
d) Berkas cahaya dari proyektor film yang dipancarkan ke
arah layar
2. Cahaya dapat Menembus Benda Bening
Benda bening adalah benda-benda yang dapat ditembus cahaya. Benda-benda bening ini
biasanya dinamakan benda transparans. Benda bening akan meneruskan cahaya sehingga
tampak menembus benda tersebut. Contoh benda bening adalah air jernih, gelas kaca
bening, kristal, dan kertas roti
Ada benda lain yang dapat meneruskan sebagian cahaya yang datang dan menyebarkan
sebagian cahaya yang lainnya. Benda seperti ini dinamakan benda transluens atau benda
tembus cahaya. Contohnya kain gorden tipis, dan beberapa jenis plastik.
Benda-benda yang tidak dapat ditembus oleh cahaya disebut benda gelap. Cahaya yang
mengenai benda gelap akan diserap sehingga cahaya seolah-olah tampak terperangkap dan
tidak dapat keluar lagi. Beberapa contoh benda gelap adalah buku, kayu, tembok, sendok,
garpu dan lain sebagainya.
3. Cahaya dapat dibiaskan
Pembiasan cahaya merupakan peristiwa pembelokan cahaya ketika merambat dari suatu
medium ke medium lain yang memiliki indeks bias yang berbeda. Pembiasan cahaya terjadi
karena adanya perubahan kelajuan gelombang cahaya ketika gelombang cahaya tersebut
merambat diantara dua medium berbeda. Dengan demikian, pembiasan cahaya ini
sangat
ditentukan
oleh
indeks bias bahannya.
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.
Gambar 2. Pembiasan cahaya pada udara-air
Tabel 1. Indeks bias beberapa zat.
Contoh–contoh pembiasan cahaya dalam kehidupan seharihari adalah sebagai berikut:
a) Saat sebuah tongkat lurus kita masukkan setengahnya ke dalam air kolam,
kita melihat seolah-olah tongkat itu tampak patah (tidak lurus).
b) Saat kita melihat ikan dalam akuarium, posisi sebenarnya ikan itu bukan
seperti yang kita lihat.
c) Saat kita melihat kolam yang berair jernih dan tenang, kolam itu terlihat
lebih dangkal daripada sebenarnya.
d) Bintang di langit tampak kecil atau lebih tinggi.
e) Pada siang hari yang panas tampak aspal dijalan berair. Kejadian ini disebut
fatamorgana.
Hukum Pembiasan Cahaya
Adapun hukum pembiasan cahaya berdasarkan pada
gambar yang berbunyi bahwa sinar datang, sinar bias,
dan garis normal terletak pada satu bidang datar, dan
ketiganya berpotongan pada satu titik. Pernyataan ini
dikemukakan pertama kali oleh Willeboard Snellius,
sehingga dikenal sebagai hukum I Snellius atau
hukum I Pembiasan
Dan hukum II Snellius atau hukum II Pembiasan
berbunyi: sinar datang dari medium kurang rapat
menuju ke medium lebih rapat dibiaskan mendekati
garis normal. Sebaliknya, sinar datang dari medium lebih
rapat menuju ke medium kurang rapat dibiaskan
menjauhi garis normal.
4. Cahaya dapat dipantulkan
Dalam pemantulan cahaya berlaku Hukum Snellius tentang pemantulan cahaya.
Hukum Snellius tentang pemantulan cahaya :
1.
Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar
2.
Sudut datang (i) besarnya sama dengan sudut pantul (r)
Berdasarkan arah sinar pantulnya, maka pemantulan cahaya dapat dibagi menjadi dua jenis:
a) Pemantulan teratur, yaitu pemantulan cahaya yang terjadi pada permukaan benda yang
rata. Dan akan menghasilkan sinar sinar pantul yang sejajar.
b) Pemantulan baur/diffus, yaitu pemantulan cahaya yang terjadi pada permukaan tidak rata.
Pemantulan Teratur
Pemantulan Baur/difus
4. Cahaya dapat diteruskan
Dispersi adalah gejala peruraian cahaya putih
(polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni
(monokromatik). Cahaya putih yang diarahkan ke
prisma akan terurai menjadi cahaya berwarna merah,
jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu.
Cahaya cahaya ini memiliki panjang gelombang yang
berbeda. Setiap Panjang gelombang meniliki indeks
bias yang berbeda. Semakin kecil panjang gelombang,
semakin besar indeks biasnya.Contoh dispersi cahaya
yaitu terbentuknya pelangi.
Pemantulan Cahaya
Cermin merupakan suatu bidang licin yang dapat memantulkan seluruh cahaya yang jatuh padanya. Secara garis besar
cermin dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu cermin datar, cermin cekung dan cermin cembung. Karakteristik pemantulan
oleh masing-masing cermin ini berbedabeda, sehingga pembentukan bayangannya pun akan berbeda-beda pula.
Ada dua jenis bayangan yang dibentuk dari pemantulan, yaitu bayangan
nyata dan bayangan maya.
• Bayangan nyata merupakan bayangan yang terbentuk dari
perpotongan garis cahaya-cahaya pantul. Bayangan nyata dapat
ditangkap oleh layar.
• Bayangan maya merupakan bayangan yang terbentuk dari
perpotongan perpanjangan garis cahaya-cahaya pantul. Bayangan
maya tidak dapat ditangkap oleh layar, tetapi bayangan dapat dilihat di
cermin yang dibentuk dari perpanjangan cahaya pantul di belakang
cermin.
1. Pemantulan Cahaya Pada Cermin Datar
Cermin datar merupakan cermin yang permukaan pantulnya berupa
bidang datar. Cahaya yang jatuh atau mengenai cermin datar akan
dipantulkan kembali dan memenuhi hokum pemantulan.
Bila sebuah benda diletakkan di depat cermin datar, maka adanya
pemantulan cahaya menyebabkan bayangan pada cermin datar, dan
bayangan benda terletak pada perpotongan perpanjangan sinar-sinar
pantulnya. Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah
maya, tegak, dan sama besar.
Pembentukan Bayangan Pada Cermin Datar
Sifat bayangan cermin datar:
1.
Maya,Tegak, Sama besar
2.
Menghadap terbalik
3.
Ukuran bayangan
4.
Jarak bayanganke cermin
= ukuran benda
= jarak benda ke cermin
Pada kasus khusus, bila ada dua buah cermin disusun
sedemikian rupa hingga membentuk sudut tertentu, maka
banyaknya bayangan yang terbentuk adalah:
Gambar 3. Pembentukan bayangan pada dua
Dengan :
cermin yang membentuk sudut.
n
= banyaknya bayangan yang terbentuk
ϴ
= sudut apit diantara dua cermin.
Contoh Soal 1:
Berapakah banyaknya bayangan yang dibentuk dari suatu benda apabila dua buah cermin membentuk sudut 45°?
Pembahasan :
: ϴ = 45 °
Diketahui
Ditanyakan
: n = ……?
Jawab
:
Jadi, banyaknya bayangan yang terbentuk adalah 7 buah
2. Pemantulan Cahaya Pada Cermin Cekung
Cermin cekung merupakan cermin yang permukaannya melengkung ke arah
dalam. Anda dapat menemukan contoh yang hampir mirip dengan cermin cekung,
yaitu pada permukaan sendok bagian dalam atau bagian reflektor sebuah senter.
Cermin cekung bersifat
mengumpulkan
cahaya
(konvergen).
Pada cermin cekung terdapat beberapa titik penting, yaitu titik fokus (F), titik pusat
kelengkungan (C), dan titik pusat optik (A). Pada cermin cekung, jarak antara titik pusat
optik terhadap titik pusat kelengkungan dinamakan jari-jari kelengkungan (R), dan nilainya
positif. Panjang jari-jari kelengkungan cermin cekung adalah 2 kali panjang jarak fokus.
Tiga sinar Istimewa cermin cekung
Sinar datang sejajar sumbu utama
dipantulkan melalui titik fokus
Sinar datang melalui titik fokus
dipantulkan sejajar sumbu utama
Sinar datang melalui pusat
kelengkungan cermin dipantulkan
kembali melalui titik itu
Benda yang terletak di antara titik fokus (F) dan titik pusat optik (A) akan
menghasilkan bayangan maya, tegak, diperbesar (4). Sinar yang datang melalui pusat optik
(A) cermin akan dipantulkan dengan sudut pantul yang sama dengan sudut datang dan sinar yang
sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus.
Gambar 4. Benda terletak di antara titik pusat optik (A) dan titik fokus (F)
Benda yang terletak di antara titik fokus (F) dan titik pusat kelengkungan (C) akan menghasilkan
bayangan nyata, terbalik, dan diperbesar (Gambar 5). Sinar yang sejajar sumbu utama cermin akan
dipantulkan melalui titik fokus dan sinar yang melalui titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama cermin.
Gambar 5. Benda terletak di antara titik pusat kelengkungan cermin (C) dan titik fokus (F)
Benda yang terletak di belakang titik pusat kelengkungan cermin (C) akan menghasilkan
bayangan nyata, terbalik, diperkecil (Gambar 6). Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui
titik fokus dan sinar yang melalui titik focus akan dipantulkan sejajar sumbu utama cermin.
Gambar 6 Benda terletak di belakang titik pusat kelengkungan cermin (C)
Bila benda diletakkan tepat pada titik fokus cermin, maka cermin akan memantulkan semua sinar sejajar sumbu
utama, sehingga tidak ada sinar yang berpotongan. Dengan demikian, bila benda diletakkan tepat pada titik
fokus cermin, maka tidak ada bayangan yang dibentuk (dihasilkan) (Gambar 7).
Gambar 7. Benda terletak pada titik fokus (F)
Rumus Cermin Cekung
Cermin Cekung memiliki fokus positif
Menghitung JARAK (s)
Menghitung
PERBESARAN (M)
f = fokus cermin
s = jarak benda dari cermin
s’ = jarak bayangan
s = jarak benda dari cermin
s’ = jarak bayangan
h’ = tinggi bayangan
h = tinggi benda
Contoh Soal Cermin Cekung
Sebuah benda terletak 10 cm di depan cermin cekung yang jarak fokusnya 15 cm. Hitung berapa jarak bayangannya
dan dimana letaknya?
Penyelesaian :
Diketahui :
jarak benda (s)
= 10 cm (di depan cermin)
Jari-jari kelengkungan ®
= 15 cm (cermin cekung)
Ditanya : Jarak bayangan (s’) = …..?
Jawab :
Jadi, jarak bayangannya adalah 30 cm dan terletak di belakang cermin (karena tandanya negatif).
2. Pemantulan Cahaya Pada Cermin Cembung
Cermin cembung merupakan cermin yang permukaannya melengkung ke arah luar.
Bila Anda mengamati bayangan diri sendiri menggunakan cermin cembung, tentu Anda
akan melihat bahwa bayangannya akan berukuran lebih kecil daripada diri Anda
sendiri.Ya, cermin cembung menghasilkan bayangan yang lebih kecil dari bendanya.
Cermin
cembung
bersifat
menyebarkan
cahaya (divergen).
Pada cermin cembung terdapat beberapa titik penting yang mirip dengan pada cermin
cekung, yakni titik fokus (F), titik pusat kelengkungan (C), dan titik pusat optik (A).
Pada cermin cembung, jarak antara titik pusat optik terhadap titik pusat kelengkungan
dinamakan jari-jari kelengkungan (R) dan nilainya negatif. Panjang jari-jari kelengkungan
cermin cekung adalah 2 kali panjang jarak fokus.
Sifat bayang yang dibentuk cermin cembung selalu
maya, tegak, dan diperkecil.
Tiga sinar Istimewa cermin cembung
Sinar datang yang sejajar sumbu
utama akan dipantulkan seolah-olah
dari fokus
Sinar datang yang menuju R akan
dipantulkan kembali dari R
Sinar datang yang menuju titik
fokus akan dipantulkan sejajar
dengan sumbu utama
Benda yang terletak dihadapan cermin cembung akan menghasilkan bayangan maya, tegak,
diperkecil (Gambar 8). Sinar yang datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah keluar dari titik
fokus dan sinar yang menuju titik fokus cermin akan dipantulkan sejajar sumbu utama. Perpotongan perpanjangan
sinar yang keluar dari titik fokus dan sinar yang sejajar sumbu utama hasil pantulan sinar yang datang menuju titik
fokus membentuk bayangan maya.
Gambar 8. Benda terletak di depan cermin cembung
Perbedaan antara bayangan nyata dan bayangan maya pada cermin dapat dilihat pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2. Perbedaan bayangan nyata dan bayangan maya pada cermin
Bayangan nyata
Bayangan maya
 Merupakan perpotongan dari sinar-  Merupakan perpotongan dari perpanjangan
sinar pantul
sinar-sinar pantul
 Dapat ditangkap oleh layar
 Tidak dapat ditangkap oleh layar
 Selalu terbalik
 Selalu tegak
 Kadang diperbesar (benda antara F
dan C), kadang diperkecil (benda
lebih jauh dari C)
Rumus cermin cembung
• Rumus atau persamaan cermin cembung mirip
seperti cermin cekung hanya saja nilai fokusnya
(F) negatif. Untuk rumus perbesaran cermin
cembung sama seperti cermin cekung.
Contoh Soal Cermin Cembung
Sebuah benda terletak 14 cm di depan cermin cembung yang memiliki jari-jari kelengkungan 20 cm. Berapakah
jarak bayangannya?
Penyelesaian :
Diketahui :
jarak benda (s)
= 14 cm (di depan cermin)
Jari-jari kelengkungan ®
= -20 cm (cermin cembung)
Ditanya : Jarak bayangan (s’) = …..?
Jawab :
Jadi, jarak bayangannya adalah 5,8 cm di belakang cermin.
Pembiasan Cahaya
Pembiasan pada Lensa
Pada dasarnya pembiasan dapat terjadi pada beberapa benda bening, seperti air, kaca, lensa, prisma, dan sejenisnya. Akan tetapi
yang akan dibicarakan disini adalah pembiasan pada lensa, baik lensa cembung (konveks) maupun lensa cekung (konkaf). Lensa
cembung merupakan lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dibandingkan bagian tepinya. Ada tiga jenis lensa cembung, yaitu
lensa cembung ganda (bikonveks), lensa cembung-datar (plankonveks), dan lensa cembung-cekung (konveks-konkaf). Lensa
cekung merupakan lensa yang bagian tengahnya lebih tipis dibandingkan bagian tepinya. Ada tiga jenis lensa cekung, yaitu lensa
cekung ganda (bikonkaf), lensa cekungdatar (plankonkaf), dan lensa cekung-cembung (konkaf konveks)
Gambar 9. Lensa cembung dan lensa cekung
Pembiasan pada Lensa Cembung
Lensa cembung dinamakan pula lensa konvergen karena lensa cembung memfokuskan (mengumpulkan) berkas sinar sejajar yang
diterimanya. Disini kita hanya akan membahas lensa yang kedua permukaannya cembung (bikonveks). Karena lensa cembung
seperti ini memiliki dua buah permukaan lengkung, maka lensa cembung memiliki dua jari-jari kelengkungan dan dua titik fokus.
Seperti halnya pada cermin, jari-jari kelengkungan lensa adalah dua kali jarak fokusnya ( 2)). Untuk lensa cembung, jari-jari
kelengkungan (R) dan titik fokus (f) bertanda positif (+), sehingga lensa cembung sering dinamakan lensa positif.
Gambar 10. Lensa Cembung
Panjang fokus lensa cembung bergantung pada ketebalan lensa itu sendiri. Jika lensanya lebih
tebal, maka panjang fokusnya menjadi lebih pendek.
Pada pembiasan cahaya oleh lensa cembung dikenal tiga sinar istimewa, yaitu:
•
Berkas sinar yang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus utama (F).
•
Berkas sinar yang datang/melalui titik fokus dibiaskan sejajar sumbu utama.
•
Berkas sinar yang melalui titik pusat optik (O) diteruskan tanpa dibiaskan
Gambar 11. Sinar istimewa pada lensa cembung
Untuk menentukan bayangan oleh lensa cembung diperlukan sekurang-kurangnya dua berkas sinar utama.
Bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung merupakan perpotongan dari sinar-sinar bias atau
perpanjangan dari sinar-sinar bias. Apabila bayangannya merupakan perpotongan dari sinar-sinar bias maka
bayangannya bersifat nyata, sedangkan apabila bayangannya merupakan perpotongan dari perpanjangan
sinar-sinar bias, maka bayangannya bersifat maya.
Sifat bayangan yang dibentuk oleh pembiasan lensa cembung mempunyai beberapa kemungkinan, yaitu :
•
Benda terletak di ruang I, yaitu antara O dan F, maka bayangan bersifat maya, tegak, diperbesar.
•
Benda terletak di ruang II, yaitu antara F dan 2F, maka bayangan bersifat nyata, terbalik, diperbesar.
•
Benda terletak di ruang III, yaitu di sebelah kiri 2F, maka bayangan bersifat nyata, terbalik diperkecil.
•
Benda terletak di titik fokus utama (F), maka tidak terbentuk bayangan karena sinar-sinar bias dan
perpanjangannya tidak berpotongan (sejajar).
•
Benda terletak di pusat kelengkungan lensa (di R; dimana R = 2F), maka bayangan bersifat nyata,
terbalik, sama besar.
Perbedaan antara bayangan nyata dan bayangan maya pada lensa dapat dilihat pada Tabel 3 berikut.
Tabel 3. Perbedaan bayangan nyata dan bayangan maya pada lensa
Pembiasan pada Lensa Cekung
Lensa cekung dinamakan pula lensa divergen karena lensa cekung menyebarkan berkas sinar sejajar yang
diterimanya. Disini pun kita hanya akan membahas lensa yang kedua permukaannya cekung (bikonkaf). 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
negative (-), sehingga lensa cekung sering dinamakan lensa negatif.
Gambar 12. Lensa Cekung
Pada pembiasan cahaya oleh lensa cekung juga dikenal tiga sinar istimewa yaitu:
• Berkas sinar yang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik fokus lensa.
• Berkas sinar yang melalui titik fokus lensa dibiaskan sejajar sumbu utama.
• Berkas sinar yang melalui titik pusat optik lensa tidak dibiaskan.
Gambar 13. Sinar istimewa pada lensa cekung
Untuk menentukan bayangan oleh lensa cekung diperlukan sekurang-kurangnya dua berkas sinar
utama. Bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung merupakan perpotongan perpanjangan sinarsinar bias, sehingga bayangan yang dibentuk oleh lensa cekung selalu bersifat maya.
Persamaan pada Lensa Cekung dan Lensa Cembung
Seperti halnya pada cermin cekung dan cermin cembung, hubungan antara jarak benda (s), jarak bayangan (s’), jarijari kelengkungan lensa (R), dan jarak fokus (f) pada lensa cembung dan lensa cekung dinyatakan oleh persamaan:
Dengan :
s = jarak benda (m)
s’ = jarak bayangan (m)
f = jarak focus lensa (m)
R =jari-jari kelengkungan lensa (m)
Dalam menggunakan persamaan pada lensa cembung maupun lensa cekung, ada sejumlah aturanaturan tanda berikut.
• Untuk lensa cembung (+), baik f maupun R berharga positif
• Untuk lensa cekung (-), baik f maupun R berharga negative
• s’ berharga positif apabila di belakang lensa (untuk bayangan nyata) dan negatif apabila di depan lensa (untuk bayangan
maya).
• Karena benda selalu dianggap ada di depan lensa maka s selalu berharga positif.
Pembesaran bayangan pada lensa dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan:
Tanda harga mutlak (| |) menyatakan harga M selalu positif.
Contoh Soal Lensa Cembung
Contoh Soal Lensa Cekung
Sebuah lensa positif mempunyai jarak fokus 12
cm. Sebuah benda ditempatkan pada jarak 30
cm. Hitunglah jarak bayangan dan letaknya?
Sebuah benda terletak 100 cm di depan lensa
cekung yang jarak fokusnya 20 cm. Hitung
berapa jarak bayangannya?
Penyelesaian :
Diketahui :
jarak benda (s) = 30 cm
Jarak focus (f) = 15 cm (lensa positif/cembung)
Ditanya : Jarak bayangan (s’) = …..?
Jawab :
Penyelesaian :
Diketahui :
jarak benda (s) = 100 cm
Jarak focus (f) = -20 cm (lensa negatif/cekung)
Ditanya : Jarak bayangan (s’) = …..?
Jawab :
Jadi, bayangannya terletak 20 cm di belakang lensa (di ruang II).
Jadi, bayangannya terletak 16,67 cm di depan lensa.
Dualisme Gelombang Partikel
“Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai sifat sebagai gelombang
dan sebagai partikel”.
Teori Gelombang (fisika klasik)
Menurut Teori Kuantum (fisika modern)
Gelombang cahaya menyebar dari suatu sumber seperti
riak yang ada di permukaan air dalam bentuk
gelombang elektromagnetik. Energi cahaya menurut
analogi ini tersebar secara kontinyu ke seluruh pola
gelombang.
Cahaya menyebar dari sumbernya, sederetan
konsentrasi energi yang terlokalisasi, dalam
bentuk foton yang sangat kecil sehingga bisa
diserap oleh elektron.
Sifat gelombang ditunjukkan pada peristiwa
difraksi, interferensi, polarisasi, refleksi, refraksi.
Sifat partikel ditunjukkan pada peristiwa radiasi
benda hitam,efek fotolistrik, efek Compton.
Interferensi Cahaya
Interferensi cahaya merupakan penjumlahan superposisi dua gelombang cahaya
atau lebih yang dapat menimbulkan terbentuknya gelombang lain.
Interferensi cahaya pada celah ganda terjadi karena adanya beda fase cahaya
dari cahaya yang melalui kedua celah tersebut. Ketika sebuah sumber cahaya
yang sama persis frekeuensi dan panjang gelombangnya melewati dua buah
celah, maka akan terjadi superposisi yang menyebabkan munculnya garis-garis
gelap dan terang pada layar.
Karena superposisi
gelombangnya
memiliki
interferensi, persamaannya dapat ditulis sebagai:
sudut
𝑑. sin𝜃 = 𝑚. 𝜆
Jika sudut nya sangat kecil sin𝜃 ≈ tan𝜃 sehingga nilai
sin𝜃 sebesar y/l, maka persamaannya menjadi:
𝑦
𝑑 𝑙 = 𝑚. 𝜆 (pita terang)
𝑦
1
𝑑 𝑙 = 𝑚 − 2 𝜆 (pita gelap)
Di mana:
d = jarak antar celah (m)
θ = sudut interferensi
m = orde (0,1,2,…)
𝜆 = panjang gelombang (m)
y = jarak pita orde-m ke terang pusat (m)
l = jarak celah ke layar (m)
Difraksi Cahaya
Difraksi merupakan pelenturan cahaya saat cahaya melalui celah sehingga cahaya akan terpecah-pecah menjadi bagianbagian yang lebih kecil dan memiliki sifat cahaya yang baru.
Jika cahaya bertemu dengan bentuk materi tertentu, maka tingkah lakunya
berbeda-beda. Misalnya, kalau cahaya bertemu dengan benda tak tembus
cahaya (benda yang tidak meneruskan cahaya), benda itu akan
mengeluarkan bayangan.
Sejumlah cahaya ada yang masuk ke daerah bayangan (biasanya tidak
terlihat). Pada bola kecil , semua cahaya didefraksikan sekitar pinggir
hambatan menyebrangkan kepusat bayangan dan munculah suatu bintik
terang
Tiga Model Berkas Cahaya
Pada model sinar dijelaskan dengan sangat
sederhana, biasanya digunakan untuk menjelaskan
dalam ilmu optik.
Pada model gelombang, warna dideskripsikan
secara alami dalam istilah panjang gelombang, hal ini
diperlukan untuk menjelaskan interaksi cahaya dengan
benda material yang ukurannya sebanding atau lebih
kecil dari panjang gelombang cahaya
Model partikel diperlukan untuk menjelaskan
interaksi cahaya dengan atom individu. Pada tingkat
atom, tampak jelas bahwa seberkas cahaya memiliki
butiran tertentu padanya
Difraksi Celah Tunggal:
Saat cahaya melalui celah yang sangat kecil maka dapat terjadi peristiwa terbentuknya pita gelap dan terang yang
disebut sebagai difraksi celah tunggal. Setelah cahaya melalui celah tersebut, terbentuklah cahaya baru (dengan
menganggap celah sebagai sumber cahaya baru) yang menyebar ke segala arah.
Pada difraksi celah tunggal, pita terang akan menutup satu orde-m. Maka
persamaannya menjadi:
𝑦
1
𝑑 𝑙 = 𝑚 + 2 𝜆 (pita terang)
𝑦
𝑑 𝑙 = 𝑚 𝜆 (pita gelap)
Difraksi pada kisi (Celah Banyak)
Jika sebuah cahaya monokromatis dilewatkan pada lempeng kisi
atau celah banyak, maka akan terbentuk pola difraksi berupa
pola gelap dan terang pada layar. Kisi adalah susunan celah yang
sejajar dan memiliki ukuran yang sama, dan dapat dibuat dengan
cara membuat goresan-goresan pada lempeng kaca atau logam
menggunakan ujung intan.
Pada difraksi celah banyak, pola terang dan
gelang sama dengan Interferensi.
Untuk pita terang:
Hubungan antara banyaknya celah dengan jarak antar celah
dirumuskan sebagai:
𝑑=
1
𝑁
Di mana: N = konstanta kisi (garis/m)
Untuk pita gelap:
𝑑
𝑦
=𝑚𝜆
𝑙
𝑦
1
𝑑 = 𝑚−
𝜆
𝑙
2
Polarisasi Cahaya
Polarisasi cahaya merupakan berkurangnya intensitas cahaya yang diakibatkan oleh berkurangnya komponen pada
gelombang cahaya. Polarisasi hanya dapat terjadi pada gelombang transversal. Polarisasi cahaya dapat terjadi akibat
pemantulan, pembiasan, absorpsi dan hamburan
a. Polarisasi akibat pembiasan
b. Polarisasi akibat absorpsi:
Jika sinar pantul tegak lurus dengan sinar biasnya,
maka sinar pantul akan terpolarisasi. Besarnya sudut
polarisasi dapat dihitung dengan persamaan:
Jika intensitas cahaya terpolarisasi, maka setelah
melewati polarisator pertama, maka persamaan
intensitas cahaya menjadi:
𝑛2
tan 𝑖𝑝 =
𝑛1
1
𝐼1 = 𝐼0
2
Di mana:
ip = sudut polarisasi
n2 = indeks bias tujuan
n1 = indeks bias asal
Di mana:
I1 = intensitas cahaya setelah melewati polarisator (cd)
I0 = intensitas sumber cahaya (cd)
Radiasi Benda Hitam
Hukum Stefan–Boltzmann :
“Energi yg dipancarkan oleh suatu permukaan benda dalambentuk radiasi kalor per satuan
waktu sebanding dengan luas permukaan dan sebanding dengan pangkat empat suhu
mutlak permukaan itu”
P
= daya radiasi (watt)
Q
= kalor ( joule )
t
= waktu ( s )
𝑄
e
= koefisien emisifitas ( 0 ≤ e ≤ 1)
𝑃 = = 𝑒𝜎𝐴𝑇 4
𝑡
σ
= konstanta Stefan-Boltzman= 5,67 x 10-8
A
= luas permukaan (m2)
T
= suhu mutlak (Kelvin)
e = 1 , benda hitam sempurna benda yg dapat menyerap semua energi yg datang
&memancarkan energi kalor dg sempurna.
Pergeseran Wien
Hukum Pergeseran Wien (1896) :
“Panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimumberkurang dengan
meningkatnya suhu“
𝐶 = 𝜆𝑚 𝑇
Dimana:
C
= konstanta pergeseran Wien= 2,9 x 10-3 mK
T
= suhu mutlak ( K )
λ
= panjang gelombang ( m )
Teori Planck
Planck (1901) menyatakan bahwa cahaya sebagai gelombang elektromagnetik juga dianggap
sebagai paket-paket energi yang disebut foton, di mana besar paket energi tiap foton adalah:
𝐸 = ℎ𝑓
Dimana:
E
= energi foton (J)
h
= konstantan Planck (6.625 10-34 Js)
f
= frekuensi cahaya
Efek Fotolistrik
Peristiwa terlepasnya elektron-elektron dari permukaan logam ketika
logam tersebut disinari cahaya
- Pertama kali
ditemukanpertama kali
oleh Hertz
- Elektron yang
terlepasdisebut elektron
foto
Diagram Energi Efek Fotolistrik
Grafik Efek Fotolistrik
Hasil pembacaan grafik :
1. EK elektron foto 0 – 4,0 eV
2. Energi minimal untuk
melepaskan elektron = 1,6 eV
(Wo)
Efek Compton
A. H. Compton yang mampu menunjukkan
bahwa foton memiliki momentum dengan
mempelajari tumbukan antara foton dengan
elektron, di mana besarnya adalah:
𝑝 = mc =
ℎ
𝜆
Dimana:
p
= momentum foton
c
= kecepatan cahaya
𝜆
= panjang gelombang
Persamaan Efek Compton:
ℎ
𝜆𝑓 − 𝜆𝑖 =
1 − cos𝜃
𝑚𝑐
Untuk menguji kebenaran teori-teori diatas dilakukan percobaanpercobaan antara lain:
Percobaan Foucoult.
Dalam percobaannya Foucoult berhasil menghitung dan menentukan kecepatan rambat
cahaya dalam berbagai medium. Kecepatan rambat cahaya diudara yang dihitung
mendekati 8 3x10 m/s. lebih besar dari kecepatannya didalam zat cair. Hasil percobaan
ini ternyata telah melemahkan teori Newton.
Percobaan Young dan Fresnel
Percobaan ini membuktikan bahwa cahaya dapat berinterferensi dan mengalami difaksi.
Percobaan ini memperkuat teori gelombang cahaya. Huygens memperlemah teori
partikel Newton karena menurut teori Newton cahaya merambat melalui garis lurus.
Percobaan menurut Michaelson dan Moreley
Percobaan ini dilakukan untuk membuktikan ada atau tidak adanya eter diseluruh ruang
dijagat raya ini, karena medium eter terdapat dimana-mana maka bumi yang berputar
pada porosnya dengan kecepatan translasi sekitar 30 km/s dan sekitar bumi terdapat eter
maka akan terjadi angina eter Michaelson dan Moreley melakukan pengujian terhadap
angina eter maka mereka berkesimpulan bahwa angin eter tidak ditemukan, percobaan
ini memperlemah teori gelombangnya Huygens.
Percobaan Maxwell dan Rudolp Hertz
Maxwell menganalisa dan meramalkan bahwa cahaya merupakan bagian dari gelombang
elektromagnetik yang dipancarkan akibat dari terjadinya medan magnet atau medan
listrik yang tidak konstan (“berubah terhadap waktu”). Analisa Maxwell ini diuji oleh
R.Hertz dengan membuat perubahan medan listrik.
Pada percobaan ini sepasang lilitan dengan N2 (jumlah lilitan skunder) jauh lebih banyak
dibanding N1 ( lilitan primer ) pada lilitan skunder dipasang bola konduktor dan ditempat
lain disimpan pasangan bola konduktor juga ketika saklar ( S ) ditutup-buka pada bola
konduktor sebelah kiri terdapat percikan bunga api dan ternyata pada pasangan
konduktor yang lain terjadi pula percikan bunga api. Gelombang yang dihasilkan oleh
percobaan ini menunjukan sifat-sifat pemantulan ( refleksi ), difraksi dan polarisasi dapat
diukur pula cepat rambat gelombang tersebut sama dengan cepat rambat gelombang
cahaya yaitu 3 𝑥 108 m/s
Percobaan Zeeman
Percobaan ini menunjukan adanya pengaruh medan magnet terhadap cahaya, artinya
cahaya dapat dibelokan oleh medan magnet yang kuat (Efek Zeeman ).
Percobaan Stark
Percobaan ini cahaya dilewatkan pada medan megnet yang kuat dan ternyata cahaya
mengalami pembelokan akibat medan listrik yang kuat. Percobaan Zeeman dan Sark
menunjukan bahwa cahaya mempunyai sifat kelistrikan dan kemagnetan hal ini
membuktikan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.
Percobaan Einstein
Dalam tahun 1905 Einstein memperluas gagasan yang diutarakan oleh Planck lima
tahun sebalumnya dan mempostulatkan bahwa energi dalam berkas cahaya tidak
terdistribusi secara merata didalam gelombang elektromagnetik, tetapi terkonsentrasi
dalam paket-paket kecil yang dinamakan foton. Einstein berhasil menunjukan
percobaan yang dapat membuktikan teorinya yakni efek photo listrik,
Sifat Gelombang dari
Partikel
Sifat partikel dinyatakan oleh besaran momentum (p)
dan sifat gelombang dinyatakan dengan besaran
panjang gelombang (λ).
Hipotesa ini dibuktikan oleh Davisson & Germerpada
tahun 1926.
Panjang gelombang De Broglie :
Hipotesa De Broglie :
“Partikel – partikel dengan momentum p seharusnya
juga memiliki sifat – sifat gelombang dengan panjang
gelombang λ”
𝜆=
ℎ
ℎ
=
𝑝 𝑚𝑣
Dimana:
h
= konstanta Plank = 6,6 x 10– 34 Js
m
= massa partikel (kg)
v
= kecepatan gerak partikel (m/s)
Thank you