Optikal

Bab Optik

FISIKA DASAR

Bab 9 OPTIK

Dalam bab ini akan dibahas mengenai :

1. Cahaya

2. Pemantulan cahaya

a) pada permukaan datar

b) pada permukaan lengkung

3. Pembiasan cahaya

a) Pembiasan pada satu bidang batas dan dua bidang batas (prisma/lensa)

b) Penguraian cahaya (dispersi)

4. Sifat gelombang cahaya (Polarisasi)

5. Alat Optik (mata, mikroskop)

1. Cahaya

Cahaya merupakan elektromagnetik dan termasuk gelombang transversal yang dapat dibuktikan dengan peristiwa polarisasi.

Cahaya dapat merambat di dalam ruang hampa dengan kecepatan 3 x 108 m/det.

Ada beberapa teori atau pendapat yang membicarakan tentang cahaya, diantaranya :

Teori emisi oleh Sir Isaac Newton (1642-1722)

Teori gelombang oleh Christian Huygens (1629-1665)

Berdasarkan pecobaan-percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan, bahwa :

Cahaya dapat bersifat sebagai suatu gelombang

Cahaya juga dapat bersifat sebagai partikel.

Seperti halnya dengan gelombang, cahayapun mempunyai beberapa sifat-sifat sebagai berkut :

dapat mengalami pemantulan (refleksi)

dapat mengalami pembiasan (refraksi)

dapat mengalami lenturan (difraksi)

dapat diuraikan (dispersi) dan dapat dijumlahkan (interferensi)

dapat mengalami hamburan

dapat diserap arah getarnya.

Dalam fisika tentang optic dibagi menjadi :

Optik geometri membahas sifat-sifat cahaya yang mengalami pemantulan dan pembiasan Optik fisik, membicarakan sifat fisik cahaya dan peristiwa-peristiwa yang terjadi karena sifat fisik tersebut, seperti deviasi, dispersi dan polarisasi cahaya.

2. Pemantulan Cahaya

Salah satu sifat dari gelombang cahaya adalah dapat dipantulkan dimana hukum pemantulan pada cahaya sama dengan Hukum Pemantulan pada gelombang.

Semua benda baik yang tembus cahaya (transparan) maupun benda gelap akan memancarkan sebagian cahaya yang mengenainya. Akibat dari pemantulan cahaya adalah dapat diamatinya warna dan susunan benda, gelap dan terangnya serta juga dapat dibedakan antara satu benda benda yang lainnya.

Terdapat tiga macam berkas cahaya, yaitu :

berkas cahaya sejajar

berkas cahaya mengumpul

berkas cahaya menyebar.

Jika berkas cahaya sejajar dilewatkan mengenai permukaan yang rata, maka berkas sinar tersebut akan dipantulkan dan berkas sinar pantul akan sejajar. Sedangkan untuk berkas sinar sejajar yang mengenai permukaan tidak rata akan dipantulkan juga, akan tetapi sinar pantulnya tidak sejajar melainkan dipantulkan ke segala arah.

Untuk pemantulan cahaya terbagi atas dua macam, yaitu :

pemantulan cahaya teratur yaitu pemantulan cahaya dengan arah yang teratur

pemantulan cahaya baur yaitu pemantulan cahaya acak atau tidak teratut.

Hukum Pemantulan Cahaya oleh Snellius, berbunyi :

Sinar datang, sinar pantul dan garis normal berpotongan pada suatu titik dan terletak pada sauatu bidang datar.

Sudut datang sama dengan sudut pantul

a. Pemantulan pada Permukaan Cermin Datar

Cermin datar adalah sebuah cermin yang permukaan pantulnya berupa sebuah bidang datar. Cermin datar memiliki sifat-sifat sebagai berkut ::

jarak bayangan ke cermin = jarak benda ke cermin

tinggi bayangan yang terbentuk sama dengan tinggi bendanya.

bayangan bersifat maya karena dibelakang cermin yang dibentuk oleh perpanjangan perpotongan sinar-sinar pantul.

Didalam cermin data terdapat 4 sifat bayangan yaitu :

maya,

sama besar dengan bendanya

sama tegak dan menghadap berlawanan arah terhadap bendanya

jarak benda terhadap cermin = jarak bayangan terhadap cermin

Untuk dapat melihat seluruh bayangan pada cermin datar, maka panjang minimum cermin yang dibutuhkan adalah setengah dari panjang benda.

Jika dua buah cermin datar membentuk sudut 900 maka akan terbentuk tiga buah bayangan dalam cermin. Sedangkan bila sudut antara 2 cermin 600 akan terbentuk lima buah bayangan dalam cermin.

Jadi besarnya atau banyaknya bayangan yang dibentuk oleh dua buah cermin datar yg membentuk sebuah sudut dpt diketahui dgn persamaan berkut :

Ktr : n = banyaknya bayangan

( = sudut yg dibentuk dua cermin

Contoh : Dua buah cermin datar membentuk sudut 300 jika benda diletakkan didepan kedua cermin, mka tentukan banyakknya bayangan yang terlihat dalam cermin

Jawab : = 12 1 = 11 buah bayangan. b. Cermin Lengkung

Cermin lengkung adalah cermin yang permukaan pantulnya merupakan sebuah lengkungan yang sferis, dapat berupa permukaan cenbung ataupun permukaan cekung.

yang dimaksud permukaan sferis adalah cermin bulat yang dibagi atas dua buah cermin yaitu :

cermin cembung (konveks)

cermin cekung (konkaf).

Ada dua jenis cermin sederhana lengkung yaitu cermin silinder dan cermin bola.

Cermin Cembung (Konveks)

Pada cermin cembung titik fokus (F) dan titik pusat kelengkungan cermin (P) terletak pada bagian belakang cermin, karena itu ditetapkan jarak fokus dan jari-jari kelengkungan bersifat negatif.

Ada tiga buah sinar istimewa pada cermin cembung, yaitu :

sinar datang yang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus

sinar datang yang menuju titik fokus dipantulkan sejajar dengan sumbu utama

sinar datang yang menuju titik pusat kelengkungan cermin dipantulkan kembali seolah-olah berasal dari titik pusat.

Untuk melukiskan bayangan pada cermin cembung hanya diperlukan dua berkas sinar istimewa (sinar sejajar sumbu utama dan sinar ke/dari titik pusat).

Jadi sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung selalu maya, tegak, diperkecil.

Cermin Cekung (Konkaf)

Pada cermin cekung titik fokus (F) dan titik pusat kelengkungan cermin (P) terletak pada bagian depan cermin, karena itu ditetapkan jarak fokus dan jari-jari kelengkungan bersifat positif.

Ada tiga buah sinar istimewa pada cermin cekung, yaitu :

sinar datang yang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan ke titik fokus

sinar datang yang melalui titik fokus dipantulkan sejajar dengan sumbu utama

sinar datang yang melalui titik pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan.

Untuk melukiskan bayangan pada cermin cekung hanya digunakan aturan sebagai berkut : lukis dua buah sinar utama yang pada umumnya digunakan sinar yang datang sejajar sumbu utama dan sinar yang datang melalui titik pusat kelengkungan.

sinar datang pada bagian depan cermin dan dipantulkan kembali ke bagian depan, garis di bagian belakang cermin adalah perpanjangan sinar-sinar.

perpotongan dari dua buah sinar pantul yang telah dilukiskan merupakan bayangan. jika perpotongan didapat dari sinar perpanjangan maka bayangan yang dihasilkan adalah maya.

Pembagian ruang pada cermin lengkung

pada dasarnya pembagian ruang benda dan bayangan untuk cermin cekung dan cembung adalah sama. Jika pad acermin cekung ruang I, II dan III terletak didepan cermin, sedangkan pada cermin cembung terletak dibelakang cermin.

3. PEMBIASAN (REFRAKSI)

a. Pembiasan pada satu bidang batas.

Bila seberkas cahaya datang dari suatu media optik (misalnya udara) memasuki media optik lain (misalnya air), cepat rambatnya mengalami perubahan. Hal ini mengakibatkan arah berkas cahaya tersebut ikut berubah pula, dikatakan berkas cahaya tersebut mengalami pembiasan (refraksi).

INDEKS BIAS

Dari berbagai percobaan, ternyata rasio/perbandingan antara cepat rambat cahaya di dalam ruang hampa (udara) dan di dalam suatu media optik tertentu, senantiasa menunjukkan nilai konstan yang dinamakan Indeks bias relatif media optik tersebut terhadap udara, atau disingkat Indeks bias media optik tersebut.Dirumuskan :

n = indeks bias

C = cepat rambat cahaya di ruang hampa (udara)

V = cepat rambat cahaya di dalam media optik tsb.

Jika berkas cahaya datang dari suatu media optik n1 memasuki media optik lain dengan indeks bias n2 sedangkan cepat rambat cahaya di dalam masing-masing media tersebut adalah v1 dan v2

maka :

Jadi tampak, bahwa perbandingan indeks bias berbanding terbalik dengan perbandingan cepat rambat cahaya dalam masing-masing media optik itu.

HUKUM SNELLIUS

1. Sinar datang (sd), garis normal (n) dan sinar bias (sb) terletak pada satu bidang datar.

2. Perbandingan antara sinus sudut datang dan sinus sudut bias = indeks bias () relatif media pembias terhadap media pertama. Jadi misalnya sinar datang dari udara memasuki air dengan sudut datang i sudut bias didalam air sebesar r, maka :

Pada gambar cakram optik dibawah ini, sinar datang dari udara memasuki kaca yang menempel pada cakra optik. Tampak bahwa r < i, berarti oleh kaca sinar tersebut dibiaskan mendekati normal (n). Dengan demikian sin i > sin r sehingga nkaca > 1.

Bila sinar datang dari media optik yang indeks biasnya n1 memasuki media optik lain yang indeks biasnya n2, sudut datangnya i dan sudut biasnya r, maka :

Rangkuman :

1. Cepat rambat cahaya dalam medium yang berbeda akan berbeda pula.

Cepat rambat cahaya terbesar dalam vakum (ruang hampa), yaitu c = 3,0 x 108 m/detik.

2. Indeks bias mutlak suatu medium (n) didefinisikan sebagai berikut :

Indeks bias relatif dari medium 2 terhadap medium 1 didefinisikan sebagai berikut :

3. Jika n2 > n1 (medium 2 secara optik lebih rapat dibanding medium 1) maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal.

Jika n2 < n1 (medium 2 secara optik kurang rapat dibanding medium 1) maka sinar akan dibiaskan mejauhi garis normal.

4. Dalam peristiwa pembiasan, cepat rambat cahaya dan panjang gelombang cahaya mengalami perubahan, sedangkan frekuensi cahaya tidak mengalami perubahan (tetap).

Contoh 1

Cepat rambat cahaya dalam suatu medium diketahui 1,9 x 108 m/det.

Tentukan indeks bias medium tersebut.

Jawab :

Contoh 2

Panjang gelombang suatu cahaya di udara adalah 5600 A (560 nm), tentukan frekuensi cahaya tsb. Jika cahaya tsb masuk dalam kaca flinta dengan indek bias 5/3 tentukanlah frekuensi, cepat rambat serta panjang gelombang cahaya dalam kaca flinta tsb.

Jawab :

1 A = 10-10 m 1 nm = 10-9 m = 10-7 cm

Cepat rambat cahaya di udara c = 3.108 m/s

c = f (

Frekuensi cahaya dalam kaca flinta tidak mengalami perubahan, yakni : f = 5,3 . 1014 Hz

Kecepatan cahaya dalam kaca flinta :

Panjang gelombang cahaya dalam kaca flinta :

= 336 nm.

SUDUT KRITIK (Sudut Batas)

Bila berkas cahaya datang dari media yang kerapatannya besar memasuki media lain yang kerapatannya kecil, berkas cahaya tersebut dibiaskan menjauhi normal ( r > i ), kecuali bila sinar datang tegak lurus permukaan media yang berarti i = 0o tidak mengalami pembiasan ( r = 0o)

Bila sudut datang sedemikian besarnya sehingga sudut biasnya r = 90o, maka sudut datang sebesar itu dinamakan sudut kritik (sudut batas) dengan simbol ikJika sudut datang lebih besar dari ik ( i > ik ), maka sinar itu tidak lagi dibiaskan tapi dipantulkan sempurna (total) memenuhi hukum-hukum pemantulan.

Secara umum media optik yang indeks biasnya n dan sudut kritiknya ik, hubungan antara n dan ik dirumuskan sebagai :

SERAT OPTIK

Peristiwa pemantulan total ini banyak dimanfaatkan sebagai serat optik dalam bidang kedokteran, untuk melihat organ-organ bagian dalam tubuh manusia. Caranya dengan memasukkan seberkas serat melalui pembuluh darah atau bagian lain dimana berkas sinar akan dipantulkan berulang kali sehingga gambaran dalam tubuh dapat disaksikan oleh pengamat melalui layar monitor.

Contoh sehari-hari pantulan total oleh serat optik ialah pada lampu hias serat optik, lampu tersebut menyala berwarna-warni pada ujung-ujungnya jika pada ujung yang lain memperoleh penyinaran.b. Pembiasan pada dua bidang batasPRISMAPrisma adalah benda bening (transparan) terbuat dari bahan gelas yang dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu. Bidang permukaan ini disebut bidang pembias, dan sudut yang dibentuk oleh kedua bidang pembias disebut sudut pembias (sudut ). Garis perpotongan kedua bidang pembias disebut rusuk pembias. Bagaimana lintasan sinar dalam Prisma ? Mula-mula sinar datang dari udara masuk ke prisma disini sebelah kiri (sinar AB) sinar ini dibiaskan mendekati garis normal pertama N1. Sinar BC adalah sinar datang dari prisma menuju sisi kanan (gelas-udara). Sinar ini dibiaskan menjauhi garis normal kedua (N2) ketika meninggalkan prisma (sinar CE). Jadi arah sinar diubah setelah memasuki prisma. Jika sinar datang dan sinar yang keluar dari prisma diperpanjang, maka akan berpotongan di satu titik,dan membentuk sudut tertentu yang disebut sudut deviasi. REFRAKTOMETER

Refraktometer adalah alat optik untuk mengukur indeks bias media optik. Yang banyak digunakan adalah Refraktometer Abbe, suatu refraktometer sudut kritik karena perhitungannya menggunakan persamaan sudut kritik. Contoh : berkas sinar datang dari gelas memasuki suatu cairan. Jika indeks bias gelas 1,5 dan sudut kritik (ik) gelas terhadap cairan 65o, berapa indeks bias cairan ?

Jawab :

Prinsip Kerja :

Larutan sample yang hendak diukur indeks biasnya ditempatkan diantara prisma I dan II yang indeks biasnya besar.

Berkas sinar yang meninggalkan permukaan AB arahnya berbeda-beda karena permukaan AB dibuat kasar. Sinar yang memasuki permukaan DE arahnya berbeda-beda pula.

Sinar yang memasuki permukaan DE dengan sudut datang 90o, memasuki prisma I dan meninggalkan permukaan DE dengan sudut sebesar sudut kritik ik. Sinar ini akhirnya meninggalkan permukaan EF dengan sudut Jika indeks bias larutan = ns dan indeks bias prisma II = np, maka :

ns.sin 90o = np.sin ik sehingga ns = np.sin ikKarena np telah diketahui sedangkan sudut kritik ik dapat dihitung, maka ns juga dapat dihitung.

Untuk mencari besarnya sudut ik perhatikan segi tiga (DEF

karena , np telah diketahui, sedangkan ( dapat dibaca pada teleskop, maka ik dapat dicari.Contoh : sudut = 60o, np = 1,6; dan Dengan demikian :

ns = np sin ik= 1,6.sin 41,79o= 1,6 . 0,666 = 1,066

IDENTIFIKASI DAN PENETAPAN KADAR ZAT DALAM LARUTAN

Indeks bias suatu larutan sangat dipengaruhi oleh berbagai hal, yaitu :

a. berbanding terbalik dengan suhunya,

b. berbanding lurus dengan tekanan udara di permukaan larutan,

c. berbanding terbalik dengan panjang gelombang sinar yang digunakan,

d. berbanding lurus dengan kadar zat dalam larutan.

Untuk mengatasi hal tersebut dalam pengukuran indeks bias terlebih dahulu diadakan pembakuan sebagai berikut : suhu 20oC, tekanan udara 1 atm dan dengan menggunakan sinar kuning dari lampu natrium dengan panjang gelombang 589 nm

Kadar zat dalam larutan tidak dapat dibakukan, justru indeks bias dapat dimanfaatkan untuk mengetahui : identifikasi zat dalam larutan dan kadar zat yang telah diketahui identitasnya.

Dari berbagai eksperimen, faktor kenaikan indeks bias (F) pada penambahan 1% b/v zat kedalam pelarut tertentu, untuk setiap zat memiliki nilai F sendiri-sendiri.Rumus yang digunakan :

INDEKS BIAS MOLAR

Untuk menentukan letak atau macam ikatan suatu senyawa (organik) dapat pula diketahui dengan bantuan rumus dibawah ini :

Contoh :

Suatu cairan setelah dianalisa mempunyai rumus molekul C3H6O (58,08); 1,3588;

d20 = 0,7908; zat tersebut alil alkohol atau aceton ?

dari daftar refraksi atomik diperoleh :

Aceton :

3 C

= 3 x 2,418 = 7,254

6 H

= 6 x 1,100 = 6,600

1 C=O

= 1 x 2,211 = 2,211

Rm = 16,065

Alil alkohol :

3 C

= 3 x 2,418 = 7,254

6 H

= 6 x 1,100 = 6,600

1 C=C

= 1 x 2,211 = 2,211

1 O (OH)= 1 x 1,525 = 1,525

Rm = 17,112

Rm dari perhitungan 16,16 dekat dengan Rm dari daftar (16,065) jadi zat adalah Aceton.

Contoh Soal

1. Faktor ekivalen kenaikan indeks bias suatu zat X = 0,65. Sejumlah zat X dilarutkan ke dalam air yang indeks biasnya 1,33 Dengan Refraktometer diperoleh indeks bias larutan X = 1,37 Berapa mg zat X terdapat di dalam 10 ml larutan ?

Jawab :

Kadar zat X dalam larutan = 0,0615 g/100ml

= 61,5 mg/100 ml = 6,15 mg/10 ml.

Soal-soal

1. Indeks bias etanol 1,31 Bila kedalam 25 ml etanol dilarutkan 150 mg prednison asetat ternyata indeks bias larutan 1,34.

Hitunglah : a faktor ekivalen kenaikan indeks bias bahan farmasi tersebut

b. Jumlah bahan tsb dalam 20 ml larutan yang sama, bila indeks bias larutan 1,335

2.Kedalam 50 ml air dilarutkan bahan triple aminohidroksida sebanyak 200 mg. Dengan refraktometer diketemukan bahwa n larutan = 1,34,.nair = 1,33. Berapa indeks bias larutan zat yang sama, jika didalam 20 ml larutan mengandung 120 mg bahan kimia tersebut ?

EMBED Visio.Drawing.5


dengan : n1 dan n2 merupakan indeks bias mutlak medium 1 dan medium2

indeks bias dalam vakum dan indeks bias di udara dalam praktek biasanya diambil sama dengan 1 ( nvakum = nudara = 1)


Gbr. Serat Optik

EMBED Equation.3


EMBED Equation.3


EMBED Equation.3

Rm = refraksi molarM = bobot atom

n= indeks biasd20 = masa jenis pada suhu 20o

EMBED Equation.3 indeks bias pada suhu 20o menggunakan sinar D (Natrium)

Gbr. Lampu hias

dimana : c = kadar larutan dalam % b/v atau g/100 ml

no = indeks bias pelarut n1 = indeks bias larutan

F = faktor ekivalen kenaikan indeks bias larutan.

EMBED Equation.3

D:\Dokumen AMIR M\FISIKA DASAR (baru)\Materi doc\BAB 9 optikal.docPAGE 83Bab 9. Optik

_1109391071.unknown

_1153979208.unknown

_1194254829.unknown

_1227282519.unknown

_1227287224.unknown

_1194283587.unknown

_1227282371.unknown

_1194282176.vsd

_1194253077.unknown

_1141286075.vsd

_1141633350.vsd

_1141637775.unknown

_1141637858.vsd

_1141637500.unknown

_1141629161.vsd

_1109421877.unknown

_1141284813.vsd

_1109397467.unknown

_976676585.unknown

_976678854.unknown

_976679818.unknown

_976680406.unknown

_976676906.unknown

_976674411.unknown

_976675751.unknown

_976675828.unknown

_976675438.unknown

_976674631.unknown

_976666987.unknown

_976674168.unknown

_976666007.unknown

Documents

Optikal