TOPIK 5 - besmart.uny.ac.id

MATERI KULIAH IPA-2

FOTO YANG RELEVAN

TOPIK 5:

OPTIK DAN SISTEM

PENGLIHATAN

Sumber: jasawebriau.com

Perhatikanlah rumusan KI 3.12 dan 4.12 KelasVIII dalamkurikulum 2013 berikut:

3.12 4.12

Menganalisis sifat-sifat cahaya,pembentukan bayangan padabidang datar dan lengkung sertapenerapannya untuk menjelaskanproses penglihatan manusia, mataserangga, dan prinsip kerja alatoptik

Menyajikan hasil percobaantentang pembentukan bayanganpada cermin dan lensa.

Analisis KD

KI. 3.12 KI. 4.12

Kemampuan Materi Kemampuan Materi

Mendeskripsikan, menjelaskan

• Sifat cahaya• Pembentuka

n bayanganpada lensadan cermin

• Alat optik• Sistem

penglihatanpadamanusia danserangga

Membuatlaporan, menyelidiki

• Proses pembentukanbayangan padacermin dan lensa

Cahaya merupakan gelombang transversal yang termasukgelombang elektromagnetik. Cahaya dapat merambat dalamruang hampa dengan kecepatan 3 x 108 m/s.

Berdasarkan teori-teori dan percobaan-percobaan yang telahdilakukan dari zaman Newton sampai Einstein dapatdisimpulkan:

1. Cahaya dapat bersifat sebagai gelombang.

2. Cahaya juga dapat bersifat sebagai partikel.

Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, maka cahayadapat merambat baik melalui medium ataupun tanpa medium(vakum).

CAHAYA

• Cahaya Merambat Lurus

• Cahaya dapat dipantulkan

• Cahaya dapat dibiaskan

SIFAT CAHAYA

Dapat dijumlahkan (interferensi)

Dapat diuraikan (dispersi)

Dapat diserap arah getarnya

atau terpolarisasi

SIFAT CAHAYA

Bersifat sebagai gelombang dan partikel

SIFAT CAHAYA

PEMANTULAN CAHAYA

Hukum Pemantulan Cahaya (Hukum Snellius)

1. Sinar dating, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu

bidang datar.

2. Sudut datang cahaya (i) sama dengan sudut pantul cahaya (r),

atau (<AON = <NOB)

• Jenis berkas cahaya:

Berkas cahaya sejajar

Berkas cahaya mengumpul (konvergen)

Berkas cahaya menyebar (divergen)

PEMANTULAN CAHAYA

• Pemantulan Teratur (specular reflection) terjadi karena pemantulancahaya oleh permukaan-permukaan halus seperti cermin datar,sehingga berkas-berkas cahaya sejajar satu dengan yang lainnya.

• Pemantulan Baur (diffuse reflection) terjadi karena pemantulancahaya oleh permukaan yang kasar seperti kertas, sehinggacahaya yang dipantulkan ke segala arah (berkas-berkas cahayatidak sejajar satu dengan yang lainnya).

PEMANTULAN CAHAYA

Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar

Sifat bayangan pada cermin datar;

maya, tegak, sama besar, jarak

bayangan sama dengan jarak benda,

tinggi bayangan sama dengan tinggi

benda, dan posisi bayangan

berlawanan dengan posisi benda.

Jumlah bayangan

Keterangan:

n = jumlah bayangan

= sudut antara dua cermin

1360

n

Jumlah Bayangan Dua Cermin Datar

Pemantulan cahaya pada cermin cekung

Bagian-bagian cermin cekung

SU = sumbu utama

P = titik pusat kelengkungan cermin

F = titik focus cermin

O = titik pusat optic

R = jari-jari cermin

f = jarak titik focus cermin

O-F= ruang I

F-P = ruang II

P- tak hingga = ruang III

O-tak hingga = ruang IV

Sinar-sinar istimewa pada cermin cekung

1. Sinar datang sejajar sumbu utama

dipantulkan melalui titik focus

2. Sinar datang melalui titik fokus

dipantulkan sejajar sumbu utama.

3. Sinar datang melalui titik pusat

cermin dipantulkan kembali

melalui titik pusat cermin.

Pembentukan bayangan pada cermin cekung

Sifat bayangan: maya, tegak, diperbesar, di ruang IV

Benda di ruang I di depan cermin cekung

Benda di ruang II di depan cermin cekung.

Sifat bayangan: nyata,

terbalik, diperbesar, di

ruang III

Benda di ruang III di depan cermin cekung.

Sifat bayangan: nyata,

terbalik, diperkecil, di ruang

II

Pembentukan bayangan pada cermin cekung

Benda di titik fokus di depan cermin cekung.

Sifat bayangan: nyata, di jauh

tak terhingga

Benda di titik pusat di depan cermin cekung.

Sifat bayangan: nyata,

terbalik, sama besar, di titik

P

Pembentukan bayangan pada cermin cekung

Rumus cermin cekung

So = jarak benda

Si = jarak bayangan

f = jarak fokus cermin cekung

R = jari-jari cermin cekung

Catatan: pada cermin cekung f dan R bernilai negatif (+)

Pembentukan bayangan pada cermin cekung

Pemantulan cahaya pada cermin cembungBagian-bagian cermin cembung.

SU = sumbu utama

P = titik pusat kelengkungan cermin

F = titik focus cermin

O = titik pusat optic

R = jari-jari cermin

f = jarak titik focus cermin

O-F = ruang I

F-P = ruang II

P-tak terhiungga = ruang III

O-tak terhingga = ruang IV

Sinar-sinar istimewa pada cermin cembung

1. Sinar datang sejajar sumbu utama

dipantulkan seolah-olah dari titik

fokus

2. Sinar datang menuju titik fokus

dipantulkan sejajar sumbu utama.

3. Sinar datang menuju titik pusat cermin

dipantulkan kembali seolah-olah dari

titik pusat cermin.

Pembentukan bayangan pada cermin cembung

Sifat bayangan: maya, sama tegak, diperkecil, di ruang I

Rumus cermin cembung

So = jarak benda

Si = jarak bayangan

f = jarak focus cermin cembung

R = jari-jari cermin cembung

Catatan: pada cermin cembung f dan R bernilai negatif (-)

Pembentukan bayangan pada cermin cembung

PEMBIASAN CAHAYA

Hukum pembiasan cahaya:

1. Sinar dating, sinar bias, dan garis

normal terletak pada satu

bidang datar.

2. Perbandingan antara proyeksi

sinar datang (OR) dan proyeksi

sinar bias (OS) selalu tetap.

(Tetapan ini disebut indeks

bias)OSOR

n1 = Indek bias udara

n2 = Indeks bias kaca

Contoh fenomena pembiasan

cahaya

Hubungan antara cepat rambat cahaya di udara (C1), cepat rambat

cahaya di dalam kaca (C2), indeks bias udara (nu), dan indeks bias

kaca (n2) dapat dinyatakan dengan rumus:

, karena indeks bias udara nu = 1, maka:

Hubungan panjang gelombang cahaya di udara ( ), panjang

gelombang cahaya dalam kaca ( ), dan indeks bias kaca (n2) dapat

dinyatakan dengan rumus:

2C

1C

1n2

n

2C

1C

2n

2

1 2

n

1

2

Indeks Bias Suatu Medium

N1 & N2 = garis normal

EF = sinar datang

GH= sinar bias

i = sudut datang

r = sudut bias

= sudut pembias prisma

D = sudut deviasi, yaitu sudut yang dibentuk oleh perpanjangan

sinar dating dan sinar bias yang keluar dari prisma.

Pembiasan Cahaya pada Prisma

Pembiasan cahaya pada prisma

sudut deviasi :

= i1 + r2 -

= r1 + i2

Deviasi minimum :

i1 = r2 dan r1 = i2

sangat kecil

( < 150)

m = (n2/n1 – 1)

Dispersi cahaya

= u - m

= (nu – nm).

prisma di udara,

deviasi minimum dan

kecil

Pembiasan Cahaya pada Prisma

Gejala Pelangi di Langit

PEMANTULAN SEMPURNA

• Sinar istimewa datang dari indeks bias rapat ke renggang (n2 > n1 )

• sinar 3 : i = ic → ic = sudut kritis , θ = 90o

• sinar 4 : i > ic maka sinar dipantulkan sempurna

• Sudut kritis : Sin ic = n₂ /n₁

• Peristiwa pemantulan sempurna merupakan dasar bekerjanya serat optis dan serat berongga

• Serat berongga berfungsi sebagai jalan cahaya bagi cahaya laser dengan daya sangat besar

4n1

n2

1 2

3

ic i>ic

Dispersi cahaya pada prisma

a b c

Bentuk lensa cembung ada 3 macam:

a. Cembung-cembung (bikonveks)

b. Cembung-datar (plan konveks)

c. Cembung-cekung (konkaf konveks)

Pembiasan Cahaya pada Lensa Cembung

SU = sumbu utama

P = titik pusat kelengkungan lensa

F = titik focus lensa

O = titik pusat optik

R = jari-jari lensa

f = jarak titik focus lensa

O-F= ruang I

F-P = ruang II

P- tak hingga = ruang III

O-tak hingga = ruang IV

Bagian-bagian lensa cembung

1. Sinar datang sejajar sumbu

utama dibiaskan melalui titik

focus F1

2. Sinar datang melalui titik focus

F2 dibiaskan sejajar sumbu

utama.

3. Sinar datang melalui titik pusat

optik akan diteruskan.

Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung

Pembentukan bayangan pada lensa cembung

Sifat bayangan:

Maya, tegak, diperbesar, di

ruang IV.

Nyata, terbalik, diperbesar, di

ruang III.

Nyata, di jauh tak hingga.

Nyata, terbalik, sama besar,

di titik P.

Rumus lensa cembung

So = jarak benda

Si = jarak bayangan

f = jarak fokus lensa cembung

R = jari-jari lensa cembung

Catatan: pada lensa cembung f dan R bernilai positif (+)

f1 P

Kekuatan lensa:

P = kekuatan lensa (dioptri)

Pembentukan bayangan pada lensa cembung

a b c

Bentuk lensa cekung ada 3 macam:

a. cekung-cekung (bikonkaf)

b. Cekung-datar (plan konkaf)

c. Cekung-cembung (konveks konkaf)

Pembiasan Cahaya pada Lensa Cekung

Bagian-bagian lensa cekung

SU = sumbu utama

P = titik pusat kelengkungan lensa

F = titik fokus lensa

O = titik pusat optik

R = jari-jari lensa

f = jarak titik fokus lensa

O-F= ruang I

F-P = ruang II

P- tak hingga = ruang III

O-tak hingga = ruang

IV

1. Sinar datang sejajar sumbu

utama dibiaskan seolah-olah

dari titik fokus F1

2. Sinar datang menuju titik fokus

F2 dibiaskan sejajar sumbu

utama.

3. Sinar datang melalui titik pusat

optik akan diteruskan.

Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung

Pembentukan bayangan pada lensa cekung

Sifat bayangan pada lensa cekung: maya, tegak, diperkecil, di ruang I.

Rumus lensa cekung

Catatan: pada lensa cekung f dan R bernilai negatif (-)

f1 P

Kekuatan lensa:

P = kekuatan lensa (dioptri)

So = jarak benda

Si = jarak bayangan

f = jarak fokus lensa cekung

R = jari-jari lensa cekung

Pembentukan bayangan pada lensa cekung

Alat Optik

Buatan

Kamera, Lup, Mikroskop,

Teropong, OHP, Periskop, dll

Alami

Mata

Alat yang bekerja

berdasarkanpembiasan dan

pemantulancahaya

Pemanfaatan Alat Optik dalam Kehidupan

Sehari-hari

MATA

Kemampuan lensa mata untuk mencembung dan memipih secara

otomatis sesuai dengan jarak benda yang dilihat disebut daya

akomodasi.

Titik dekat mata normal (punctum proximum/PP) = 25 cm,

sedangkan titik jauhnya (punctum remotum/PR) = tak terhingga.

DIAGRAM MATA NORMAL

Lukisan bayangan pada

mata manusia:

Sifat bayangan: nyata,

terbaik, diperkecil, di

ruang II.

Daya Akomodasi Mata

Melihat objek yang dekat

Melihat objek yang jauh

Daya akomodasi mata adalah kemampuan lensa mata untuk menebal

dan menipis

Kuat lensa dapat dirumuskan :

Dengan:

P = kuat lensa (Dioptri)

F = Fokus lensa (m/cm)

Sehingga daya akomodasi mata dapat dirumuskan sbb:

Dengan:

Pp = Kuat lensa di punctum proximum

Pr = Kuat lensa di punctum remotum

Daya akomodasi = Pp - Pr

Daya Akomodasi Mata

Kacamata selalu membentuk bayangan maya (s’ = -)

Jika untuk melihat benda pada jarak dekat/membaca

s = ± 25 cm

s’ = -Pp

Jika untuk melihat benda pada jarak jauh/berjalan

s = ̴

s’ = -Pr

Daya Akomodasi Mata

CACAT MATA

Miopi (Rabun Jauh)

CACAT MATA

Miopi (Rabun Jauh)

Gangguan mata yang tidak

bisa melihat benda dalam

jarak dekat tidak bisa melihat

benda jaiuh dengan jelas

Titik dekat mata (pp) < 25

cm

Titik jauh mata (pr) < ̴

Bayangan benda jatuh

didepan retina

Dapat dibantu dengan lensa

cekung (bikonvek-konkaf)

PP < 25 cm

Jangkauan Penglihatan

PR tertentu

Persamaan untuk

meng hitung kuat

lensa yang diperlukanP =

1

f

1

S+

1

S’=

1

f

S’ = - titik jauh

penderita

f = jarak fokus (m)

P = kuat lensa (dioptri

CACAT MATA

Miopi (Rabun Jauh)

CACAT MATA

Hipermetropi (Rabun Dekat)

CACAT MATA

Hipermetropi (Rabun Dekat)

Gangguan mata yang tidak bisa

melihat benda dalam jarak jauh

tidak bisa melihat benda dekat

dengan jelas

Titik dekat mata (pp) > 25 cm

Titik jauh mata (pr) = ̴

Bayangan benda jatuh

dibelakang retina

Dapat dibantu dengan lensa

cembung (bikonvek)

PP > 25 cm

Jangkauan Penglihatan

PR tak terhingga

Persamaan untuk

meng hitung kuat lensa

yang diperlukanP =

1

f

1

S+

1

S’=

1

f

S’ = - titik dekat penderita

f = jarak fokus (m)

P = kuat lensa (dioptri

CACAT MATA

Hipermetropi (Rabun Dekat)

Presbiopi

CACAT MATA

Presbiopi

Presbiopi dapat ditolong dengan memakai kacamata berlensa

rangkap/ganda (bifokal).

Lensa (+) untuk melihat jarak dekat, dan lensa (-) untuk melihat

jarak jauh.

CACAT MATA

Permukaan lensa mata mempunyai ketebalan/kelengkungan yang

berbeda, seperti bola baseball

Dibantu dengan lensa silindris

ASTIGMATISMA/SILINDRIS

Permukaan lensa mata mempunyai ketebalan/kelengkungan

yang berbeda, seperti bola baseball

Dibantu dengan lensa silindris

ASTIGMATISMA/SILINDRIS

Suatu kelainan yang disebabkan ketidakmampuan sel-sel kerucut

mata untuk menangkap suatu warna tertentu. Penyakit ini bersifat

menurun.

Buta warna

CACAT MATA

Buta warna ada yang buta warna total dan buta warna sebagian. Buta

warna total hanya mampu melihat warna hitam dan putih saja,

sedangkan buta warna sebagian tidak dapat melihat warna tertentu,

yaitu merah, hijau, atau biru.

Buta warna

CACAT MATA

+

M F O

Perbesaran Lup untuk Mata Berakomodasi pada jarak x

SS’= -X

Sn = titik dekat mata normal

F = fokus lensa

S = jarak benda

S’ = jarak bayangan

LUP (KACA PEMBESAR)

Perbesaran Lup untuk

Mata Berakomodasi

Maksimum

Penggunaan normal sebuah lup adalah berakomodasi maksimum.

Jika dalam soal tidak disebutkan, maka selalu dianggap lup

digunakan mata berakomodasi maksimum

MSn

f+ 1=

Perbesaran Lup untuk

Mata Tidak

BerakomodasiM

Sn

f=

LUP (KACA PEMBESAR)

MIKROSKOP

Mikroskop digunakan untuk mengamati benda-benda

yang sangat kecil

Sifat bayangan: maya, terbalik, diperbesar.

2Fob Fob

Fob 2Fob Fok

Lensa Obyektif

Lensa Okuler

Nyata, Terbalik, DiperbesarLensa Obyektif :

Maya, Terbalik, DiperbesarLensa Okuler :

2Fob Fob

Fob 2Fob Fok

SIFAT

BAYANGAN Maya, Terbalik, DiperbesarLensa Okuler :

MIKROSKOP

2Fob Fob

Fob 2Fob Fok

SobS’ob

1

Sob

+1

S’ob

=1

f ob

Sok

d = S’ob + S ok

S’ok

1

Sok

+1

S’ok

=1

f okM = Mob x Mok

Perbesaran :

PEMBENTUKAN BAYANGAN PADA MIKROSKOP

Untuk mata berakomodasi maksimum, bayangan dari lensa okuler

terletak di depan lensa sejauh titik dekat pengamat.

S’ok = - Sn

Jika mikroskup digunakan oleh mata tidak berakomodasi

maksimum, titik jauh berada di tak terhingga, sehingga jarak

benda okuler sama dengan jarak fokus okuler.

S’ok = tak terhingga, sehingga Sok = F ok

MIKROSKOP

M = Mob x Mok

M ob =

h’ ob

h ob

-S’ob

S ob

=Perbesaran Lensa

Obyektif

Perbesaran Lensa Okuler

M ok =

S n

f ok

1+

M ok =

S n

f ok

Mata berakomodasi

maksimum

Mata tidak

berakomodasi

MIKROSKOP

KAMERA

Sifat bayangan pada kamera; nyata,

terbaalik, diperkecil, di ruang II

Lensa pada kamera memiliki fungsi yang sama dengan lensa mata

yaitu untuk membentuk bayangan pada film.

Aperture (celah diafragma) fungsinya sama dengan pupil mata

yaitu untuk mengatur banyaknya cahaya yang masuk ke dalam

kamera.

Diafragma kamera memiliki fungsi yang sama dengan iris yakni

untuk mengatur intensitas cahaya yang masuk atau mengatur

besar kecilnya aperture.

Film berfungsi untuk menangkap bayangan yang dibentuk oleh

lensa, film pada kamera memiliki fungsi yang sama dengan retina

pada mata kita. Perbedaannya terdapat pada cara memfokuskan

bayangan.

KAMERA

KAMERA

KAMERA DIGITAL

Teleskop (Teropong)

Teleskop Bumi (Teropong Medan)

Digunakan untuk mengamati benda-benda

di permukaan bumi pada jarak jauh.

Teleskop Bintang

Digunakan untuk mengamati benda-benda

angkasa (di langit)

TELESKOPN/TEROPONG

Fungsinya untuk melihat benda benda yang sangat jauh disebut juga

teropong.

JENISNYA

Teropong

Bias

Teropong Bintang (Teropong

Astronomi)

Teropong Bumi

Teropong Prisma (Binokuler)

Teropong Panggung (Galileo)

Teropong Pantul

TELESKOP

Lensa ObyektifLensa Okuler

f ob = f ok

f ob f ok

d = f ob + f ok

M =

f ob

S ok

Perbesaran

TEROPONG BINTANG

Sifat bayangan

Maya , Diperbesar, Terbalik

Lensa Obyektif Lensa Okuler

f ob 2fp

d = f ob + 4 fp + f ok

M a=f ob

S ok

Perbesaran

TEROPONG BUMI

Lensa Pembalik

2fp fok

Untuk mata tidak berakomodasi

Sifat bayangan

Maya

Diperbesar

Tegak

Teropong panggung (teropong Galilei)

L. Okuler

f ob

f ok

L. Obyektif

f ob = f ok

T

Sinar datang sejajar dari lensa obyektif membentuk

bayangan tepat di fokusnya, sebagai benda maya lensa

okuler

Sinar sejajar yang keluar dari lensa okuler menuju

mata bersifat tegak di titik tak terhingga

d = f ob + f ok

M a =

f ob

S ok

Perbesaran

f ob

cermin datar

lensa okuler

cerm

in ce

kung

sebagai o

bye

ktif

Menggunakan cermin cekung besar yang berfungsi sebagaipemantul cahaya dengan alasan :

cermin mudah dibuat dibandingkan lensa

cermin tidak mengalami aberasi

cermin lebih ringan daripada lensa

TEROPONG PANTUL

Digunakan untuk mengamati benda-benda di permukaan laut. Alat ini

pada umumnya untuk perlengkapan kapal selam.

PERISKOP

PERISKOP

Mata pada serangga memiliki struktur yang khas.

Tidak seperti pada mata manusia yang disusun oleh sebuah lensa,

pada mata serangga tersusun puluhan hingga ratusan lensa.

Mata serangga dikenal dengan istilah mata majemuk.

Sebagian serangga bisa melihat pada jangkauan yang sangat lebar

hingga 3600.

MATA SERANGGA

•Masing-masing mata serangga tersebut disebut omatidium(jamak: omatidia).

•Masingmasing omatidium berfungsi sebagai reseptor penglihatanyang terpisah.

• Setiap omatidium terdiri atas beberapa bagian:

• Lensa, permukaan depan lensa merupakan satu faset matamajemuk

• Kerucut kristalin, yang tembus cahaya.

• Sel-sel penglihatan, yang peka terhadap adanya cahaya.

• Sel-sel yang mengandung pigmen, yang memisahkan omatidiadari omatidia di sekelilingnya.

MATA SERANGGA