CAHAYA Disusun Oleh : 1. Indira Anggraeni Santosa 2. Ratih Perwitasari 3. Reefa Qudsiya 4. Septiana Anggraini PENDIDIKAN BIOLOGI ROMBEL 1 FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG TAHUN PELAJARAN 2014/2015 Kelajuan Cahaya Kelajuan cahaya dalam ruang vakum (kecepatan cahaya) adalah sebuah konstanta fisika yang disimbolkan dengan huruf c (celeritas dari bahasa Latin) yang berarti "kecepatan“ c = 299.792.458 m/s ≈ 3 x 108 m/s Semakin jauh dari titik sumber gelombang, muka gelombang menjadi lebih datar. Macam-macam pemantulan Pemantulan teratur, yaitu bila cahaya mengenai permukaan yang datar Pemantulan baur, yaitu bila cahaya mengenai permukaan yang tidak rata Pemantulan cahaya Cahaya sebagai gelombang dapat memantul bila mengenai suatu benda. Pemantulan cahaya sesuai dengan hukum pemantulan yang dikemukakan oleh Snellius yaitu: 1.Sinar datang, sinar pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar 2.Sudut datang sama dengan sudut pantul i=r i r PEMANTULAN SEMPURNA Jika sinar D dengan sudut datang lebih besar daripada sudut kritis (i>ik), tidak mungkin dihasilkan sinar bias dengan sudut bias > 90⁰. Jadi, sinar D tidak dapat meninggalkan air. Dengan kata lain sinar D akan dipantulkan seluruhnya oleh permukaan air kembali ke dalam air. Di sini, bidang batas air-udara (permukaan air) bertindak seperti cermin datar sempurna. Peristiwa inilah yang disebut pemantulan sempurna. PEMANTULAN SEMPURNA Syarat Terjadinya Pemantulan Sempurna Dua syarat terjadinya pemantulan sempurna pada bidang batas antara dua medium. 1.Sinar harus datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat. 2.Sudut datang lebih besar daripada sudut kritis. . CONTOH SOAL PEMANTULAN SEMPURNA Sebuah bak air mempunyai kedalaman 1 m. Sebuah benda titik terletak di dasar bak. Agar benda tidak terlihat, tentukan jejari bidang lingkaran penghalang cahaya yang harus diletakkan tepat di permukaan air sedemikian hingga benda tidak tampak dari permukaan. Anggap indeks bias air . CONTOH SOAL PEMANTULAN SEMPURNA Penyelesaian: Agar benda tidak tampak dari udara, sinar yang akan mengalami pembiasan harus dihalangi. Untuk itu diperlukan bidang lingkaran berjejari R seperti pada gambar. Untuk menentukan R, harus dihitung dulu sudut kritis sebagai berikut. Sekarang perhatikan segitiga Hukum pemantulan (snellius) : 1. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. 2. Sudut datang = sudut pantul Cermin Datar : bentuk permukaannya datar Pemantulan cahaya dari obyek (bunga dan vas) pada cermin datar. Bayangan pada cermin datar h S S’ h’ S S’ Dari gambar di atas, sifat bayangan pada cermin datar adalah: - tegak - sama besar - sama jarak - terbalik kiri-kanan - maya Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar : a. maya b. jarak benda-cermin = jarak bayangan-cermin c. tegak Sifat cermin datar Panjang cermin minimum Berapakah panjang minimum cermin yang diperlukan untuk melihat bayangan seluruh badan kita? Perhatikan gambar! Panjang minimum cermin yang dibutuhkan adalah setengah dari tinggi badan kita. ½h h Jumlah bayangan Berapakah banyaknya bayangan yang terbentuk bila kita berada di depan dua buah cermin yang membentuk sudut α ? Banyaknya bayangan yang terbentuk dapat kita hitung dengan persamaan: n= 360 -1 α n = banyaknya bayangan α = besar sudut Cermin Lengkung Cermin lengkung merupakan bagian bentuk bola. Jika bagian luar yang menjadi cermin, disebut cermin cembung (convex); Jika maka bagian dalam, cermin cekung (concave). Pemantulan pada Cermin Jenis: cermin cekung dan cermin cembung. Garis yang melewati O: sumbu utama cermin. Titik R : jari-jari kelengkungan cermin. Jarak OF: panjang fokus Cermin lengkung mempunyai sumbu utama dan pusat kelengkungan (jari-jari kelengkungan). Hubungan radius cermin dengan panjang fokus: R2f 1 f R 2 Cermin Cekung Cermin cekung adalah cermin lengkung dengan lapisan mengkilap pada bagian dalam. Cermin cekung memiliki sifat mengumpulkan cahaya R f Cermin cekung Sinar-sinar istimewa : Pemantulan pada Cermin Cembung • • • • Cermin cembung (konveks) banyak digunakan pada spion mobil atau motor, memonitor pembeli beberapa toko besar. Permukaan yang memantulkan cahaya adalah permukaan bagian luar yang cembung. Bersifat menyebarkan cahaya disebut divergen. Titik fokus dan titik pusat kelengkungan cermin berada di belakang cermin. Pembentukan bayangan pada cermin cembung objek bayangan F Sifat bayangan: maya, diperkecil, tegak C Rambatan Cahaya (Prinsip Huygens) Prinsip Huygens “Setiap titik pada suatu muka gelombang dapat dipandang sebagai pusat gelombang sekunder yang memancarkan gelombang baru ke segala arah dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan rambat gelombang. Muka gelombang yang baru diperoleh dengan cara melukis sebuah permukaan yang menyinggung (menyelubungi) gelombang – gelombang sekunder tersebut.” PEMBIASAN Pengertian Pembiasan Cahaya : Pembiasan cahaya merupakan peristiwa pembelokan gelombang cahaya ketika melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda. Pembiasan cahaya disebabkan adanya perubahan kelajuan gelombang cahaya ketika cahaya merambat melalui dua zat yang indeks biasnya berbeda. Dengan demikian, pembiasan cahaya ini sangat ditentukan oleh indeks bias bahannya. Hukum Pembiasan Pada sekitar tahun 1621, ilmuwan Belanda bernama Willebrord Snell (1591 -1626) melakukan eksperimen untuk mencari hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. Sudut bias adalah sudut antara sinar bias dengan garis normal. Sedangkan sudut datang adalah sudut antara sinar datang dan garis normal. Oleh karena itu, pernyataan tersebut dinamakan hukum Snell, atau lebih dikenal dengan hukum Snellius Hukum Snellius Hukum Snellius 1 : “sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar,dan ketiganya saling berpotongan.” Adapun bunyi Hukum Snellius II adalah : “Sinar datang dari medium kurang rapat menuju medium yang lebih rapat dibiaskan mendekati garis normal. Sebaliknya, sinar datang dari medium yang lebih rapat menuju medium yang kurang rapat dibiaskan menjauhi garis normal.” Hukum pembiasan snellius dengan bentuk persamaan matematis sebagai berikut : sinθ1 v1 n1 sinθ2 v2 n2 Atau n1 sinθ1 = n2 sinθ2 Atau v1 sinθ2 = v2 sinθ1 Lambang θ1,θ2 merujuk pada sudut datang dan sudut bias, dan pada kecepatan cahaya sinar datang dan sinar bias. Lambang n1 merujuk pada indeks bias medium yang dilalui sinar datang, sedangkan n2 adalah indeks bias medium yang dilalui sinar bias.Hukum Snellius dapat digunakan untuk menghitung sudut datang atau sudut bias, dan dalam eksperimen untuk menghitung indeks bias suatu bahan Indeks Bias Kecepatan merambat cahaya pada tiap medium berbeda-beda tergantung pada kerapatan medium tersebut. Perbandingan perbedaan kecepatan rambat cahaya ini selanjutnya disebut sebagai indeks bias. Ada dua macam indeks bias yaitu indek bias mutlak dan indeks bias relatif. Indeks Bias Mutlak Indeks bias mutlak adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di medium tersebut. Keterangan: n : indeks bias mutlak medium c : cepat rambat cahaya di ruang hampa v : cepat rambat cahaya di suatu medium Indeks bias mutlak medium yaitu indeks bias medium saat berkas cahaya dari ruang hampa melewati medium tersebut. Indek bias mutlak suatu medium dituliskan n. Indeks bias mutlak kaca dituliskan nkaca, indeks bias mutlak air dituliskan nair dan seterusnya. Oleh karena c selalu lebih besar dari pada v maka indeks bias suatu medium selalu lebih dari satu (nmedium >1) Indeks Bias Relatif Indeks bias relatif adalah perbandingan indeks bias suatu medium terhadap indeks bias medium yang lain. n1,2 = n1 atau n2,1 = n2 n2 n1 keterangan : n1,2 : indeks bias relatif medium 1 terhadap medium 2 n2,1 : indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1 n1 : indeks bias mutlak medium 1 n2 : indeks bias mutlak medium 2 Setiap medium memiliki indeks bias yang berbeda-beda, karena perbedaan indeks bias inilah maka jika ada seberkas sinar yang melalui dua medium yang berbeda kerapatannya maka berkas sinar tersebut akan dibiaskan. Pada peristiwa pembelokan cahaya dari medium 1 ke medium 2 ini besaran frekuensi cahaya tetap atau tidak mengalami perubahan. Karena v = λf maka berlaku pula, dimana di misalkan sinθ1 = λ1 sinθ2 λ2 Sehingga berlaku persamaan pembiasan: sinθ1 = n2 = v1 = λ1 sinθ2 n1 V2 λ2 Keterangan: n1 : indeks bias medium 1 n2 : indeks bias medium 2 v1 : cepat rambat cahaya di medium 1 v2 : cepat rambat cahaya di medium 2 λ1 : panjang gelombang cahaya di medium 1 λ2 : panjang gelombang cahaya di medium 2 PEMBIASAN PADA PRISMA Bahan bening yang dibatasi oleh dua bidang permukaan yang bersudut disebut prisma. Besarnya sudut antara kedua permukaan itu disebut sudut pembias (β). Apabila seberkas cahaya masuk pada salah satu permukaan prisma, cahaya akan dibiaskan dari permukaan prisma lainnya. Karena adanya dua kali pembiasan, maka pada prisma terbentuklah sudut penyimpangan yang disebut sudut deviasi. Sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh perpotongan dari perpanjangan cahaya datang dengan perpanjangan cahaya bias yang meninggalkan prisma. P, Q, R, dan S menyatakan jalannya cahaya dari udara masuk ke dalam prisma kemudian meninggalkan prisma lagi . Persamaan sudut puncak prisma β = sudut puncak atau sudut pembias prisma r1 = sudut bias saat berkas sinar memasuki bidang batas udara-prisma i2 = sudut datang saat berkas sinar memasuki bidang batas prisma-udara Persamaan sudut deviasi prisma : Keterangan : D = sudut deviasi i1 = sudut datang pada bidang batas pertama r2 = sudut bias pada bidang batas kedua berkas sinar keluar dari prisma β = sudut puncak atau sudut pembias prisma Hasilnya disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara sudut deviasi (D) dan sudut datang pertama : dalam grafik terlihat deviasi minimum terjadi saat i1 = r2 Persamaan deviasi minimum : a. Bila sudut pembias lebih dari 15° Keterangan : n1 = indeks bias medium n2 = indeks bias prisma Dm = deviasi minimum β = sudut pembias prisma b. Bila sudut pembias kurang dari 15° Keterangan δ = deviasi minimum untuk b = 15°. n2-1 = indeks bias relatif prisma terhadap medium β = sudut pembias prisma PRINSIP FERMAT Pierre de Fermat (1601-1665) matematikawan Perancis. Isi : Lintasan yang dilalui oleh cahaya untuk merambat dari satu titik ke titik lain adalah sedemikian rupa sehingga waktu perjalanannya minimum Maksudnya, ketika sinar cahaya merambat antara dua titik, lintasannya pastilah yang membutuhkan selang waktu terkecil. Atau : bahwa lintasan-lintasan dari sinar cahaya yang merambat dalam medium yang homogen adalah garis lurus, karena suatu garis lurus adalah jarak terpendek antara dua titik. Hukum Pembiasan Snellius n1 sin ϑ1 = n2 sin ϑ2 POLARISASI Merupakan salah satu sifat cahaya yang bergerak secara osilasi dan menuju arah tertentu. Polarisasi adalah suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang pada cahaya yang acak menjadi satu arah getar Polarisasi adalah peristiwa penyerapan arah bidang getar dari gelombang. Mempunyai medan listrik termasuk gelombang elektromagnetik. Hanya dapat dialami oleh gelombang transversal saja, sedangkan gelombang longitudinal tidak. Pada umumnya, gelombang cahaya yang mempunyai banyak arah getar gelombang tak terpolarisasi Gelombang yang hanya memiliki satu arah getar gelombang terpolarisasi Gejala Polarisasi Penjelasan : Gejala polarisasi dapat digambarkan dengan gelombang yang terjadi pada tali yang dilewatkan pada celah. Apabila tali digetarkan searah dengan celah maka gelombang pada tali dapat melewati celah tsb. Sebaliknya jika tali digetarkan dengan arah tegak lurus celah maka gelombang pada tali tidak bisa melewati celah tsb. Jenis Polarisasi Cahaya Polarisasi linier cahaya merambat hanya dengan satu arah yang tegak lurus terhadap arah rambatan atau bidang medan listriknya. Getaran yang dihasilkan : linier Polarisasi sirkuler dapat diuraikan menjadi 2 gelombang dengan polarisasi linier Getaran yang dihasilkan : melingkar Polarisasi elips dapat diuraikan menjadi 2 gelombang dengan polarisasi linier. Getaran yang dihasilkan : elips Ada 4 Fenomena 1. 2. 3. 4. 5. Absorpsi selektif Hamburan Pemantulan Pemantulan dan pembiasan Pembiasan ganda (Birefringence) 1. Polarisasi karena Absorpsi Selektif polaroid adalah suatu bahan yang dapat menyerap arah bidang getar gelombang cahaya dan hanya melewatkan salah satu bidang getar yang disebut sinar yang terpolarisasi Polarisator untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi linier dari cahaya alami tak terpolarisasi. Analisator untuk mengubah arah polarisasi & mengatur besar intensitas cahaya yang akan diteruskan ke pengamat. Aplikasi pada kehidupan sehari-hari : sbg pelindung pada kacamata dari sinar matahari dan polaroid untuk kamera. 2. Polarisasi karena Hamburan Terjadi pada peristiwa terhamburnya cahaya matahari oleh partikel-partikel debu di atmosfer yang menyelubungi bumi. Cahaya dapat terpolarisasi oleh partikel debu. KENAPA LANGIT BERWARNA BIRU YAK ???? 3. Polarisasi karena Pemantulan Penjelasan Cahaya yang datang ke cermin dengan sudut datang sebesar 57°, maka sinar yang terpantul akan merupakan cahaya yang terpolarisasi. Cahaya yang berasal dari cermin I adalah cahaya terpolarisasi yang akan dipantulkan ke cermin II. Apabila cermin II diputar sehingga arah bidang getar antara cermin I dan cermin II saling tegak lurus, maka tidak akan ada cahaya yang dipantulkan oleh cermin II. Peristiwa diatas menunjukkan terjadinya peristiwa polarisasi. Cermin I polarisator Cermin II analisator Polarisator menyebabkan sinar yang tak terpolarisasi menjadi sinar yang terpolarisasi Analisator akan menganalisis sinar tersebut, merupakan sinar terpolarisasi atau tidak. 4. Polarisasi karena Pemantulan dan Pembiasan Polarisasi karena pemantulan dan pembiasan dapat terjadi apabila cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan saling tegak lurus atau membentuk sudut 90°. Dimana cahaya yang dipantulkan merupakan cahaya yang terpolarisasi sempurna. Sedangkan sinar bias merupakan sinar terpolarisasi sebagian. Sudut datang sinar yang dapat menimbulkan cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang dibiaskan merupakan sinar yang terpolarisasi. Sudut datang seperti ini dinamakan sudut polarisasi (ip) sudut Brewster. Pada saat sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus (membentuk sudut 90°) akan berlaku ketentuan bahwa : i + r = 90° atau r = 90° - i 5. Polarisasi karena Bias Kembar (Pembiasan Ganda) Dapat terjadi apabila cahaya melewati suatu bahan yang mempunyai indeks bias ganda atau lebih dari satu, misalnya pada kristal kalsit. Cahaya lurus cahaya biasa memenuhi hukum Snellius cahaya ini tidak terpolarisasi Cahaya dibelokkan cahaya istimewa tidak memenuhi hukum Snellius cahaya yang terpolarisasi
