1 / 77

OPTIK KODE : 5G5053

OPTIK KODE : 5G5053. Oleh: Drs. Riskan Qadar, M.Si. BAB 1 SIFAT DAN PERAMBATAN CAHAYA. 1-1 Pendahuluan. Optika: Cabang fisika yang mempelajari perilaku cahaya dan gelombang elektromagnetik. Manfaat sifat-sifat cahaya membantu memahami: - warna biru dari langit - mata manusia

tamas
Download Presentation

OPTIK KODE : 5G5053

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. OPTIKKODE:5G5053 Oleh: Drs. Riskan Qadar, M.Si.

  2. Riskan Qadar- 1 Optik

  3. Riskan Qadar- 1 Optik

  4. BAB 1 SIFAT DAN PERAMBATAN CAHAYA Riskan Qadar- 1 Optik

  5. 1-1 Pendahuluan • Optika: Cabang fisika yang mempelajari perilaku cahaya dan gelombang elektromagnetik Riskan Qadar- 1 Optik

  6. Manfaat sifat-sifat cahaya membantu memahami: - warna biru dari langit - mata manusia - teleskop - laser - mikroskop - komputer optik - kamera - pencitraan - hologram - dll Riskan Qadar- 1 Optik

  7. 1-2 Sifat Cahaya • Sampai pada zaman Isaac Newton (1642-1727); cahaya terdiri dari aliran partikel yang dipancarkan oleh sumber cahaya. • Tahun 1665; diyakini cahaya memiliki sifat gelombang. • Tahun 1873, Clerk Maxwell meramalkan keberadaan gelombang elektromagnetik dan menghitung laju rambatannya. Riskan Qadar- 1 Optik

  8. Tahun 1887, Heinrich Hertz; cahaya adalah gelombang elektromagnetik • Tahun 1930, perkembangan kuantum menyatakan cahaya memiliki dua sifat; gelombang dan partikel. • Foton atau kuanta merupakan energi yang diangkut oleh gelombang cahaya dalam bentuk diskrit. Riskan Qadar- 1 Optik

  9. Optik geometri dan optik fisis mempelajari aspek perambatan cahaya. • Aspek partikel dari cahaya dipelajari pada aspek pemancaran dan penyerapan; efek Compton dan efek fotolistrik. • Muatan listrik yang bergerak dipercepat menghasilkan radiasi elektromagnetik. Riskan Qadar- 1 Optik

  10. Radiasi elektromagnetik merambat dalam vakum dengan laju cahaya. • Pengukuran laju cahaya sampai tahun 1983 c = 2,997992458x108 m/s • Ilmuwan yang mengukur laju cahaya - Romer, tahun 1676; astronomi Denmark - Armand Fizeau, tahun 1849; Perancis - Jean Foucault, Perancis - Albert Michelson; USA Riskan Qadar- 1 Optik

  11. Gambar 1. muka gelombang dan sinar • Muka gelombang adalah tempat posisi • semua titik berdekatan dimana fasa • getaran sebuah besaran fisika yang • berkelompok dengan gelombang itu • adalah sama • Sinar: garis khayal sepanjang arah • perjalanan gelombang Riskan Qadar- 1 Optik

  12. 1-3 Refleksi dan Refraksi • Refleksi:pengembalian seluruh atau sebagian suatu berkas atau gelombang bila berkas itu bertemu dengan bidang batas antara dua medium. Riskan Qadar- 1 Optik

  13. Refleksi spekular (refleksi teratur) (bahasa latin, spekular artinya cermin, cermin yang dimaksud adalah cermin yang permukaannya halus) adalah refleksi pada sudut tertentu dari sebuah permukaan yang sangat halus Riskan Qadar- 1 Optik

  14. Refleksi difus/ baur/ tersebar adalah refleksi yang dihamburkan dari sebuah permukaam kasar. Riskan Qadar- 1 Optik

  15. Refraksi: perubahan arah yang dialami oleh muka gelombang pada saat melintas miring dari suatu medium ke medium yang lain. Gambar 3. sinar datang, refleksi, dan refraksi Riskan Qadar- 1 Optik

  16. Indeks refraksi adalah rasio laju cahaya c dalam vakum terhadap laju cahaya v dalam sebuah material (1-1) • Cahaya selalu merambat lembih lambat di dalam material daripada di dalam vakum, sehingga nilai n > 1 dalam medium apapun selain vakum. Riskan Qadar- 1 Optik

  17. Hukum refleksi dan refraksi • Sinar yang masuk/datang, sinar yang direfleksikan, dan sinar yang direfraksikan dan normal terhadap permukaan semuanya terletak pada bidang yang sama. • Sudut refleksi θrsamadengan sudut masuk θa untuk semua panjang gelombang dan untuk setiap pasangan material adalah θa= θr(1-2) (hukum refleksi) Riskan Qadar- 1 Optik

  18. Rasio dari sinus sudut θadan θbdimana kedua sudut ini diukur dari normal terhadap permukaan, sama dengan kebalikan dari rasio kedua refraksi. na sin θa = nb sinθb (1-3) (hukum refraksi, atau hukum Snellius) Gbr 4 Riskan Qadar- 1 Optik

  19. Riskan Qadar- 1 Optik

  20. Sifattambahancahaya yang direfleksikanadalahintensitasIrdarigelombang yang direfleksikanditentukanolehindeks-indeksrefraksin1dann2didalamkedua medium itu. • ReflektansiRdidefinisikansebagainilai banding dariIrdanintensitasmasukIo. • TransmitansiTadalahbagian yang ditransmisikan, atau 1 – R. • Padaarahmasuk normal θ= 0 didalamarahmanapun (arah masuk normal) (1-4) Riskan Qadar- 1 Optik

  21. Karakteristik gelombang bila mengalami refraksi adalah • Frekuensi (f) dari gelombang tidak berubah. • Laju (v) dari gelombang berubah. • Panjang gelombang () berubah hubungannya dan (1-5) Panjang gelombang cahaya dalam material (1-6) Riskan Qadar- 1 Optik

  22. Zat Indeks bias (n) padatan Es (H2O) 1,308 Fluorit (CaF2) 1,434 Polistiren 1,49 Garam batu (NaCl)1,544 Kwarsa (SiO2) 1,544 Intan (C) 2,417 Fabulit (SrTiO3) 2,409 Rutil (TiO2) 2,62 Zat Indeks bias (n) kaca Mahkota 1,52 Batu api berat 1,66 Cairan (suhu 20oC) Metanol (CH3OH) 1,329 Air (H2O) 1,333 Etanol (C2H5OH) 1,36 Terpentin 1,472 Gliserin 1,473 Benzena 1,501 Tabel 1.1 indeks refraksi cahaya natrium kuning ( = 589 nm) Riskan Qadar- 1 Optik

  23. 1-4 Refleksi Internal Total • Refleksi internal total adalah sinar yang memasuki antarmuka dengan material kedua yang indeks biasnya lebih kecil daripada indeks bias yang dijalani material itu yang sudut datangnya sama atau lebih besar dari sudut kritis Riskan Qadar- 1 Optik

  24. Sudut kritis adalah sudut masuk ketika sinar yang direfraksikan muncul keluar menyinggung permukaan itu Berdasarkan hukum Snellius na sin θa = nb sinθb,, jika θb = 90o (sin 90o = 1), Riskan Qadar- 1 Optik

  25. maka sudut kritis diperoleh (1-7) • Perhatikan gambar 5. di bawah Riskan Qadar- 1 Optik

  26. Prisma merupakan salah satu contoh alat optik yang baik menghasilkan refleksi internal total. • Endoskop merupakan piranti serat optik yang banyak digunakan dalam instrumen kedokteran yang dapat disisipkan langsung ke dalam pembuluh tenggorokan, kantung kemih, usus besar, dll untuk pemeriksaan yang dapat dilihat dengan mata. Gambar 6 Riskan Qadar- 1 Optik

  27. Kabel optik serat dalam sistem komunikasi digunakan untuk mentransmisikan sinar yang dimodulasi. Keuntungannya bahwa kabel itu isolator listrik, tidak terpengaruh oleh interferensi listrik dari petir dan sumber lain, kabel itu tidak memperbolehkan arus listrik yang tidak diinginkan antara sumber dan penerima, aman dan sukar untuk dipasangi alat pendengar rahasia, dan juga sukar untuk disambungkan dan untuk disadap. Gbr 7 Riskan Qadar- 1 Optik

  28. 1-5 Perambatan dalam suatu medium tak homogen: prinsip Fermat • Pierre de Fermat (1601-1665)matematikawan dari Perancis mengatakan (dikenal dengan prinsip Fermat) bahwa “dalam perjalanan dari titik yang satu ke titik yang lain, suatu sinar memilih jejak dimana waktu perambatan mempunyai nilai minimum” • Perhatikan gambar sistem pemantulan Fermat Gambar 8 Riskan Qadar- 1 Optik

  29. Waktu yang diperlukan sinar dari titik A ke titik B melalui cermin yang direfleksikan sejarak x dari titik A ke titik O adalah t = tAO + tOB  atau t = c -1(y12 + x2)1/2 + c-1[y22 + (l – x)2]1/2 agar waktu bernilai minimum maka Riskan Qadar- 1 Optik

  30. Berdasarkan Gbr 8. diperoleh sin θa = sin θr atau θa = θr (hukum refleksi) • Prinsip Fermat untuk refraksi waktu yang diperlukan sinar dari titik A ke titik B melalui batas dua medium yang direfraksikan sejarak x dari titik A ke titik O adalah t = natAO +nbtOB Riskan Qadar- 1 Optik

  31. Gambar 9 Agar waktu bernilai minimum maka Riskan Qadar- 1 Optik

  32. diperoleh na sin θ1 = nb sin θ2 (Hukum refraksi) Riskan Qadar- 1 Optik

  33. A δ θd θa θc θb 1-6 Prisma • Prisma adalah suatu medium yang dibatasi oleh dua permukaan yang membentuk sudut A • Gambar 10 memperlihatkan sinar merambat ke dalam prisma kemudian keluar lagi Gbr 10 Riskan Qadar- 1 Optik

  34. Sudut deviasi δ terjadi sebagai berikut: δ = (θa – θb) + (θd – θc) = θa + θd – (θb + θc) δ = θa + θd – A (sudut deviasi) (1-8) • Sudut deviasi minimum terjadi bila θa = θd, maka pers (1-7) menjadi δmin = 2 θa – A  θa = ½ (δmin + A) dan θb = θc θb = ½ A dari hukum refraksi na sin θa = nb sin θb na sin ½ (δmin + A) = nb sin ½ A (1-9) Riskan Qadar- 1 Optik

  35. Bila sudut prisma kecil; A<10o, maka sudut deviasi minimum juga kecil, dan akibatnya nilai sudut sinus sama dengan sudutnya sendiri. Jadi na sin ½ (δmin + A) = nb sin ½ A ditulis na½ (δmin + A) = nb ½ A na(δmin + A) = nbA (1-10) Riskan Qadar- 1 Optik

  36. θa na A nb C θb d θb B D Gbr 11 t 1-7 Pergeseran sinar pada kaca plan paralel Perhatikan gambar 11 diperoleh (1-11) Riskan Qadar- 1 Optik

  37. 1-8 Dispersi • Cahaya putih merupakan superposisi dari gelombang-gelombang dengan panjang gelombang yang membentang melalui seluruh spektrum tampak. • Laju cahaya dalam vakum adalah sama untuk semua panjang gelombang, tetapi laju cahaya tersebut dalam material berbeda untuk panjang gelombang yang berbeda. • Indeks refraksi n sebuah material bergantung pada panjang gelombang Riskan Qadar- 1 Optik

  38. Dispersi adalah kebergantungan laju gelombang dan indeks refraksi pada panjang gelombang Gbr 11 Riskan Qadar- 1 Optik

  39. Warna-warna atau panjang gelombang berbeda yang dipancarkan oleh suatu sumber S berupa cahaya putih (polikhromatik) yang terlihat muncul di layar setelah melalui zat optik (misalnya prisma) disebut spektrum. Gbr 12 Riskan Qadar- 1 Optik

  40. Gbr 13 memperihatkan pelangi yang dibentuk oleh refraksi, refleksi dan dispersi dalam tetesan air Gbr 13 Riskan Qadar- 1 Optik

  41. Riskan Qadar- 1 Optik

  42. Gbr 14 peristiwa pelangi oleh sinar matahari melalui tetesan air setelah hujan Riskan Qadar- 1 Optik

  43. Dispersi prisma didefinisikan (1-12) faktor dδ/dn bergantung pada geometri sistem; faktor dn/d bergantung pada bahan yang menyusun prisma. Pada pers 1-8 na sin ½ (δmin + A) = nb sin ½ A lalu dideferensialkan pada δmin dan nb na cos ½ (δmin +A) ½ dδmin = sin ½ A dnb Riskan Qadar- 1 Optik

  44. (1-13) faktor dn/d bergantung pada sifat gelombang dan medium untuk gelombang elektromagnetik pada umumnya dan cahaya pada khususnya, pernyataan yang memuaskan diberikan oleh rumus Cauchy (1-14) Riskan Qadar- 1 Optik

  45. dengan Ao dan Bo adalah konstanta khas tiap bahan lalu didiferensialkan terhadap n dan , diperoleh Pers. 1-10 ditulis menjadi (1-15) (Dispersi pada prisma) Riskan Qadar- 1 Optik

  46. Angka negatif berarti deviasi berkurang bila panjang gelombang bertambah sehingga merah lebih sedikit terdeviasi daripada ungu. • Pembuktian pers. Cauchy Pers. 1-11 diperleh dari pers. Indeks bias sebagai fungsi frekuensi gelombang elektromagnetik dan frekuensi karakteristik bahan. Sederhananya dianggap hanya terdapat satu frekuensi atomik o dan  << o, maka diperoleh Riskan Qadar- 1 Optik

  47. Dengan menggunakan ekspansi binomial, didapatkan Riskan Qadar- 1 Optik

  48. Bila dan Riskan Qadar- 1 Optik

  49. jika maka Jadi pers. Terbukti pers. (1-14) Riskan Qadar- 1 Optik

  50. 1-9 Polarisasi • Polarisasi merupakan karakteristik semua gelombang transversal • Polarisasi cahaya adalah proses pembatasan getaran vektor listrik gelombang cahaya sehingga menjadi satu arah. Riskan Qadar- 1 Optik

More Related