topik 5 - besmart.uny.ac.id
TRANSCRIPT
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